发明内容
本发明的目的在于,克服现有数据采集及数据处理存在的缺陷,而提供一种数据处理设备及其方法,所要解决的技术问题是克服现有不同接口,不同协议的传感器在进行数据采集后不易统一处理数据、数据处理配置操作复杂繁琐和数据安全隐患。
1、本发明的目的在于提供一种硬件接口全面的数据接收处理传送设备,接收前端的各种传感器采集到的数据。
参考当前主要设备接口电气标准和主流传感器接口,提供相当全面的硬件接口支持。建立设备驱动库,支持市场上主流传感器设备。同时预留部分接口,支持新添加传感器设备。
2、本发明进一步的目的是简化用户操作。用户可以在本地或远程访问统一的可视化界面,在界面中可进行对采集到的数据处理、配置策略等各种操作。用户还可以在界面中对传感器设备进行统一的新设备添加、旧设备删除、接口参数配置、查找和故障分析等操作流程。这样极大的简化了对传感器的硬件设备管理和操作。
3、本发明一步的目的是用户数据的安全性。在访问配置管理界面时会有登录者权限设置和访问密码。在配置安全处理策略时,会选择对数据不同的加密算法和安全策略。对采集后整理完成的数据进行加密。采集到的数据会冗余存储2个副本防止数据丢失。同时设备特别具有模块ID识别功能,防止模块中途被替换,保证信息不泄露。
4、本发明更进一步的目的是用户数据的易用性。用户只关心的是数据,本发明让各种不同物理接口及通信协议的传感器轻松添加,对常见传感器甚至不需要任何编程,直接通过配置即可采集到数据。本发明基于组态思想的高度模块化和可配置化方便操作。所有的数据都会抽象为各种实例对象在数据表项,对数据表项的读写被直接映射为对外设的操作。终端用户就可以简单获取想要的数据。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
一种数据处理设备,其包括:一硬件接口模块,用于集成传感器硬件接口,采集传感器的数据;一数据处理及配置管理模块,其中所述数据处理部分用于将所述硬件接口模块采集的数据保存到数据库模块,并根据当前的配置数据策略和错误数据诊断处理策略对数据进行处理,其中所述驱动管理部分管理对所述硬件接口模块进行驱动配置与管理;以及一控制模块,通过指令控制所述硬件接口模块与传感器通信并调整传感器参数,以及通过指令对所述数据处理及驱动管理模块修改适配驱动。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
前述的数据处理设备,其中数据处理模块处理数据后生成数据存储文件。
前述的数据处理设备,其中所述数据库模块还存储有数据配置策略及其相关配置项、错误处理策略及其相关配置项和安全策略配置项。
前述的数据处理设备,其中其进一步包括:一安全模块,存储按照安全配置策略对数据加密后生成存储文件。
前述的数据处理设备,其中其进一步包括:一通信模块,用于接收所述加密文件,并传输给远程客户端,同时可把远程客户端发送的控制指令传递到所述控制模块。
本发明解决其技术问题是还可以采用以下技术方案来实现。
一种数据处理的方法,包括如下步骤:步骤302:获取原始数据;步骤303:数据对象化,将实际对象或者参数对应为指定的标识符;步骤304:对数据值进行属性分析,在数据前端添加属性标识符;步骤305:判断数据值范围是否符合数据配置策略,根据数据配置策略中的定义逐个检查各个字段中的值是否与配置策略是否一致,若符合正确性条件执行步骤312;否则执行步骤306错误诊断,诊断出错误数据时,会根据预置的错误类型在数据段的错误字段中填入对应的ID值;步骤307,则根据ID值来判断,如果ID属于预置可修正错误则,执行步骤308对数据修正后返回步骤304,否则执行步骤315;步骤312:数据整合,在数据尾部添加数据相关信息;步骤313:判断整合后的值是否符合数据整合条件,即判断数据串整合端是否满足配置策略,若符合则执行步骤314;步骤314:数据加密,根据设定的数据加密类型和数据加密策略,为整合完成的数据进行初步加密;步骤315:数据加密完成后,结束流程。
前述的方法,其中在执行步骤307后进一步包括:步骤310:判断步骤309中的不可修正数据是否符合错误报警条件,即判断不可修正数据出现次数是否超过报警控制策略;如果符合报警条件,则执行步骤311启动相应报警程序;如果不符合报警条件,则丢弃数据执行步骤315结束当前流程;步骤311:启动报警控制程序;
前述的方法,其中步骤数据整合进一步包括:步骤3121:添加数据长度,定义从数据对象化标识符起到数据加密类型止;步骤3122:添加设备ID,即确认采集数据设备,防止设备被替换;步骤3123:添加数据加密类型;步骤3124:添加对数据串的校验值,计算方法为从数据对象化标识符起到数据加密类型止,所有数据从头开始两两进行异或计算得出的数值,即为数据串的校验值。
前述的方法,其中所述的数据配置策略包括:为整理数据、数据筛选、甄别错误、和加密规则以及数据库配置操作提供配置。
借由上述技术方案,使本发明数据处理设备及其处理方法具有明显的技术进步性,本发明至少具有下列优点:
1、本发明能够为用户提供一种最简单高效的数据获取方式,提高远程管理使用人员的工作效率和增强对数据使用率,进而提高对现场环境判断的可靠度和准确度。同时降低在本地工作人员维护的工作强度,以及在日后的新增、更换传感器设备时,减少工作难度和工作量。
2、本发明为用户提供了丰富详尽的数据处理配置策略,用户可以根据实际环境需求灵活配置,并可以对所有的策略进行追加、删除、查找等管理,从而提高获得的数据的灵活性。
3、本发明保证数据的高安全性和可靠性,根据安全配置策略进行加密模式设定,有单独数据加密模块进行加密处理,使数据做到万无一失。同时设置设备模块应答机制防止数据被窃取。对被策略识别为非法的数据,有对应的修正方法,提高数据的可靠性。
4、本发明能够为用户提供友好的人机交互界面,通过对管理项目的科学分类使日常对数据的配置、设备的管理和策略的配置等一切操作形象化、流程化,大大提高了新用户的熟练掌握难度。
上述说明仅是本发明技术方案的概述,为了能够更清楚了解本发明的技术手段,而可依照说明书的内容予以实施,并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂,以下特举较佳实施例,并配合附图,详细说明如下。
具体实施方式
以下结合附图及较佳实施例,对依据本发明提出的多功能数据处理设备具体实施方式、结构、方法、特征及其功效,详细说明如后。
请参阅如图1所示,本发明系统包括硬件接口模块101、数据处理及配置管理模块102、数据库模块103、控制模块104、以及安全模块105和通信模块106六部分模块。以下为详细介绍各模块的功能和作用。
硬件接口模块101,集成各种物理硬件接口诸如UART、SPI、I2C和CAN等数字接口或者模拟接口。101模块主要负责适应各种不同的传感器接口,并把采集到的传感器原始数据传递到数据处理及配置管理模块102进行处理。同时接受控制模块的指令控制同传感器进行通信,调整传感器参数状态。
数据处理及配置管理模块102,该模块102分为数据管理和驱动管理两个部分。数据管理部分负责把硬件接口模块101采集到的原始数据保存到本地数据库103,同时按照当前的配置数据策略和错误数据诊断处理策略,对数据进行处理,传递到安全模块105进行加密后生成数据存储文件。其中配置策略为操作人机交互界面时的配置选项选择的数据处理属性项,数据处理时会按照选择的项去执行(可参阅图3中流程),驱动管理部分负责管理硬件接口模块驱动配置与管理,同时负责接受控制模块104控制指令来添加删除和修改适配驱动。
数据库模块103,主要负责对原始数据的备份和已经处理完成的数据进行储存。同时保存着数据处理配置策略、错误处理配置策略和安全处理配置策略以及相关所有的属性项和数据文件,以及系统运行的操作系统的启动文件和系统文件。
控制模块104,对其他模块发送控制指令来配置、管理数据处理策略,配置传感器的状态参数,安全策略和通信参数模式等方面。104模块对应系统运行的可视化的交互界面。所有的对管理策略和参数操作都可以在界面上找到并修改。同时104模块还可以通过通信模块106接收远程客户端对本地控制命令,实现远程控制。
安全模块105,对数据串进行加密处理。按照预置的加密策略或者自定义的加密策略将数据字符串加密,生成的加密数据字符串后放入数据存储文件中,向通信模块106发送。同时会向本地数据库模块103发送一份保存。105模块同时还具备硬件唯一性识别功能,防止硬件模块被偷换,造成的数据泄漏。
通信模块106,为网络远程通信设备。将105模块加密文件通过有线或者无线网络发送到远程客户端。同时可把远程客户端发送的控制指令传递到控制模块,也可通过远程登录到交互界面进行配置修改。
请进一步参见图2所示的本发明系统数据处理流程:
步骤201:传感器产生的各种电气信号经接口驱动处理转换为原始数据;
步骤202:原始数据在数据处理模块根据数据配置策略和错误处理策略将正确的数据生成完整的数据串;
步骤2021:原始数据在数据处理模块复制一份副本,并将副本数据压缩备份存储在指定的本地数据库中;
步骤203:将有不符合配置策略数据和错误数据的经过错误诊断分析备份。对不能修正的数据根据错误控制策略决定是否采取相应措施,如停止对应端口采集数据、节点处设备系统重启或、启动节点处的环境观察设备和通知本地设备管理员等措施。
步骤204:将生成的数据串,根据配置的加密策略及算法生成加密数据并存储在数据存储文件中;
步骤2041:在安全模块中复制一份副本,并将副本数据存储在指定的本地数据库中;
步骤205:把数据加密形成文件通过通信模块发送到远程客户端或者本地专用手持接收设备供用户使用。
请进一步参阅图3所示,示出了图2数据处理流程中的数据处理策略流程:
步骤302:获取原始数据;
步骤303:数据对象化,即对采集到的数据,根据其接口标识与功能的区别在数据前端添加相应的标识附;其中对象化是将实际对象或者参数对应为指定的标识符。如SPI接口的温度传感器数据单位为摄氏度。则SPI可定义为A1温度传感器定义为T1摄氏度可以定义为C1等。
步骤304:对数据值进行属性分析,在数据前端添加属性标识符;
步骤305:判断数据值是否符合数据值正确性条件,即判断数据值范围是否符合数据配置策略,即根据数据配置策略中的定义逐个检查各个字段中的值是否与配置策略是否一致;
如果符合正确性条件,则执行下一步骤312数据值整合;
如果不符合正确性条件,则执行步骤306错误诊断,例如数据段内的值为温度传感器采集到的数据,此数据远远大于配置策略中规定的数据范围;
步骤306:对问题数据进行错误诊断;
步骤307:判断数据错误是否符合数据错误条件,即判断错误是否符合错误配置策略,当步骤306诊断出错误数据时,会根据预置的错误类型在数据段的错误字段中填入对应的ID值,步骤307则根据ID值来判断:
如果ID属于预置可修正错误则进入步骤308进行对应修正;
如果ID值的定义为未知错误或不可修正错误,即作为不可修正错误,进入步骤309。例如数据段进入步骤306后会在错误字段填入预置为超出范围属性的ID值,可根据数据来修正。
步骤310:判断不可修正数据是否符合错误报警条件,即判断不可修正数据出现次数是否超过报警控制策略;
如果符合报警条件,则执行步骤311启动相应报警程序;
如果不符合报警条件,则丢弃数据执行步骤315结束当前流程;
步骤311:启动报警控制程序;
步骤312:数据整合,在数据尾部添加数据相关信息,主要包括;
步骤3121:添加数据长度,定义从数据对象化标识符起到数据加密类型止;
步骤3122:添加设备ID,即确认采集数据设备,防止设备被替换;
步骤3123:添加数据加密类型;
步骤3124:添加对数据串的校验值,计算方法为从数据对象化标识符起到数据加密类型止,所有数据从头开始两两进行异或计算得出的数值,即为数据串的校验值;
步骤313:判断整合后的值是否符合数据整合条件,即判断数据串整合端是否满足配置策略;
如果满足配置策略,则执行下一步骤314数据加密;
如果不满足配置策略,则执行步骤306错误诊断;
步骤314:数据加密,根据设定的数据加密类型和数据加密策略,为整合完成的数据进行初步加密;
步骤315:数据加密完成后,流程结束
下表1数据处理中数据结构的定义
2、数据抽象和字段定义
主要将所有的不同种类外设都抽象为数据表项,对数据表项的读写被直接映射为对外设的操作。对数据串字段的定义、字段间搭配方式和对数据串处理的方式保护对象。
表1
根据上述表格的定义可知,可设定字节长度,即在定制化开发时根据客户需求配置数据段内属性字的个数,在交付使用后客户是不能够更改的。可变字节长度,即在数据获取时,根据数据长度变化数据值段的长度改变。标识符以16进制数进行表式。数据头:字节长度2字节,包含工程项目和用户信息。在出厂时或定制化开发时,有生产厂商设定固化;数据长度:字节长度2字节,从数据对象段到校验字最后一字节;数据对象段:长度自定义设定,数据具体特征抽象为特征标识符,如接口类型标识符和数据功能标识符等。数据属性段:长度自定义设定,数据具体属性的属性标识符,如采集设备ID标识符、数据值类型、数据值精度、数据值单位等;错误属性段:长度自定义设定,数据错误处理策略配置,如数据值错误标识符、错误类型标识符、错误次数等;数据安全段:长度自定义设定,数据安全策略的配置,如安全模式标识符、数据加密策略标识符、密码控制标识符等;数据值段:长度字节可变,具体获取的数据值,也可以为空;校验字:字节长度1字节,从数据对象段到数据值段最后一个字节逐字节异或值。上述数据格式的定义只是为了更好说明本发明,但不局限于此表格所列格式。
为了更好的说明本发明,图4本发明人机交互界面配置管理流程实施例。进入配置管理界面时,首先要进行用户身份验证。用户身份验证是对访问者访问权限的认定,不同访问权限对应不同的数据访问量以及管理权限。本流程说明以管理员权限(最大权限)为标准进行分析。
完成用户登录后,进入主菜单界面即一级配置界面,分为5个主配置项,分别为接口驱动配置、数据处理策略配置、数据错误处理策略配置、设备控制管理配置和交互界面管理设置,现详细讲解其任务功能:
接口驱动配置。主要为外界传感器和硬件接口提供驱动的添加、卸载和驱动参数配置等操作。在“驱动参数设置”二级界面下又分为设备驱动信息管理和设备驱动基本参数的三级界面。“设备驱动信息管理”是指添加设备驱动的信息(如名称、版本号等)显示在本地或者远程设备中方便用户的管理和使用。“设备驱动基本参数”根据不同设备以及硬件接口类型进行详细的参数设定,如对串口接口的波特率、数据位、奇偶校验、停止位以及字符编码设定。
数据处理策略配置。主要为用户进行整理数据、数据筛选、甄别错误、和加密规则以及数据库配置等操作提供配置。二级界面分为“数据库存储配置”、“数据处理策略”、“数据串配置”和“安全配置策略”。“数据库存储配置”用于管理数据在数据库存储的表项、访问数据库的模式和密码等配置。“数据处理策略”对数据处理流程中具体执行动作的配置。用户可勾选使用相关数据配置属性,并且为一些属性指定对应的标识符,从而达到配置数据处理具体的动作的目的。同时它又分为“数据对象化配置”是指把实际的硬件设备、接口抽象定义和对应计量单位为特定的标识符,方便在数据处理时对数据进归纳整理,“数据值分析参数配置”是预置采集数据值数据属性如数据值的范围、数据值的格式和数据值的精度等属性,“数据整合项配置”是指要填入数据串的数据值及其相关属性以及对他的处理方式的参数配置(如数据抽象化标识符、上述数据值及其属性、以及数据长度、是否加密和数据串校验值等)和“数据值格式设定”是指对采集到的数据值的字符的编码方式与格式进行设定。这四项全面的对数据各个属性进行了归类。“数据串参数配置”是指用户定义的一个数据字段,用于在数据整合时需要填入的字段的定义,如字段排列顺序、字段长度、字段定义等,本项对这些信息进行管理。“安全配置策略”项即设定了安全模式等级、加密策略和访问密匙设定等安全机制。
数据错误处理策略配置。主要定义了处理错误数据的机制和策略。二级界面包括“错误诊断策略配置”、“数据修正策略配置”和“报警策略配置”。错误诊断项,分析数据串中各字节数值,判断其中出错的部分,并在数据串中错误标识符位进行标注错误类型。错误修正项在错误诊断项完成后,对错误字节根据规则进行修正。报警选项把不能修正的数据分析,如果符合报警策略则发出警报和其他控制措施。
设备控制管理配置。包括各个模块设备的硬件配置和定义。可以理解为本发明硬件模块驱动设备的管理。
数据本地访问配置。主要针对人机交互界面的访问方式配置和访问安全设置。二级界面分为访问界面参数设置、访问数据参数设置和访问安全设置。访问界面参数主要包括,界面的布局、浏览方式和显示本地时间设置等设置。访问数据参数设置主要包括可浏览数据项、数据显示形式、数据排列形式和查询数据条件等。访问安全设置又分为三个三级界面包括访问权限设定,即登录用户访问数据权限、登录密码设定和访问权限对应访问数据项和控制项的配置;访问设备ID的设定,即每个可连接到本设备的访问设备的ID值;设备自身故障诊断,即通过此项使设备进行一次本身硬件设备故障自检。
为了更好的对本发明进行说明,图5示出了一个SPI接口温度传感器工作流程实例,描述本发明系统的工作流程。
步骤501:首先讲一个标准SPI接口的温度传感器连接到本发明的对应SPI接口上。
步骤502:打开人机交互界面进行传感器驱动和数据策略配置,其中包括:
步骤5021:SPI驱动参数配置,如SPI模式、时钟频率、采集数据位精度等;
步骤5022:数据处理策略设定,设置包括对数据头位的定义、数据对象化标识符位定义和数据属性位标识符定义,其中
数据头标识符定义,根据项目代号、客户定义为A1A2;
数据抽象对象化标识符接口位定义SPI为B1,功能属性位定义温度为B2;
数据属性标识符数据值类型位定义为INT整型标识符为C1,数值精度位D0小数点后0位,数据单位位摄氏度标识符E1;
步骤5023:错误处理策略设定,设置包括对数据处理策略位、数据错误标识符位、错误类型标识符位和错误次数位;
步骤5024:安全处理策略设定,设置包括对安全模式标识符位、加密策略标识符位和密码控制位,以及选择数据加密算法(如DES、RSA和DSA算法)。
步骤5025:为新添加的设备建立相关信息,如设备ID位;
步骤5026:在进行策略配置时,系统会从数据库中调用相关属性选项,并在配置完成后将配置策略存储在数据库指定位置。
步骤503:判断传感器设备是否连接成功,即是否有数据产生;
如果连接成功,则执行步骤504开始数据采集;
如果连接不成功,应该检查步骤501和步骤502;
步骤504:采集数据,开始采集温度数据;
步骤505:数据处理,根据设定的数据处理策略和错误处理策略处理温度数据,最终温度数据形成数据存储文件;
步骤5051:把采集到原始数据备份到存储设备上保存;
步骤506:判断数据是否正确,即是否符合错误判断策略;
如果数据正确,生成完整的数据串进入步骤507;
如果数据不正确,执行步骤5051错误报警和处理;
步骤5051:错误报警和处理,数据处理中的温度数据如果超出我们设定的正常范围并且积累到一定次数会引发报警,并进行进一步的处理,如重新启动设备或停止采集;
步骤507:对完整的数据串按照安全策略进行加密,形成数据存储文件;
步骤5071:对加密后的数据备份到存储设备上保存;
步骤508:把加密后的数据存储文件发送到远程客户端;
步骤509:流程结束;
远程客户端接收到数据存储文件后,经过解密以及用相同的数据配置策略还原为可用的温度数据,供管理人员使用。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制,虽然本发明已以较佳实施例揭露如上,然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但是凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。