CN102724325A

CN102724325A - 一种基于VxWorks的能耗监测数据采集设计方法

Info

Publication number: CN102724325A
Application number: CN2012102246647A
Authority: CN
Inventors: 刘晓东; 郝志安; 王鹏
Original assignee: CETC 54 Research Institute
Current assignee: CETC 54 Research Institute
Priority date: 2012-07-02
Filing date: 2012-07-02
Publication date: 2012-10-10

Abstract

本发明公开了一种基于VxWorks的能耗监测数据采集设计方法，它涉及能耗监测系统的能耗数据采集方法。本发明针对国家机关办公建筑和大型公共建筑的能耗数据采集问题，将数据采集的功能分解为VxWorks下不同的任务，通过VxWorks统一调度各个任务协同工作，采集所管辖的能耗计量装置的能耗数据，对能耗数据进行解析和统一封装，并通过信道远传给数据中心，实现了对多种类型能耗数据的采集和远传。本发明具有可采集多种类型能耗数据、统一封装和多种远传方式的特点，适用于办公建筑和大型公共建筑环境下能耗计量数据采集的应用场景。

Description

一种基于VxWorks的能耗监测数据采集设计方法

技术领域

本发明涉及能耗监测系统的能耗数据采集方法，特别是国家机关办公建筑和大型公共建筑的能耗数据采集，适用于办公建筑和大型公共建筑的环境，对电能表、水表、燃气表等能耗计量装置的能耗数据进行采集和解析，将数据按照统一的格式进行封装，将封装好的数据远传给数据中心，并对数据进行本地存储。

背景技术

节能减排是我国当前及将来发展中所必须面临并亟待解决的重大问题，国家机关办公建筑和大型公共建筑的能耗是节能减排的一个重要内容，建立一套国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统是节能减排的必要措施。有效获得用户水电气的原始使用数据，从而掌握和预测能源负荷，优化能源利用，减少和杜绝能源损耗，实现科学化和精细化管理，是建立国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统的重点内容。

现有的针对能耗监测系统进行数据采集的技术通常分为两大类，一类是以单一类型能耗数据为目标的数据采集，其优点是可以对该类型能耗的多个参数进行采集，利于进行详细的分析，并且采集范围广，缺点是采集能耗类型单一；另一类是采用ZigBee技术，通过无线传感器网络采集和传输数据，其优点是组网灵活，低功耗，低带宽，低成本，其缺点是由于传输带宽有限，本地无法对数据进行封装，采集数据需要汇集到网关处才能按统一格式进行封装。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于避免上述背景技术中的不足之处，统一考虑多种类型能耗数据的采集、封装、远传问题，并提供一种基于VxWorks的能耗数据采集设计方法，实现对多种类型能耗数据的采集、封装、远传。

本发明所要解决的技术问题由以下技术方案实现，其特征在于：该方法基于VxWorks进行设计，对能耗数据的采集、解析、封装、远传、存储功能分解为不同的任务，各个任务在VxWorks的统一调度下协同工作；

具体包括如下步骤：

1)对数据采集器进行配置；

2)数据采集器通过远传信道远程接入数据中心；

3)数据采集器通过信道向所管辖的能耗计量装置下发指令消息，接收能耗计量装置返回的响应消息，获得能耗计量装置的能耗数据；

4)数据采集器解析能耗数据，并将解析后的能耗数据添加能耗类型、时间、能耗计量装置位置编码信息，按照统一的格式封装成上报的数据包；

5)数据采集器将上报的数据包进行加密处理后远传给数据中心；

6)数据采集器在数据远传的同时本地存储远传数据。

其中，在步骤2)中，远传信道包括Internet有线信道和GPRS无线信道。

在步骤2)，在接入数据中心过程中需进行身份认证，身份认证采用MD5算法。

在步骤3)中，与所管辖的能耗计量装置通信的信道包括有线信道和无线信道，当能耗计量装置为水表、燃气表时，信道为有线形式的RS-485总线信道；当能耗计量装置为电能表时，信道为有线形式的RS-485总线信道或无线形式的电力载波信道。

在步骤3)中，采集能耗数据的方式包括主动定时采集和根据数据中心指令实时采集。

在步骤4)中，采用XML文件的格式对数据进行封装。

在步骤5)中，采用AES加密算法对上报数据进行加密，数据中心可以通过远传信道对加密密钥进行更新。

在步骤6)中，当远传信道不可用时，数据采集器对未能成功上传的数据进行存储，并在远传信道可用后，主动将未上报的数据远传给数据中心。

在步骤6)中，数据采集器对7天内的采集数据进行存储，并在数据中心下发上报历史数据指令后，将本地存储的7天内的历史数据远传给数据中心。

本发明与现有技术相比，取得的有益效果为：

1.基于VxWorks进行设计。

数据采集工作过程中，需要使用I/O接口、存储设备、时钟设备等多种资源，基于VxWorks进行设计可以有效管理和方便使用这些资源。另外，在VxWorks下，可以将采集、解析、封装、远传、存储等功能分解为不同的任务，每个任务完成单一的功能，各个任务间通过VxWorks提供的资源进行通信，并在VxWorks的统一调度下协同工作，运行稳定，实时性强。

2.可采集电能表、水表、燃气表等多种能耗计量装置的能耗数据。

根据电能表、水表、燃气表等能耗计量装置通信接口的统一性，可以通过RS485接口统一采集各种不同类型能耗计量装置的数据，扩大了数据采集的范围；根据电能表与其它能耗计量装置通信接口的差异性，可以通过电力载波接口采集电能表的能耗数据，提高了数据采集的灵活性。

3.在本地对数据按照统一格式进行封装。

对各种不同类型的能耗数据，按照统一的格式封装成XML文件，使数据中心能够方便地对各类能耗数据进行统一的处理；封装工作在数据采集的同时即可完成，不需要再增加网关设备。

4.具备数据本地存储功能。

当远传信道出现故障时，本设计方法能够将未能远传的数据在本地进行存储，并在检测到远传信道恢复后，主动将未远传的存储数据远传给数据中心；另外，本设计方法能够存储7天时间内的采集数据，并在接收到数据中心的指令后，将存储周期内的历史数据远传给数据中心，从而很好的保证了能耗数据的完整性。

附图说明

图1为数据采集功能划分示意图。

具体实施方式

一种基于VxWorks的能耗监测数据采集设计方法，依托的硬件平台需符合《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统分项能耗数据传输技术导则》的规定，功能划分如图1所示，实施过程包括如下步骤：

1)对数据采集器进行配置。

对数据采集器的配置参数包括：采集器本地信息、数据中心信息和所管辖能耗计量表计信息三个域。其中，采集器本地信息进一步包括所在楼栋编号、采集器编号、RS485接口连接能耗表计类型、电力载波接口连接电能表类型、远传信道类型和采集周期；数据中心信息包括数据中心服务器的IP地址和通信端口号；所管辖能耗计量表计信息包括能耗计量表计的通信地址和能耗类型分类编码。配置完成后，数据采集器将配置信息保存在本地存储设备中，具备掉电保存功能。在设备重启时，数据采集器能够读取存储的配置信息，完成设备的初始化工作。

2)数据采集器通过远传信道远程接入数据中心。

数据采集器启动后，根据配置信息，通过远传信道和数据中心通信，发起身份认证过程。如果认证过程成功，表明数据采集器是合法设备，可以继续后续工作；如果认证过程失败，表明数据采集器是非法设备，数据中心拒绝其接入。

3)数据采集器通过信道向所管辖的能耗计量装置下发指令消息，接收能耗计量装置返回的响应消息，获得能耗计量装置的能耗数据。

数据采集器定时向能耗计量装置发送查询能耗数据指令，并接收能耗计量装置返回的响应消息。如果在等待时间窗口结束前接收到响应消息，则对该计量装置的数据采集完成；如果等待时间窗口结束而未收到响应消息，则重新发送查询指令并等待接收，直至达到最大查询次数。如果达到最大查询次数仍未接收到响应消息，则认为对该能耗计量装置的数据采集失败，向数据中心返回计量装置故障消息。

数据采集器对所管辖的全部能耗计量装置采用轮询的机制进行数据采集，轮询周期由配置信息中的采集周期决定。

数据采集器也可以在接收到数据中心的实时采集指令后，立即向能耗计量装置发送查询能耗数据指令进行实时数据采集。实时采集完成后，重新开始定时采集周期计时。

4)数据采集器解析能耗数据，添加附加信息，按照统一的格式进行封装。

数据采集器解析接收到的能耗数据消息，获得能耗计量数值，然后添加能耗类型、时间、能耗计量装置位置编码等附加信息，按照统一的格式封装成上报给数据中心的XML文件数据包。

5)数据采集器将数据包进行加密处理后远传给数据中心。

数据采集器使用AES加密算法对XML文件数据包进行加密处理，然后将加密后的数据通过远传信道远传给数据中心。

6)数据采集器本地存储数据。

在数据远传的同时，数据采集器对远传数据进行本地存储。数据的本地存储分为两个部分：未能远传数据的存储和历史数据的存储。当远传信道出现故障时，数据采集器能够将未能远传的数据在本地进行存储，并在检测到远传信道恢复后，主动将未远传的存储数据远传给数据中心；同时，数据采集器存储7天时间内采集到的全部能耗数据，并在接收到数据中心的指令后，将存储周期内的历史数据远传给数据中心。

7)数据采集器接收数据中心下发的指令，根据指令对数据采集器进行配置。

数据采集器在正常工作过程中，定期向数据中心发送存活通知消息，并接收数据中心返回的授时消息。接收到授时消息后，数据采集器获取系统的当前时间并与授时消息中的时间进行比较，如果不相等则根据授时消息中的时间重新设置本地系统时间。

数据采集器在接收到数据中心下发的更改采集周期消息后，能够修改配置信息中的采集周期数值，并按照新的采集周期进行定时数据采集。新的采集周期数值能够掉电保存。

Claims

1.一种基于VxWorks的能耗监测数据采集设计方法，其特征在于：该方法基于VxWorks进行设计，对能耗数据的采集、解析、封装、远传、存储功能分解为不同的任务，各个任务在VxWorks的统一调度下协同工作；

具体包括如下步骤：

1)对数据采集器进行配置；

2)数据采集器通过远传信道远程接入数据中心；

6)数据采集器在数据远传的同时本地存储远传数据。

2.根据权利要求1所述的基于VxWorks的能耗监测数据采集设计方法，其特征在于：数据采集器可接收数据中心下发的指令，根据指令对数据采集器的设置进行配置。

3.根据权利要求1所述的基于VxWorks的能耗监测数据采集设计方法，其特征在于：在步骤2)中，远传信道包括Internet有线信道和GPRS无线信道；在接入数据中心过程中需进行身份认证，身份认证采用MD5算法。

4.根据权利要求1所述的基于VxWorks的能耗监测数据采集设计方法，其特征在于：在步骤中3)中，与所管辖的能耗计量装置通信的信道包括有线信道和无线信道，当能耗计量装置为水表、燃气表时，信道为有线形式的RS-485总线信道；当能耗计量装置为电能表时，信道为有线形式的RS-485总线信道或无线形式的电力载波信道。采集能耗数据的方式包括主动定时采集和根据数据中心指令实时采集。

5.如权利要求1所述的基于VxWorks的能耗监测数据采集设计方法，其特征在于：在步骤4)中，采用XML文件的格式对数据进行封装。

6.如权利要求1所述的基于VxWorks的能耗监测数据采集设计方法，其特征在于：在步骤5)中，采用AES加密算法对上报数据进行加密，数据中心可以通过远传信道对加密密钥进行更新。

7.如权利要求1所述的基于VxWorks的能耗监测数据采集设计方法，其特征在于：在步骤6)中，当远传信道不可用时，数据采集器对未能成功上传的数据进行存储，并在远传信道可用后，主动将未上报的数据远传给数据中心。

8.如权利要求1所述的基于VxWorks的能耗监测数据采集设计方法，其特征在于：在步骤6)中，数据采集器对采集数据进行存储，并在数据中心下发上报历史数据指令后，将本地存储的历史数据远传给数据中心。

9.如权利要求2所述的基于VxWorks的能耗监测数据采集设计方法，其特征在于：数据采集器可接收数据中心下发的更改采集周期指令，并以新的采集周期定时主动采集计量装置的能耗数据。