CN103139059B - 煤矿机电设备数据采集解析网关 - Google Patents
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Abstract
一种煤矿机电设备数据采集解析网关，属于数据采集解析网关。包括装置和方法；装置：核心处理模块、数据存储模块、程序存储模块、CAN总线模块、串口通信模块、以太网协议转换模块、光纤接口模块、RJ45接口模块和电源模块；核心处理模块同时与数据存储模块、程序存储模块、CAN总线模块、串口通信模块和以太网协议转换模块连接，以太网协议转换模块同时与光纤接口模块和RJ45接口模块连接，电源模块与所有模块连接，为各模块提供电源；方法基于数据接收模块、数据解析模块、数据上传模块、网关设定模块；这四个模块通过软件实现，控制硬件的工作流程和工作方式。优点：能够设定相应的设备名称、接口类型和通信协议，对数据实现就地解析、存储和转发。
Description
技术领域
本发明涉及一种数据采集解析网关，特别是一种煤矿机电设备数据采集解析网关。
背景技术
对煤矿机电设备工作状态的实时监测，是实现煤矿机电设备统一信息化管理的有效途径，随着信息技术的发展，越来越多的设备工作数据被传输到煤矿集控中心，但是各厂家的机电设备没有统一的接口。通信协议多样化、数据异构性的特点对信息上传汇总技术提出严峻考验。如果对每一种接口都开发一套特定的数据采集网关显然非常繁琐，这就对数据采集网关的通用性提出要求。目前，大部分的网关仅仅实现了数据的转发和交换功能，无法对接收到数据进行解析，即使具备了解析功能也是将该功能固化在程序代码里，通用性较差。
发明内容
本发明的目的是要提供一种煤矿机电设备数据采集解析网关，解决当前煤矿机电设备监测系统接口和通信协议繁多，信息解析困难的问题。
本发明的目的是这样实现的：数据采集解析网关包括装置和方法；
装置包括：核心处理模块、数据存储模块、程序存储模块、CAN总线模块、串口通信模块、以太网协议转换模块、光纤接口模块、RJ45接口模块和电源模块；核心处理模块同时与数据存储模块、程序存储模块、CAN总线模块、串口通信模块和以太网协议转换模块连接，以太网协议转换模块同时与光纤接口模块和RJ45接口模块连接，电源模块与所有模块连接，为各模块提供电源。
该数据解析网关方法基于数据接收模块、数据解析模块、数据上传模块、网关设定模块；这四个模块通过软件实现，控制硬件的工作流程和工作方式；通过对现场设备的名称和通信协议的预设能够实现设备的自动识别与数据的自适应解析；其中数据接收模块兼容TCP/IP、RS485、RS232、CAN总线多种通讯方式，能够将现场设备的数据读入到网关中；数据解析模块解析各类设备的数据并按照预设的解析规则进行计算与转换处理，解析规则主要包含了对数据各位和各字节含义的标定，以及数据格式的转换方法；数据上传模块能够缓存数据并采用标准通用网络协议TCP/IP向上层系统发送数据；网关设定模块包括数据上传设定、数据解析规则设定、现场设备参数设定以及其他系统参数设定；
将现场可变动因素从代码中抽象出来，利用配置设定的方式加载到系统，该网关方法的具体步骤如下：
（1）设备设定：首先对现场所有设备的信息通过网关的Web控制台录入网关中，同时对所有设备进行编址；当添加新的设备装置时，能通过信息配置，在不更改网关已有固化程序的情况下，实现对新加入设备的自动识别；
（2）数据获取设定：网关读取设定信息，依据预设信息获取现场设备的通信协议类型以及接口，利用设备通信函数遍历所有设备，以测试现场设备与网关的物理连通性，若连接正常后则逐一打开数据连接接口，根据设备信息调用相关函数访问对应的端口，返回数据结果，然后对所获取的原始数据进行校验，校验成功则保留数据，否则丢弃；
（3）数据解析设定：获取原始数据后，处理器能够根据预设的解析设定，对需要运算的数据进行处理，解析设定主要包含了对数据各位和各字节含义的标定，以及数据格式的转换方法；
（4）数据上传设定：网关首先以文件的形式缓存解析后的数据，数据的存储按天为单位，每天的数据存于一个文件中，最多缓存三天数据；对于数据的上传，采用TCP模式Socket编程，首先向上层系统发起TCP连接，若连接成功，通过握手协议进行身份验证，验证成功后开始发送数据，在数据传输过程中若出现意外，如因传输网络故障等原因未能将数据定时远传，则记录断点，待传输网络恢复正常后网关利用存储的数据进行断点续传；若连接失败则再重新连接三次，若仍失败，记录在日志文件内。
有益效果：由于采用了上述方案，对现场所有设备的信息通过网关的Web控制台录入网关中，可以对所有设备进行编址。当需要添加新的设备装置时，在不更改网关已有固化程序的情况下，能通过信息配置，实现对新加入设备的自动识别。
依据预设信息获取现场设备的通信协议类型以及接口，利用设备通信函数遍历所有设备，以测试现场设备与网关的物理连通性，若连接正常后则逐一打开数据连接接口，根据设备信息调用相关函数访问对应的端口，返回数据结果，然后对所获取的原始数据进行校验，校验成功则保留数据，否则丢弃。
获取原始数据后，读入解析规则设定文件，然后根据所设定的数据解析规则对需要运算的数据进行处理，最后通过格式转化函数对所有数据进行格式转换，并依据所设定格式进行统一标识。
解决了当前煤矿机电设备监测系统接口和通信协议繁多，信息解析困难的问题，达到了本发明的目的。
优点：能够针对煤矿不同的机电设备，设定相应的设备名称、接口类型和通信协议，对数据实现就地解析、存储和转发，具有使用灵活的特点。
附图说明
图1为煤矿机电设备数据采集解析网关硬件结构图。
图2为数据采集网关软件结构图。
图3为网关设定模块流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1：数据采集解析网关包括装置和方法；
装置包括：核心处理模块、数据存储模块、程序存储模块、CAN总线模块、串口通信模块、以太网协议转换模块、光纤接口模块、RJ45接口模块和电源模块；核心处理模块同时与数据存储模块、程序存储模块、CAN总线模块、串口通信模块和以太网协议转换模块连接，以太网协议转换模块同时与光纤接口模块和RJ45接口模块连接，电源模块与所有模块连接，为各模块提供电源。
该数据解析网关方法基于数据接收模块、数据解析模块、数据上传模块、网关设定模块；这四个模块通过软件实现，控制硬件的工作流程和工作方式；通过对现场设备的名称和通信协议的预设能够实现设备的自动识别与数据的自适应解析；其中数据接收模块兼容TCP/IP、RS485、RS232、CAN总线多种通讯方式，能够将现场设备的数据读入到网关中；数据解析模块解析各类设备的数据并按照预设的解析规则进行计算与转换处理，解析规则主要包含了对数据各位和各字节含义的标定，以及数据格式的转换方法；数据上传模块能够缓存数据并采用标准通用网络协议TCP/IP向上层系统发送数据；网关设定模块包括数据上传设定、数据解析规则设定、现场设备参数设定以及其他系统参数设定；
将现场可变动因素从代码中抽象出来，利用配置设定的方式加载到系统，该网关方法的具体步骤如下：
（1）设备设定：首先对现场所有设备的信息通过网关的Web控制台录入网关中，同时对所有设备进行编址；当添加新的设备装置时，能通过信息配置，在不更改网关已有固化程序的情况下，实现对新加入设备的自动识别；
（2）数据获取设定：网关读取设定信息，依据预设信息获取现场设备的通信协议类型以及接口，利用设备通信函数遍历所有设备，以测试现场设备与网关的物理连通性，若连接正常后则逐一打开数据连接接口，根据设备信息调用相关函数访问对应的端口，返回数据结果，然后对所获取的原始数据进行校验，校验成功则保留数据，否则丢弃；
（3）数据解析设定：获取原始数据后，处理器能够根据预设的解析设定，对需要运算的数据进行处理，解析设定主要包含了对数据各位和各字节含义的标定，以及数据格式的转换方法；
（4）数据上传设定：网关首先以文件的形式缓存解析后的数据，数据的存储按天为单位，每天的数据存于一个文件中，最多缓存三天数据；对于数据的上传，采用TCP模式Socket编程，首先向上层系统发起TCP连接，若连接成功，通过握手协议进行身份验证，验证成功后开始发送数据，在数据传输过程中若出现意外，如因传输网络故障等原因未能将数据定时远传，则记录断点，待传输网络恢复正常后网关利用存储的数据进行断点续传；若连接失败则再重新连接三次，若仍失败，记录在日志文件内。
数据采集解析网关包括：核心处理模块U1、数据存储模块U2、程序存储模块U3、can总线模块U4、串口通信模块U5、以太网协议转换模块U6、光纤接口模块U7、RJ45接口模块U8、电源模块U9。
核心处理模块U1同时与数据存储模块U2、程序存储模块U3、CAN总线模块U4、串口通信模块U5和以太网协议转换模块U6连接，以太网协议转换模块U6同时与光口通信模块U7和以太网接口模块U8连接，电源模块U9与所有模块连接，为各模块提供能源。
在图1中，核心处理模块U1为该网关的核心，负责其它模块的控制和通讯；核心处理模块U1选用Philips的ARM控制器LPC2292。CPU内核工作电压为1.8V，引脚工作电压为3.3V。LPC2292带有256k字节(kB)嵌入的高速Flash存储器；独特的加速结构使32位代码能够在最大时钟速率下运行，可实现TCP/IP协议栈中的ARP、TCP、UDP、ICMP等网络协议。LPC2292内部集成两个CAN控制器。
数据存储模块U2在本装置中的功能是实现代码执行以及数据存储；数据存储模块U2采用FM24CL16铁电存储器，采用处理器自带的I2C总线相连接，主要保存协议转换器的一些参数，掉电不丢失。
程序存储模块U3是个高速同步动态随机存取存储器，用于存放已调试好的用户应用程序、嵌入式操作系统以及在系统掉电后需要保存的用户数据；使用的是一个高速的同步动态随机存储器（4Mwords×4bands×16bits），时钟频率143MHz，该芯片能够满足工业标准，采用低功耗设计，工作电压为3.3V，工作电流低于1mA。
串口通信模块U5用于串口的数据交换操作，具有接收和发送数据的功能；串口通信模块U5选用MAX232和MAX485进行协议电平转换。并对MAX485采用6N137进行光电隔离，以提高系统的稳定性和安全性。
以太网协议转换模块U6用于以太网的协议转换操作，具有接收和发送数据的功能，以太网协议转换模块U6采用了太网控制器DM9000AEP，该芯片是一个全集成、功能强、性价比高的快速以太网MAC控制器，它带有一个通用处理器接口、EEPROM接口、10/100PHY和16KB的SRAM(13KB作为接收FIFO，3KB作为发送FIFO)。
光纤接口模块U7用于光纤的数据交换操作，具有接收和发送数据的功能；光纤接口模块U7的光接收端选用深圳飞通光电子技术有限公司生产的PHOTON STZ SONET OC-1同步网用光纤接收前端组件。该组件将AGC电路和检波电路做在一起，简化了接收电路，具有动态范围宽、灵敏度高等优点。
RJ45接口模块U8，是连接以太网协议转换模块U6与终端设备接口之间的磁性组件，在其二者之间起着信号传输、阻抗匹配、波形修复、信号杂波抑制和高电压隔离作用，端口有4个RJ45接口。
电源模块U9的功能是提供稳定的电压(3.3v、1.8v)。提供稳定的电压，主板工作电压为3.3V，主要芯片工作电压为3.3V、1.8V，采用外置DC5V电源供电，把5V转换为3.3V和1.8V。
在图2中，该数据解析网关方法基于数据接收模块、数据解析模块、数据上传模块、网关设定模块构成。这四个模块通过软件实现，控制硬件的工作流程和工作方式。通过对现场设备的名称和通信协议的预设能够实现设备的自动识别与数据的自适应解析。其中数据接收模块兼容TCP/IP、RS485、RS232、CAN总线等多种通讯方式，负责将所有现场设备的数据读入到网关中；数据解析模块负责解析各类设备的数据并按照预设的解析规则进行计算与转换处理；数据上传模块缓存数据并采用标准通用网络协议TCP/IP向上层系统发送数据；网关设定模块主要包括数据上传设定、数据解析规则设定、现场设备参数设定以及其他系统参数设定。
(一) 数据接收模块
数据接收模块包括设备驱动程序、设备通信函数、数据收集函数以及数据校验函数。设备驱动程序用于协调现场设备和网关的关系；设备通信函数用于测试现场设备与网关的物理连接是否正常；数据收集函数基于设备驱动程序读取现场所有设备的数据；数据校验函数用于校验所接收的原始数据正确与否。
(二) 数据解析模块
数据解析模块主要包括数据处理函数和格式转化函数，依据预设信息来完成不同设备数据的计算处理与格式转化。其中数据处理函数用于对所接收原始数据进行简单运算处理，数据处理方式不绑定在静态代码中，而是通过动态加载预设信息进行完成；格式转化函数负责将各类设备的异构数据转换为一种统一的格式，通过设备编号与获取数据的时间来标识各类数据。
(三) 数据上传模块
数据上传模块包括数据缓冲函数和数据上传函数。数据缓冲函数实现对解析后数据的缓存，以文件形式进行存储，存储时间周期可自定义设定；数据上传函数采用TCP模式Socket编程，支持断点续传，同时支持向多个远程数据中心发送数据。
(四) 网关设定模块
通过内置嵌入式WebServer，提供与用户的交互接口，利用Web控制台实现对煤矿现场设备、数据解析规则、数据上传和系统参数的设定。现场设备设定包括设备型号、设备编号、通信接口及协议，实现对各类现场异构设备的统一操作管理；解析规则设定包括对原始数据的分类统计算法、数据解析方法以及数据变换规则；数据上传设定主要有远程IP地址设定、子网掩码设定、端口号设定、缓存周期设定、身份验证设定、数据远程多机备份设定、上传规则；系统参数设定包括日志设定、网关权限设定、系统信息及状态。
在图3中，对本发明装置的网关设定流程进行描述。
该网关将现场可变动因素从代码中抽象出来，利用配置设定的方式加载到系统，基于上述功能模块，该网关工作流程包括如下步骤：
1) 设备设定
首先对现场所有设备的信息通过网关的Web控制台录入网关中，同时对所有设备进行编址。当添加新的设备装置时，能通过信息配置，在不更改网关已有固化程序的情况下，实现对新加入设备的自动识别。
2) 数据获取设定
网关读取设定信息，依据预设信息获取现场设备的通信协议类型以及接口，利用设备通信函数遍历所有设备，以测试现场设备与网关的物理连通性，若连接正常后则逐一打开数据连接接口，根据设备信息调用相关函数访问对应的端口，返回数据结果，然后对所获取的原始数据进行校验，校验成功则保留数据，否则丢弃。
3) 数据解析设定
获取原始数据后，处理器能够根据预设的解析设定，对需要运算的数据进行处理，解析设定主要包含了对数据各位和各字节含义的标定，以及数据格式的转换方法。
4) 数据上传设定
网关首先以文件的形式缓存解析后的数据，数据的存储按天为单位，每天的数据存于一个文件中，最多缓存三天数据；对于数据的上传，采用TCP模式Socket编程，首先向上层系统发起TCP连接，若连接成功，通过握手协议进行身份验证，验证成功后开始发送数据，在数据传输过程中若出现意外，如因传输网络故障等原因未能将数据定时远传，则记录断点，待传输网络恢复正常后网关利用存储的数据进行断点续传；若连接失败则再重新连接三次，若仍失败，记录在日志文件内。
Claims (1)
1.一种煤矿机电设备数据采集解析网关，其特征是：它包括网关的功能模块以及网关所执行的方法：
所述网关的功能模块包括：核心处理模块、数据存储模块、程序存储模块、CAN总线模块、串口通信模块、以太网协议转换模块、光纤接口模块、RJ45接口模块和电源模块；核心处理模块同时与数据存储模块、程序存储模块、CAN总线模块、串口通信模块和以太网协议转换模块连接，以太网协议转换模块同时与光纤接口模块和RJ45接口模块连接，电源模块与所有模块连接，为各模块提供电源；
所述数据采集解析网关方法基于数据接收模块、数据解析模块、数据上传模块、网关设定模块；这四个模块通过软件实现，控制硬件的工作流程和工作方式；通过对现场设备的名称和通信协议的预设能够实现设备的自动识别与数据的自适应解析；其中数据接收模块兼容TCP/IP、RS485、RS232、CAN总线多种通讯方式，能够将现场设备的数据读入到网关中；数据解析模块解析各类设备的数据并按照预设的解析规则进行计算与转换处理，解析规则主要包含了对数据各位和各字节含义的标定，以及数据格式的转换方法；数据上传模块能够缓存数据并采用标准通用网络协议TCP/IP向上层系统发送数据；网关设定模块包括数据上传设定、数据解析规则设定、现场设备参数设定以及数据获取参数设定；
将现场设备、数据获取、数据解析和数据上传因素从代码中抽象出来，利用配置设定的方式加载到系统，所述网关所执行的方法步骤如下：
（1）设备设定：首先对现场所有设备的信息通过网关的Web控制台录入网关中，同时对所有设备进行编址；当添加新的设备装置时，能通过信息配置，在不更改网关已有固化程序的情况下，实现对新加入设备的自动识别；
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（3）数据解析设定：获取原始数据后，处理器能够根据预设的解析设定，对需要运算的数据进行处理，解析设定主要包含了对数据各位和各字节含义的标定，以及数据格式的转换方法；
（4）数据上传设定：网关首先以文件的形式缓存解析后的数据，数据的存储按天为单位，每天的数据存于一个文件中，最多缓存三天数据；对于数据的上传，采用TCP模式Socket编程，首先向上层系统发起TCP连接，若连接成功，通过握手协议进行身份验证，验证成功后开始发送数据，在数据传输过程中，因传输网络故障原因未能将数据定时远传，则记录断点，待传输网络恢复正常后网关利用存储的数据进行断点续传；若连接失败则再重新连接三次，若仍失败，记录在日志文件内。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |