CN103414571A - 一种工业监控用信息收集、转发汇聚结点 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种工业监控用信息收集、转发汇聚结点，包括射频发送模块、射频接收模块、数据处理模块、设备级联接口以及报警模块，其中：射频接收模块，接收工作在选定频段的无线传感节点发送的射频数据信号；射频发送模块，向无线传感节点以射频数据形式发送控制命令；数据处理模块，连接射频发送模块、射频接收模块，通过设备级联接口连接其他汇聚结点，负责数据处理，控制设备级联接口、通信模块与报警模块。本发明的汇聚结点与网关及汇聚结点之间采用级联，为构建无线与有线接合的、覆盖较大范围的物联网系统提供支持，降低网络中的数据传输量；提高预警或报警的实时性；射频发送模块与射频接收模块独立设置，提高数据传输率。
Description
技术领域
本发明涉及一种支持实时定位的物联网构建技术，具体的说是一种工业监控用信息收集、转发汇聚结点。
背景技术
近年来，物联网技术已经应用到生产、生活的各个领域，从工业设备的生产过程监控到智能交通管理，物联网技术正在发挥越来越重要的作用。汇聚结点作为传感结点到上位机之间的中间结点，起着承上启下的重要作用。目前，工业监控用信息收集、转发汇聚结点存在以下问题：
（1）汇聚结点出现故障后导致通信中断，如果没有人为干预则结点不能工作；
（2）汇聚结点仅能完成信号的接收、转发功能，所有数据的处理都在上位机完成，导致通信数据量大，系统实时性差，也没有充分利用汇聚结点的处理能力；
（3）模块需要单独供电，使用汇聚结点必须解决电源问题，限制了监控区域的扩展；
（4）采用网口传输数据，需要将汇聚结点直接与交换机或者路由器连接起来，在汇聚结点数量很多的情况下，布线成本高；
（5）射频信号接收功能与射频信号发送功能不能同时进行。
发明内容
针对现有技术中汇聚结点无法实现自启动、仅能完成信号的接收、转发功能以及需要单独供电等不足之处，本发明要解决的技术问题是提供一种不需要单独提供电源、可以级联供电与传输数据的、有一定数据处理能力的工业监控用信息收集、转发汇聚结点。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
本发明一种工业监控用信息收集、转发汇聚结点，包括射频发送模块、射频接收模块、数据处理模块、设备级联接口以及报警模块，其中：
射频接收模块，接收工作在选定频段的无线传感节点发送的射频数据信号；
射频发送模块，向无线传感节点以射频数据形式发送控制命令；
数据处理模块，连接射频发送模块、射频接收模块，通过设备级联接口连接其他汇聚结点。
所述设备级联接口为阅读器供电级联接口和通信级联接口。
所述数据处理模块存有数据过滤处理程序，程序步骤为：
对现场传感器定位标签发送的原始信息采用最小二乘法处理，得到最接近的多项式；
计算原始值与多项式的距离；
如果上述距离不大于阈值，则等进一步处理；
否则，如果上述距离大于阈值，则作为噪音过滤掉。
所述数据处理模块中存有网络的自动配置程序，步骤为：
对于传感器结点与定位标签，通过通信协议维护当前可与其直接通信的传感器结点表；
与其他汇聚结点之间交互传感器结点表信息，形成网路拓扑图；
无线传感器结点发生移动或者通信故障时通知汇聚结点；
汇聚结点运行网络协议修改传感器结点表；
更新全局网络拓扑图。
所述数据处理模块存有自诊断程序，步骤为：
向上、向下发送探测包；
上级汇聚结点及无线传感器结点收到探测包并回复；
数据处理模块分析汇聚结点与无线传感器结点通信是否正常；
如果不正常，调整无线通信频率和功率；
判断汇聚结点间有线通信是否正常；
如果汇聚结点间有线通信正常，则一次诊断过程结束。
如果汇聚结点间有线通信不正常，则启用汇聚结点间无线通信功能。
本发明具有以下有益效果及优点:
1.本发明的汇聚结点与网关及汇聚结点之间采用四芯线缆级联，设备供电与数据传输全由一根四芯线缆完成，为构建无线与有线接合的、覆盖较大范围的物联网系统提供支持。
2．汇聚结点本身能够提供一定的数据处理能力，可以对数据先进行筛选再上传，降低网络中的数据传输量；对于优先级高的任务的数据可在汇聚结点本地处理，根据设定的阈值发出预警命令或报警命令，提高预警或报警的实时性。
3．射频发送模块与射频接收模块独立设置，从而接收数据功能与发送数据功能可以在物理上并行工作，提高数据传输率。
4．蜂鸣报警与灯光报警装置集成在阅读器中，蜂鸣报警与灯光报警命令可以由上位机发出，也可以由汇聚结点处理所接收信息后触发，在安全监测系统中提高实时性。
5．本发明汇聚结点与下级无线传感结点组成自组织网络，能够自动与进入汇聚结点覆盖区域无线传感结点进行通信；同时与其他汇聚结点通过交换地址信息来维持网络拓扑结构信息，保证整个系统的通信有效、高效。
附图说明
图1为本发明汇聚结点结构框图；
图2为本发明中汇聚结点之间的连接图；
图3为本发明中数据过滤处理流程图；
图4为本发明中网络的自组织与管理流程图；
图5为本发明汇聚结点应用于物联网的网络结构图。
图6为本发明汇聚结点的自诊断流程图
具体实施方式
如图5所示，为本发明汇聚结点应用于物联网的网络结构图，图中描述了包括上位机、交换机、智能网关、汇聚结点、传感节点、定位标签的物联网系统，其中传感结点、定位标签以无线方式与汇聚结点通信，汇聚结点与汇聚结点既可以有线方式也可以是无线方式通信。
如图1所示，本发明工业监控用信息收集、转发汇聚结点，包括射频发送模块、射频接收模块、数据处理模块、设备级联接口以及报警模块，其中：
射频接收模块，接收工作在选定频段的无线传感节点发送的射频数据信号；采用ZigBee通信协议,负责与无线传感结点或者智能定位结点使用ZigBee协议进行通信
射频发送模块，向无线传感节点以射频数据形式发送控制命令；模块采用ZigBee通信协议,负责与无线传感结点或者智能定位结点使用ZigBee协议进行通信
数据处理模块，连接射频发送模块、射频接收模块、报警模块与设备级联接口，通过设备级联接口连接其他汇聚结点。
所述设备级联接口为阅读器供电级联接口和通信级联接口。多个阅读器进行级联的接线原理图如图2所示。
本发明汇聚结点采集生产现场（包括环境、设备、人员）信息，为物联网系统提供原始信息与决策依据；向生产现场（包括设备、人员）转发上位机发出的控制命令。传感器作为信息获取的重要手段，是一种能够感受现实世界物理量（如温度、压力、流量等）并按照一定规律转换成系统可以识别格式的输出信号的器件和装置；无线传感节点将传感器采集到的现场信息以射频方式发送，汇聚结点接收传感器发来的数据进行本地处理或者上传到上位机，这些数据信息是上层系统决策和处理的基础。汇聚结点是一种物联网接入设备，是构建物联网系统的基础设备。
所述数据处理模块存有数据过滤处理程序，程序处理步骤如图3所示：
汇聚结点对传感器定位标签发送的原始信息进行筛选、过滤处理，原始信息不可避免的带有噪音，采用最小二乘法处理原始数据，得到最接近的多项式；
计算原始值与多项式之间距离；
如果上述距离不大于阈值，则作为有效数据进一步处理；
否则，如果原始值与多项式之间距离大于阈值，则作为噪音过滤掉。
所述数据处理模块中存有网络的自动配置程序，步骤如图4所示：
对于传感器结点与定位标签，通过通信协议维护当前可与其直接通信的传感器结点表；
与其他汇聚结点之间交互传感器结点表信息，形成网路拓扑图。
汇聚结点能够自动识别传感器结点、定位标签。对于传感器结点与定位标签，汇聚结点通过通信协议维护当前可与其直接通信的传感器结点表，进一步汇聚结点之间交流这些信息形成网路拓扑图；
无线传感器结点发生移动或者通信故障时通知汇聚结点；
汇聚结点运行网络协议修改传感器结点表；
更新全局网络拓扑图。
如图6所示，数据处理模块存有自诊断程序，步骤为：
所述数据处理模块存有自诊断程序，步骤为：
向上、向下发送探测包；
上级汇聚结点及无线传感器结点收到探测包并回复；
数据处理模块分析汇聚结点与无线传感器结点通信是否正常；
如果不正常，调整无线通信频率和功率；
判断汇聚结点间有线通信是否正常；
如果汇聚结点间有线通信正常，则，一次诊断过程结。
如果汇聚结点间有线通信不正常，则启用汇聚结点间无线通信功能。
本发明汇聚结点不需要单独提供电源，可以级联供电与传输数据。
汇聚结点提供一定的智能和数据处理能力，可以对原始数据进行筛选，滤波后再上传，降低网络中的数据传输量；对于优先级高的任务对应数据可在汇聚结点本地处理，根据设定的阈值进行预警或报警，提高任务的实时性；任务就地及时处理为构建多层分布式应用系统提供支持。
数据处理模块可以根据需要在转发数据时添加汇聚结点本身的信息（如ID号），为特殊应用提供支持（如定位系统）。
射频发送模块与射频接收模块独立设置，可在物理上并行工作，从而接收数据与发送数据可以并行工作。
汇聚结点级联供电为构建长距离、广域空间的监控网络提供了电源解决方案，
对下级汇聚结点上传数据，汇聚结点继续直接上传；对上位机发出的控制命令，汇聚结点判断是发送给汇聚结点或者本结点目前通信可达的无线传感节点则直接执行，否则向下转发，从而实现上位机与无线传感节点之间的远距离通信。
汇聚结点物理连接采用四芯线缆，其中既有电源线，也有数据线。四芯线缆也为远程接线提供方便。
图1中的接口数字①、②、③、④、⑤、⑥、⑦、⑧与图2中的一一对应，它们对应的定义如下：
①DC入，②GND，③DC出，④GND，⑤上行数据入，⑥上行数据出，⑦下行数据出，⑧下行数据入
更多汇聚结点的接法与图2一致，最多可延伸500米。
独立设置发送模块与接收模块可提高接收数据与发送数据的并行程度。设备级联供电方式、设备接收数据级联上传与控制命令级联下行，为在长距离、大范围内部署射频信号接收、发送设备，实现RF信号的收发提供了支持。
Claims (6)
1.一种工业监控用信息收集、转发汇聚结点，其特征在于：包括射频发送模块、射频接收模块、数据处理模块、设备级联接口以及报警模块，其中：
射频接收模块，接收工作在选定频段的无线传感节点发送的射频数据信号；
射频发送模块，向无线传感节点以射频数据形式发送控制命令；
数据处理模块，连接射频发送模块、射频接收模块，通过设备级联接口连接其他汇聚结点。
2.按权利要求1所述的具有自诊断功能的汇聚结点，其特征在于：所述设备级联接口为阅读器供电级联接口和通信级联接口。
3.按权利要求1所述的工业监控用信息收集、转发汇聚结点，其特征在于：所述数据处理模块存有数据过滤处理程序，程序步骤为：
对现场传感器定位标签发送的原始信息采用最小二乘法处理，得到最接近的多项式；
计算原始值与多项式的距离；
如果上述距离不大于阈值，则等进一步处理；
否则，如果上述距离大于阈值，则作为噪音过滤掉。
4.按权利要求1所述的工业监控用信息收集、转发汇聚结点，其特征在于：所述数据处理模块中存有网络的自动配置程序，步骤为：
对于传感器结点与定位标签，通过通信协议维护当前可与其直接通信的传感器结点表；
与其他汇聚结点之间交互传感器结点表信息，形成全局的网路拓扑图；
无线传感器结点发生移动或者通信故障时通知汇聚结点；
汇聚结点运行网络协议修改传感器结点表；
更新全局网络拓扑图。
5.按权利要求1所述的工业监控用信息收集、转发汇聚结点，其特征在于：所述数据处理模块存有自诊断程序，步骤为：
向上、向下发送探测包；
上级汇聚结点及无线传感器结点收到探测包并回复；
数据处理模块分析汇聚结点与无线传感器结点通信是否正常；
如果不正常，调整无线通信频率和功率；
判断汇聚结点间有线通信是否正常；
如果汇聚结点间有线通信正常，则一次诊断过程结束。
6.按权利要求5所述的工业监控用信息收集、转发汇聚结点，其特征在于：如果汇聚结点间有线通信不正常，则启用汇聚结点间无线通信功能。
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