CN103944982A - 一种异构传感网络的数据采集控制装置及方法 - Google Patents

一种异构传感网络的数据采集控制装置及方法 Download PDF

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于振欢
韦永斌
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Abstract

本发明公开了一种异构传感网络的数据采集控制装置及方法,该装置包括核心处理器、3/4G通信模块、wifi模块、zigbee模块、蓝牙模块、RJ45模块、音频模块、RS232通信模块、RS485模块、Can总线控制模块、HDMI接口模块、USB模块、LVDS接口模块、JTAG模块、电源模块,核心处理器包括数据采集控制模块,其通过多线程的方式对不同通信制式的传感网络同时进行数据监控,对接收到的数据直接进行数据业务逻辑处理,其他各模块均与核心处理器相连,本发明可支持多数RS485及Can总线通信方式的工业设备的接入,提高了传感网络设备的兼容性,降低了设备选型难度。

Description

一种异构传感网络的数据采集控制装置及方法
技术领域
[0001] 本发明涉及传感器网络领域,特别是涉及一种异构传感网络的数据采集控制装置及方法。
背景技术
[0002] 传感网络(Sensor Network)是利用各种传感器(光、电、温度、湿度、压力等)和控制器(继电器、步进电机等)加上中低速的近距离通信技术构成一个独立的网络,是由多个具有有线或无线通信与计算能力的低功耗、小体积的微小传感器节点构成的网络系统,它一般提供局域或小范围物与物之间的信息交换功能。
[0003] 传感网络是物联网技术的重要组成部分,是物联网技术应用的基础。由于传感器及控制器种类繁多,通信接口涵盖RS485、RS232、Can、zigbee、wif1、蓝牙等,在构建一个物联网应用系统的时候,通常需要多种类型传感器或控制器,对于不同通信类型的设备,通常需要开发相应的适配模块以实现组网通信,同时将数据上报服务器进行业务处理并且根据结构进行反馈控制。而对于智能家居这种小型物联网应用系统,对于传感网络的采集、控制完全可以由一个高性能的采集控制装置进行处理,并不需要服务器单独进行处理。
[0004] 申请号为201310102548.2的中国发明专利申请,采用硬件模板和不同子板的方式,实现了一种面向异构网络环境的物联网网关开发平台,其支持zigbee、wif1、2/3G等通信协议,实现了部分异构传感网络互联,但是缺少对RS485、Can总线的支持,而目前很多工业级采集模块通常采用RS485、Can通信方式,同时,其处理器核心运算能力不够,不适用异构传感网络大数量处理运算,该专利申请中也未涉及控制装置对传感网络的控制处理方式。
[0005] 总的来说,目前现有的数据采集控制设备存在的问题主要包括:
1、只支持部分接口,通常是定制开发的,只支持某几种通信协议的终端,导致在物联网应用中存在一定的限制。
[0006] 2、核心处理器数据处理能力低,通常不适合大数据量、并发数据的处理,业务处理通常由远端服务器进行处理,增加了一些小型物联网应用系统的建设成本;
3、不支持模拟信号量的采集。
发明内容
[0007] 为克服上述现有技术存在的不足,本发明之一目的在于提供一种异构传感网络的数据采集控制装置及方法,其能够对模拟信号量及符合zigbee、RS485、Can总线、RS232、wif1、蓝牙通信协议的采集、控制终端进行统一管理及读写控制,能够支持多数RS485及Can总线通信方式的工业设备的接入,丰富的硬件接口提高了传感网络设备的兼容性,降低了设备选型难度。
[0008] 本发明之另一目的在于提供一种异构传感网络的数据采集控制装置及方法,其通过多线程的方式对不同通信制式的传感网络同时进行数据监控,对接收到的数据直接进行数据业务逻辑处理,可用于构建小型的物联网应用系统,降低物联网应用系统的构建成本。
[0009] 本发明之另一目的在于提供一种异构传感网络的数据采集控制装置及方法,其根据既定协议可以通过3/4G网络、以太网完成与远程服务器的数据交互。
[0010] 为达上述及其它目的,本发明提出一种异构传感网络的数据采集控制装置,所述数据采集控制装置包括核心处理器、3/4G通信模块、wifi模块、zigbee协调器模块、蓝牙模块、RJ45模块、音频模块、RS232通信模块、RS485模块、Can总线控制模块、HDMI接口模块、USB模块、LVDS接口模块、自定义USER_10接口、JTAG模块、电源模块,所述核心处理器包括数据采集控制模块,所述数据采集控制模块通过多线程的方式对不同通信制式的传感网络同时进行数据监控,对接收到的数据直接进行数据业务逻辑处理,实现设备配置管理、数据处理显示、消息解析、数据组包及转发,所述3/4G通信模块、所述wifi模块、所述zigbee协调器模块、所述蓝牙模块、所述RJ45模块、所述音频模块、所述RS232通信模块、所述RS485模块、所述Can总线控制模块、所述HDMI接口模块、所述USB模块、所述LVDS接口模块、所述自定义USER_10接口、所述JTAG模块均与所述核心处理器相连,所述电源模块与核心处理器及其他模块连接,以对其进行供电。
[0011] 进一步地,所述数据采集控制模块包括:
系统配置模块,分别对所述RS232通信模块、所述RS485模块的串行通信端口、波特率信息、所述Can总线控制模块的控制器的波特率、寄存器信息、所述蓝牙模块的控制器的寄存器信息以及所述RJ45模块的本机IP、端口号进行配置;
初始化模块,根据所述系统配置模块的系统配置信息,对各硬件接口及网络进行初始
化;
监测线程启动模块,于系统初始化完成后,以独立线程的方式启动对所述RS232通信模块与所述RS485模块、所述Can总线控制模块、所述zigbee协调器模块及所述蓝牙模块的监测,实时对各通信制式的传感数据进行检测;
数据处理模块,对接收的传感数据进行消息解析处理;
数据显示模块,将所述数据处理模块的处理结果进行显示,以实现对异构传感网络的数据采集监控。
[0012] 进一步地,所述数据采集控制装置还包括:
通信方式选择模块,如果需要远程服务器进行数据处理,依据所述系统配置模块的配置进行通信方式选择;
数据传输模块,根据选择的通信方式进行数据传输。
[0013] 进一步地,所述数据显示模块将所述数据处理模块的处理结果通过图形化的方式进行显示。
[0014] 进一步地,所述核心处理器采用CortexA9核心处理单元。
[0015] 进一步地,所述Zigbee协调器模块内置AD采样芯片,以对采集的模拟信号进行AD转换。
[0016] 为达到上述目的,本发明还提供一种异构传感网络的数据采集控制方法,包括如下步骤:
步骤一,分别对RS232通信模块、RS485模块的串行通信端口与波特率信息、Can总线控制模块的控制器的波特率与寄存器信息、蓝牙模块的控制器的寄存器信息以及RJ45模块的本机IP、端口号进行配置;
步骤二,根据系统配置信息,对各硬件接口及网络进行初始化;
步骤三,于系统初始化完成后,以独立线程的方式启动对串行通信模块、Can总线通信模块、zigbee通信模块及蓝牙通信模块的监测,实时对各通信制式的传感数据进行检测;步骤四,对接收的传感数据进行消息解析处理,并进行显示。
[0017] 进一步地,于步骤四后,还包括如下步骤:
若需要远程服务器进行数据处理,则根据步骤一的配置选择通信方式;
根据选择的通信方式进行数据传输。
[0018] 进一步地,于步骤四中,对消息的处理结果以图形化的方式进行显示。
[0019] 进一步地,所述通信方式选择包括选择以太网或3/4G的通信方式实现数据交互。
[0020] 与现有技术相比,本发明一种异构传感网络的数据采集控制装置及方法通过以CortexA9处理器为核心处理,提供丰富的硬件接口,能够对模拟信号量及符合zigbee、RS485、Can总线、RS232、wif1、蓝牙通信协议的采集、控制终端进行统一管理及读写控制。区别于市场多数设备,能够支持多数RS485及Can总线通信方式的工业设备的接入,丰富的硬件接口提高了传感网络设备的兼容性,降低了设备选型难度,同时,本发明的数据采集控制模块通过多线程的方式对不同通信制式的传感网络同时进行数据监控,对接收到的数据直接进行数据业务逻辑处理,可用于构建小型的物联网应用系统,降低物联网应用系统的构建成本,并且本发明根据既定协议可以通过3/4G网络、以太网完成与远程服务器的数据交互。
附图说明
[0021] 图1为本发明一种异构传感网络的数据采集控制装置的硬件架构图;
图2为本发明较佳实施例之硬件结构图;
图3为本发明较佳实施例中数据采集控制模块的结构示意图;
图4为本发明一种异构传感网络的数据采集控制方法的步骤流程图。
具体实施方式
[0022] 以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用,本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用,在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
[0023] 图1为本发明一种异构传感网络的数据采集控制装置的硬件架构图。如图1所示,本发明一种异构传感网络的数据采集控制装置,包括:核心处理器10,实现操作系统的运行及数据综合处理、显示,核心处理器10包括数据采集控制模块101,数据采集控制模块101用于实现设备配置管理、数据处理显示、消息解析、数据组包及转发;3/4G通信模块20,与核心处理器10连接,以实现3/4G音频及数据业务的控制与传输;wifi模块30,与核心处理器10连接,以实现WIFI数据业务的控制与传输;zigbee协调器模块40,与核心处理器10连接,以实现zigbee数据业务的控制与传输;蓝牙模块50,与核心处理器10连接,以实现蓝牙数据业务的控制与传输;RJ45模块60,以实现以太数据业务的控制与传输;音频模块70,以实现音频数据业务的控制与传输;USB模块80,以实现USB数据业务的控制与传输;RS232通信模块90,以实现RS232数据业务的控制与传输;RS485模块110,以实现RS485数据业务的控制与传输;Can总线控制模块120,以实现Can总线数据业务的控制与传输;蜂鸣器模块130,以实现蜂鸣器控制功能;HDMI接口模块140,以实现HDMI高清显示功能;LVDS接口模块150,以实现LVDS高清触摸屏显示及控制功能;自定义USER_IO接口 160,以实现设备的自定义采集及控制JTAG模块170,以实现核心处理器10及zigbee协调器模块40的仿真调试功能;SDIO控制模块180,实现SD卡数据读取功能;电源模块190,与核心处理器10及其他模块连接,以对其进行供电。
[0024]图2为本发明较佳实施例之硬件结构图。在本发明较佳实施例中,以上各模块采用如下配置:
核心处理器:采用CortexA9核心处理单元,实现操作系统的运行及数据综合处理、显
电源模块:电源取自5V适配器,通过LDO (low dropout regulator,低压差线性稳压器)实现对板卡内部各模块进行供电;
存储模块:存储模式有两种,一个为SD卡存储模式,一个是FLASH存储模式,分别通过SDIO和SPI与核心处理器(iMX6)进行通信;
USER IO模块:此模块用于核心处理器(iMX6)的预留GPIO接口,连接对外20PIN的接插件;
LVDS触摸屏模块:此模块实现LVDS高清触摸屏显示,通过IIC总线与核心处理器(iMX6)通信;
HDMI显示模块:此模块核心芯片为TPD12S521,通过IIC与核心处理器(iMX6)通信,对外连接HDMI接口 ;
3G模块:此模块采用min1-PCIE接口与核心处理器(iMX6)通信,此接口可支持市面上主流的3/4G无线通信模块,此模块还包含一个SM卡槽,一个USB 口,一个音频接口,一个SMA天线接口 ;
蓝牙模块:此模块核心采用TICC2541,通过IIC总线与核心处理器(iMX6)通信;
WIFI模块:此模块核心芯片为WM-N-BM,通过SDIO接口与核心处理器(iMX6)进行通信,包含一个SMA天线接口。
[0025] USB模块:此模块包含一个OTG接口和一个HOST接口,与核心处理器(ΪΜΧ6)进行通信。
[0026] 音频模块:此模块核心器件为WM9714,对外连接一个音频输入口,一个音频输出口,并由核心处理器(ΪΜΧ6)进行控制及数据处理。
[0027] Zigbee协调器模块:此模块核心芯片为CC2531,通过UART 口与核心处理器(ΪΜΧ6)进行通信,主要实现zigbee数据通信功能,对外提供一个SMA天线接口,一个JTAG调试口。在本发明中,zigbee协调器模块内置AD采样芯片,以对采集的模拟信号进行AD转换,实现对模拟信号量的采集。
[0028] Can模块:此模块核心芯片包含MCP2551 (实现电平转化)和MCP2515 (实现Can协议解析),通过SPI接口与核心处理器(ΪΜΧ6)进行通信,对外连接2PIN接插件。
[0029] RS485模块:此模块核心芯片为SN65HVD10D (实现RS485电平转化),实现外设与核心处理器(iMX6)的RS485通信,对外连接2PIN接插件。
[0030] RS232模块:此模块核心芯片为两片ICL3222 (实现RS232电平转化),实现两位外设与IMX6的RS232通信,对外连接两个DB9接插件。
[0031] 千兆以太网模块:此模块核心芯片为AR8031 (实现千兆以太数据PHY及MAC层的协议解析),通过总线形式与核心处理器(ΪΜΧ6)进行通信。
[0032] JTAG模块:此模块与核心处理器(iMX6)、JTAG接口相连,外接IOpinJTAG接口,用于核心处理器(iMX6)设备的仿真调试。
[0033] 在本发明较佳实施例中,数据采集控制模块101运行在linux3.0.1系统上,具有图形化界面,对连接核心处理器的每一个通信模块采用独立线程进行网络数据监控,其中zigbee协调器模块、RS485模块、RS232模块、Can总线控制模块120、蓝牙通信模块用于近距离传感网络的数据监测,3/4G及以太网通信模块用于远程数据交互。数据采集控制模块101主要完成设备配置管理、数据处理显示、消息解析、数据组包及转发功能。图3为本发明较佳实施例中数据采集控制模块的结构示意图。进一步地,数据采集控制模块101具体包括:系统配置模块102、初 始化模块103、监测线程启动模块104、数据处理模块105以及数据显示模块106。
[0034] 其中系统配置模块102,分别对RS232模块、RS485模块的串行通信端口、波特率等信息,Can总线控制模块的控制器的波特率、寄存器等信息,蓝牙模块的控制器的寄存器信息以及以太网(RJ45模块)的本机IP、端口号进行配置;初始化模块103,根据系统配置模块102的系统配置信息,对各硬件接口及网络进行初始化;监测线程启动模块104,于系统初始化完成后,以独立线程的方式启动对串行通信模块(RS232模块、RS485模块)、Can总线通信模块(Can总线控制模块)、zigbee通信模块(zigbee协调器模块)及蓝牙通信模块(蓝牙模块)的监测,实时对各通信制式的传感数据进行检测;数据处理模块105对接收的传感数据进行消息解析处理;数据显示模块106则将数据处理模块105的处理结果通过图形化的方式进行显示,以实现对异构传感网络的数据采集监控。
[0035] 较佳的,如果需要远程服务器进行数据处理,数据采集控制模块101还包括通信方式选择模块107以及数据传输模块108,系统配置模块102对通信方式进行配置,通信方式选择模块107则依据系统配置模块102的配置进行通信方式选择,例如选择以太网或3/4G的通信方式实现数据交互,数据传输模块108则根据选择的通信方式进行数据传输。
[0036] 图4为本发明一种异构传感网络的数据采集控制方法的步骤流程图。如图4所示,本发明一种异构传感网络的数据采集控制方法,包括如下步骤:
步骤401,分别对RS232模块、RS485模块的串行通信端口、波特率等信息,Can总线控制模块的控制器的波特率、寄存器等信息,蓝牙模块的控制器的寄存器信息以及以太网(RJ45模块)的本机IP、端口号进行配置。
[0037] 步骤402,根据系统配置信息,对各硬件接口及网络进行初始化。
[0038] 步骤403,于系统初始化完成后,以独立线程的方式启动对串行通信模块、Can总线通信模块、zigbee通信模块及蓝牙通信模块的监测,实时对各通信制式的传感数据进行检测。
[0039] 步骤404,对接收的传感数据进行消息解析处理,并通过图形化的方式进行显示,实现对异构传感网络的数据采集监控。[0040] 进一步地,于步骤404之后,还包括如下步骤:
步骤405,若需要远程服务器进行数据处理,则根据步骤401的配置选择通信方式,如:选择以太网或3/4G的通信方式实现数据交互;
步骤406,根据选择的通信方式进行数据传输。
[0041] 综上所述,本发明一种异构传感网络的数据采集控制装置及方法通过以CortexAQ处理器为核心处理,提供丰富的硬件接口,能够对模拟信号量及符合zigbee、RS485、Can总线、RS232、wif1、蓝牙通信协议的采集、控制终端进行统一管理及读写控制。区别于市场多数设备,能够支持多数RS485及Can总线通信方式的工业设备的接入,丰富的硬件接口提高了传感网络设备的兼容性,降低了设备选型难度,同时,本发明的数据采集控制模块通过多线程的方式对不同通信制式的传感网络同时进行数据监控,对接收到的数据直接进行数据业务逻辑处理,可用于构建小型的物联网应用系统,降低物联网应用系统的构建成本,并且本发明根据既定协议可以通过3/4G网络、以太网完成与远程服务器的数据交互。
[0042] 上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效,而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下,对上述实施例进行修饰与改变。因此,本发明的权利保护范围,应如权利要求书所列。

Claims (10)

1.一种异构传感网络的数据采集控制装置,其特征在于:所述数据采集控制装置包括核心处理器、3/4G通信模块、Wifi模块、Zigbee协调器模块、蓝牙模块、RJ45模块、音频模块、RS232通信模块、RS485模块、Can总线控制模块、HDMI接口模块、USB模块、LVDS接口模块、自定义USER_IO接口、JTAG模块、电源模块,所述核心处理器包括数据采集控制模块,所述数据采集控制模块通过多线程的方式对不同通信制式的传感网络同时进行数据监控,对接收到的数据直接进行数据业务逻辑处理,实现设备配置管理、数据处理显示、消息解析、数据组包及转发,所述3/4G通信模块、所述wifi模块、所述zigbee协调器模块、所述蓝牙模块、所述RJ45模块、所述音频模块、所述RS232通信模块、所述RS485模块、所述Can总线控制模块、所述HDMI接口模块、所述USB模块、所述LVDS接口模块、所述自定义USER_IO接口、所述JTAG模块均与所述核心处理器相连,所述电源模块与核心处理器及其他模块连接,以对其进行供电。
2.如权利要求1所述的异构传感网络的数据采集控制装置,其特征在于,所述数据采集控制模块包括: 系统配置模块,分别对所述RS232通信模块、所述RS485模块的串行通信端口、波特率信息、所述Can总线控制模块的控制器的波特率、寄存器信息、所述蓝牙模块的控制器的寄存器信息以及所述RJ45模块的本机IP、端口号进行配置; 初始化模块,根据所述系统配置模块的系统配置信息,对各硬件接口及网络进行初始化; 监测线程启动模块,于系统初始化完成后,以独立线程的方式启动对所述RS232通信模块与所述RS485模块、所述Can总线控制模块、所述zigbee协调器模块及所述蓝牙模块的监测,实时对各通信制式的传感数据进行检测; 数据处理模块,对接收的传感数据进行消息解析处理; 数据显示模块,将所述数据处理模块的处理结果进行显示,以实现对异构传感网络的数据采集监控。
3.如权利要求2所述的异构传感网络的数据采集控制装置,其特征在于:所述数据采集控制装置还包括: 通信方式选择模块,如果需要远程服务器进行数据处理,依据所述系统配置模块的配置进行通信方式选择; 数据传输模块,根据选择的通信方式进行数据传输。
4.如权利要求2所述的异构传感网络的数据采集控制装置,其特征在于:所述数据显示模块将所述数据处理模块的处理结果通过图形化的方式进行显示。
5.如权利要求1所述的异构传感网络的数据采集控制装置,其特征在于:所述核心处理器采用CortexA9核心处理单元。
6.如权利要求1所述的异构传感网络的数据采集控制装置,其特征在于:所述Zigbee协调器模块内置AD采样芯片,以对采集的模拟信号进行AD转换。
7.—种异构传感网络的数据采集控制方法,包括如下步骤: 步骤一,分别对RS232通信模块、RS485模块的串行通信端口与波特率信息、Can总线控制模块的控制器的波特率与寄存器信息、蓝牙模块的控制器的寄存器信息以及RJ45模块的本机IP、端口号进行配置;步骤二,根据系统配置信息,对各硬件接口及网络进行初始化; 步骤三,于系统初始化完成后,以独立线程的方式启动对串行通信模块、Can总线通信模块、zigbee通信模块及蓝牙通信模块的监测,实时对各通信制式的传感数据进行检测;步骤四,对接收的传感数据进行消息解析处理,并进行显示。
8.如权利要求7所述的一种异构传感网络的数据采集控制方法,其特征在于,于步骤四后,还包括如下步骤: 若需要远程服务器进行数据处理,则根据步骤一的配置选择通信方式; 根据选择的通信方式进行数据传输。
9.如权利要求7所述的一种异构传感网络的数据采集控制方法,其特征在于:于步骤四中,对消息的处理结果以图形化的方式进行显示。
10.如权利要求8所述的一种异构传感网络的数据采集控制方法,其特征在于:所述通信方式选择包括选择以太网或3/4G的通信方式实现数据交互。
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