CN107610443A - 一种具有无线采集数据功能的信息集成系统 - Google Patents
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Abstract
一种具有无线采集数据功能的信息集成系统，属于智能建筑领域，包括上位机服务器、协议转换器、Zigbee无线传感器网络、硬件驱动器及硬件,协议转换器通过Zigbee无线传感器网络与硬件驱动器通讯连接，同时协议转换器通过Internet网络与服务器连接，且硬件驱动器和Zigbee无线传感器网络之间通过串口通讯连接；所述硬件驱动器通过导线与硬件连接，硬件由硬件驱动器驱动完成指定的动作；本发明利用无线传输可快速、准确、正常传输建筑物内设备产生的能耗数据，实现建筑物内所有设备能耗的综合化、立体化管理，多种设备的物联网连接，数据的实时监测更有利于能源的管理。
Description
技术领域
本发明属于智能建筑领域，特别涉及到一种用于建筑物内水、电、气数据的无线采集、传输与数据监测的具有无线采集数据功能的信息集成系统。
背景技术
根据建设部提出的小康型住宅小区规划要求，今后要对新建和改建的住宅统一规划，逐步实行水、电、气三表出户统一管理，实现计算机自动监测、计量、收费。自动抄收系统把先进的信息技术﹑电子技术﹑通信技术等纳入到企业的营业收费管理中，提高供企业的管理水平，加大营业收费的力度，提高能源利用率，是能源管理体制现代化的体现。目前国际、国内数据收集系统主要有：总线制智能抄表方式、无线发射式表类、智能卡式器表、分线制集中抄表方式。总线制智能抄表系统开发已经有一段历史，只是由于单表内设单片机和后备电源，成本较高，推广普及相对比较缓慢；无线发射式表由于单表设置无线发射装置，表体费用高，加上占用频点需长期交付一定的租用金和管理费，这种水表我国可能暂时难以接收；智能卡式器表存在插卡口，容易出现插卡部位生锈或进入脏东西造成读卡失灵的情况，成本高等问题。因此，现有技术当中亟需要一种新的技术方案来解决这一问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术在建筑物楼层高，居民用户多等的情况下，能耗消耗数据采集工作量大、数据无法实时传输、人员收集产生误差等问题，提供一种基于物联网技术的Zigbee树状型各节点模块在智能建筑中的应用系统，协议转换器可实现多种设备的物联网连接。
本发明采用如下的技术方案：一种具有无线采集数据功能的信息集成系统，其特征是：该系统包括上位机服务器、协议转换器、Zigbee无线传感器网络、硬件驱动器及硬件,所述协议转换器通过Zigbee无线传感器网络与硬件驱动器通讯连接，且Zigbee无线传感器网络与硬件驱动器之间通过串口通讯连接，同时协议转换器通过Internet网络与上位机服务器连接；所述硬件驱动器通过导线与硬件连接；
其中上位机服务器包括网络管理模块、数据监听模块、数据存储模块、自动采集与自动记录模块、客户端支持模块；
其中协议转换器包括CC2530芯片、WIFI232-D2双串口、调压电路及WIFI 芯片，所述WIFI232-D2双串口及调压电路均与CC2530芯片连接；所述WIFI 芯片与WIFI232-D2双串口连接；
其中硬件驱动器上设置有单片机和CC2530模块，所述单片机与CC2530 模块通过串口连接，且单片机具有外围电路。
进一步，所述上位机服务器上具有客户端显示界面。
进一步，所述上位机服务器内部具有存储器。
所述Zigbee无线传感器网络采用CC2530芯片。
优选的，所述硬件驱动器上设置有STC89C52单片机和CC2530模块，所述STC89C52单片机与CC2530模块通过串口连接，STC89C52单片机内部含有EEPROM储存芯片，STC89C52单片机外围具有调压电路和脉冲电路。
优选的，所述硬件驱动器上设置有IAP15F2K61S2单片机和CC2530模块，所述IAP15F2K61S2单片机与CC2530模块通过串口连接，IAP15F2K61S2单片机外围具有调压电路和RS485驱动电路。
进一步，所述硬件包括YG-1.6-MC型智能式燃气表、LXS-15-MG型脉冲式饮用水电子远传水表及DDZY791-Z型单相费控智能电能表。
通过上述设计本发明能带来以下有益效果：提供一种具有无线采集数据功能的信息集成系统，该信息集成系统基于Zigbee无线网络技术实现水、电、气、热等各子系统的数据信息快速、准确、正常传输，解决基于TCP/IP 和因特网的数据管理中心对所采集到的各种数据进行存储、统计、分析与控制，实现建筑物内所有的综合化、立体化管理；解决无线传输普遍存在的数据盲区、传输不稳定的问题，实现基于Zigbee树状型网络的各种信息在建筑中的高效、快速、稳定传输。此智能建筑信息集成系统在建筑物设备系统集成、节能监管平台建设、智能家居建设等方面将发挥重要的作用。
附图说明
图1本发明一种具有无线采集数据功能的信息集成系统的结构框图。
图中：1-上位机服务器、2-协议转换器、3-Zigbee无线传感器网络、4- 硬件驱动器、5-硬件。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明，如图1所示，本发明提出的一种具有无线采集数据功能的信息集成系统包括上位机服务器1、协议转换器2、 Zigbee无线传感器网络3、硬件驱动器4及硬件5，硬件5通过导线与硬件驱动器4连接，硬件驱动器4和Zigbee无线传感器网络3之间通过波特率为38400 的串口通讯连接，Zigbee无线传感器网络3使用统一的指令接口与硬件驱动器4进行交互，由硬件驱动器4驱动硬件5完成指定的动作,所述硬件5包括 YG-1.6-MC型智能式燃气表、LXS-15-MG型脉冲式饮用水电子远传水表及 DDZY791-Z型单相费控智能电能表；协议转换器2与硬件驱动器4通过Zigbee 无线传感器网络3通讯连接，同时协议转换器2通过TCP/IP协议经过Internet 网络连接到上位机服务器1上，上位机服务器1提供其内部数据库的存储服务，数据库对接收来自客户端的数据进行处理、记录及反馈，客户端显示界面的主界面提供基本的界面框架和节点管理功能，其他的界面负责各自的子系统界面，上位机服务器1提供对客户端的支持，数据库和客户端都是上位机服务器1中所包含的软件部分，数据库负责完成子系统信息、Zigbee网络系统信息、服务器维护信息、客户信息等等的存储与读取。客户端指的的用户的登录界面，用户点击看到的水、电、气的消耗情况。上位机服务器1通过协议转换器2提供Zigbee无线传感器网络3的控制和管理，Zigbee无线传感器网络3的CC2530芯片包括发起连接、登录、心跳包发送等。
硬件5通过硬件驱动器4驱动为了降低硬件5对Zigbee无线传感器网络3 的影响，同时降低了Zigbee无线传感器网络3在系统中的存在感，将Zigbee 无线传感器网络3与硬件5进行了隔离。其一硬件5中的开关式气表连接 YG-1.6-MC型智能式燃气表，设每立方米气体有十个跳变，采用STC89C52单片机的外中断采集电平跳变实现对气体体积的测量并实现对数据的掉电保存功能。该STC89C52单片机自带EEPROM储存芯片，每次完成计数后，系统会将数据存储在自带EEPROM储存芯片中。当接收到来子系统的查询命令时，直接选择读取EEPROM储存芯片中记录的数据。STC89C52单片机和Zigbee无线传感器网络3中的CC2530芯片之间采用波特率为38400的串口通讯。其二硬件5 中的开关式水表，LXS-15-MG型脉冲式饮用水电子远传水表每立方米水有十个跳变，采用STC89C52单片机的外中断采集电平跳变实现对水体积的测量并实现对数据的掉电保存功能。该STC89C52单片机自带EEPROM储存芯片，每次完成计数后，系统会将数据存储在自带EEPROM储存芯片中。当接收到来自系统的查询命令时，直接选择读取EEPROM储存芯片中记录的数据。STC89C52 单片机和Zigbee无线传感器网络3中的CC2530芯片之间采用波特率为38400 的串口通讯。其三硬件5中的电表采用多功能电能表通信协议，当系统接收到来自上位机服务器1的查询命令时，IAP15F2K61S2单片机在内部实现查询命令到电表查询电量命令的转换，然后通过RS485驱动电路实现TTL电平到 485电平的转换，实现对电表的访问。电表接收到来自IAP15F2K61S2单片机的命令后会做出相应的信息反馈。上位机服务器1接收到来自电表的数据然后对数据进行处理，按照特定的格式对来自上位机服务器1的命令做出应答，实现整个访问过程。
协议转换器2实现多种设备的物联网连接，协议转换器2的核心器件是 WIFI232-D2双串口，由于Zigbee节点比较方便的通信途径是UART，而 WIFI232-D2双串口也是支持UART的，所以两者之间使用UART进行通信。 WIFI232-D2双串口是需要通过预先进行配置的，可以通过网页的形式配置，也可以使用命令进行配置。
USR-WIFI232-D2是一款高性能、支持双网口的串口WIFI模块，提供了一种将用户的物理设备连接到WI-FI无线网络或是以太网上，并提供UART数据传输接口的解决方案。通过该模组，传统的低端串口设备或MCU控制的设备可以很方便的接入WI-FI无线网络或是以太网，从而实现物联网络控制与管理。
上位机服务器1包括网络管理模块、数据监听模块、数据存储模块、自动采集与自动记录模块、客户端支持模块。网络管理模块：网络管理类为抽象类(NetObject)，它提供了基本的网络接入监听功能，负责监听特定的端口号，当端口里有其他网络接入的时候，就调用一个抽象的函数，用于创建一个新的网络模型。协调器模型(ZigbeeNets类)继承自抽象类 (NetObject)，它实现了新建网络的函数，在监听到有网络进入的时候，它就会新建Zigbee网络，协调器模型(ZigbeeNets)内部维护了一个网络列表，新建的网络会加入到列表中。数据监听模块：外部指挥(External Commander Dealer)是负责监听的主体，它在上位机服务器1的程序启动后便会被创建，并注册了网络管理模块中的数据发送接口事件，接管了所有网络管理下发指令的入口。外部指挥(External Commander Dealer)在启动之后，并打开一个命名管道，并对这个管道监听，管道的用途是用于接收所有外来的指令。当接收到指令后，得到了一个数据流，用数据流作为参数初始化外部数据包(External DataPacket)，之后送入到网络管理模块中，由网路管理模块寻找正确的网络地址并完成下发。数据存储模块：接受对象 (Receiver Object)是负责监听网络管理模块传送过来的数据包的， Receiver类继承自接受对象(Receiver Object)，在监听的基础功能之上，实现了数据的分发处理。具体的数据存储工作，由一个名为记录者 (RecordMaker)的类实现。自动采集与自动记录模块：自动采集与自动记录是平台支持的功能之一，在客户端关闭的情况下，平台仍然可以按照预先的设定，定时不断的向下层的节点发送要求采集数据的指令，当采集到的数据上传后，会由自动记录功能根据预先的配置将其存入到数据库中。自动采集的配置使用的是一个XML文件。
客户端登录的时候，上位机服务器1无法判定接入端口的网络是否为客户端，所以需要发送一个要求登录指令的指令。当客户端接受到这个请求后，需要将自己的账号密码发送给上位机服务器1，上位机服务器1会检测是否有效的登录请求，如果不是则直接废弃这个连接，如果是，则退出等待，表示接收了客户端的登录。
客户端程序主要分为七个部分，分别是提供基本服务的后台服务模块、主界面、电表界面、水表界面、气表界面、多媒体界面以及PLC控制界面。后台服务模块主要有一个接口以及实现这个接口的类组成，它为其他的子系统提供一些基本的服务。首先是登录过程将有后台服务模块全程管理，在登录进入后，它可以为子系统提供下载节点列表、获取上位机服务器1数据、向上位机服务器1发送特定数据、获取子系统设置情况、修改节点信息等功能。后台服务模块对外暴露一个名为主要逻辑(IMainLogic)的接口，这个接口使用了单一实例模式，整个客户端里只允许实例化一个。后台是由一个名为主要逻辑(IMainLogic)的类实现主要逻辑(IMainLogic)接口，实用案例在电表采集系统页面中，左侧位节点列表，列出了在左侧树形导航节点下的所有电表节点，点击选择一个节点后，可以查看最近一天、最近一周、最近一个月的数据，数据可以导出为报表形式，也可以直接打印数据。除此之外，也可以修改某一个节点的信息，进行实时的监控。
对于传统的抄表系统,施工周期长,存在布管、穿线等问题,这样大大的浪费了人力和物力,Zigbee技术是一种新兴的近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线网络技术。它依据标准,在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。所以Zigbee技术在用户计量仪表组网、建立无线自动抄表系统的应用中,有效的解决了数据的自动采集和数据的无线远传的问题,方便了抄表中心对电表数据的采集。此智能建筑信息集成系统在建筑物设备系统集成、节能监管平台建设、智能家居建设等方面将发挥重要的作用。
本发明具有无线采集数据功能的信息集成系统，其为基于物联网技术的智能建筑信息集成系统，该系统的推广将极大提高水、电、气、热、照明、消防、安防、多媒体技术等各子系统的数据信息快速、准确、正常传输；解决基于TCP/IP和因特网的数据管理中心对所采集到的各种数据进行存储、统计、分析与控制，实现建筑物内所有设备能耗的综合化、立体化管理，实现多种设备的物联网连接，具有很大的实际意义，有广阔的发展前景和巨大的经济价值。
该系统将各个器件或模块有机的集成、整合成一个整体，需要强调的是，上述各个器件或模块就单体而言，其实现各自应实现功能的具体结构在现有技术中已经存在，各个器件和/或模块进行工作处理时所涉及的协议、软件或程序也在现有技术中已经存在，本领域人员已充分知晓，正如上述所述，本发明并不是对各个器件和/或模块的单体做何改进，因此并不涉及软件的内容，而是提出一种如何将各器件和/或模块有机的集成、整合成一个整体，即提供了一种构造方案。
除上述实施例外，本发明还可以由其他实施方式，凡采用等同替换或者等效变换形成的技术方案，均落在本发明权利要求的保护范围内。
Claims (7)
1.一种具有无线采集数据功能的信息集成系统，其特征是：该系统包括上位机服务器(1)、协议转换器(2)、Zigbee无线传感器网络(3)、硬件驱动器(4)及硬件(5),所述协议转换器(2)通过Zigbee无线传感器网络(3)与硬件驱动器(4)通讯连接，且Zigbee无线传感器网络(3)与硬件驱动器(4)之间通过串口通讯连接，同时协议转换器(2)通过Internet网络与上位机服务器(1)连接；所述硬件驱动器(4)通过导线与硬件(5)连接；
其中上位机服务器(1)包括网络管理模块、数据监听模块、数据存储模块、自动采集与自动记录模块、客户端支持模块；
其中协议转换器(2)包括CC2530芯片、WIFI232-D2双串口、调压电路及WIFI芯片，所述WIFI232-D2双串口及调压电路均与CC2530芯片连接；所述WIFI芯片与WIFI232-D2双串口连接；
其中硬件驱动器(4)上设置有单片机和CC2530模块，所述单片机与CC2530模块通过串口连接，且单片机具有外围电路。
2.根据权利要求1所述的一种具有无线采集数据功能的信息集成系统，其特征是：所述上位机服务器(1)上具有客户端显示界面。
3.根据权利要求1或2所述的一种具有无线采集数据功能的信息集成系统，其特征是：所述上位机服务器(1)内部具有存储器。
4.根据权利要求1所述的一种具有无线采集数据功能的信息集成系统，其特征是：所述Zigbee无线传感器网络(3)采用CC2530芯片。
5.根据权利要求1所述的一种具有无线采集数据功能的信息集成系统，其特征是：所述硬件驱动器(4)上设置有STC89C52单片机和CC2530模块，所述STC89C52单片机与CC2530模块通过串口连接，STC89C52单片机内部含有EEPROM储存芯片，STC89C52单片机外围具有调压电路和脉冲电路。
6.根据权利要求1所述的一种具有无线采集数据功能的信息集成系统，其特征是：所述硬件驱动器(4)上设置有IAP15F2K61S2单片机和CC2530模块，所述IAP15F2K61S2单片机与CC2530模块通过串口连接，IAP15F2K61S2单片机外围具有调压电路和RS485驱动电路。
7.根据权利要求1所述的一种具有无线采集数据功能的信息集成系统，其特征是：所述硬件(5)包括YG-1.6-MC型智能式燃气表、LXS-15-MG型脉冲式饮用水电子远传水表及DDZY791-Z型单相费控智能电能表。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180119 |
|
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