CN109495551A - 一种智能监测系统及其数据采集方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及计算机监测技术领域，具体为一种智能监测系统及其数据采集方法，所述监测系统包括N个监测模块、N个集控装置和监测端、移动查询端，所述集控装置、移动查询端均通过通信网络核心IP网、互联网与监测端建立IP连接。所述监测模块包括传感器、执行机构、采集器、单片机、转换器，所述集控装置包括集控器、数据控制器、存储器等元器件，所述监测端包括数据库服务器，所述移动查询端包括手机、IPAD等设备。本发明使得监测人员可随时随地通过移动查询端远程收发监测端发出的预警信息，比现有监测系统更加及时发现现场安全隐范，远程采取有效措施消除事故，具有结构简单、易操作、可大规模推广应用等优点。

Description

一种智能监测系统及其数据采集方法

技术领域

本发明涉及计算机监测技术领域，具体为一种智能监测系统及其数据采集方法。

背景技术

近年来单位、小区、公共场所的火灾、水管爆裂、燃气管道或者天然气管道漏气等事故屡见不鲜，而且不少时候还发现不及时，给社会造成较大的经济损失和时刻威胁人身安全。造成这种现象的主要原因是监测系统陈旧，无法适应现代社会需要。特别是一些远程监测系统，由于搭建成本较高，设备容易损坏，系统稳定性不高，而且监测传感器众多，数据采集量太大，容易造成数据丢失，无法保证数据传输的正确性。因此迫切需要一种框架简单、构建合理、可靠性高、针对性强、可扩展性好的智能预警监测系统。

发明内容

针对上述问题，本发明一种智能监测系统，通过大量的模拟信号传感器和数字信号传感器采集现场数据信息，然后通过单片机、转换器将数据转换后传输至集控器、数据控制器，经数据控制器解析后再通过通信网络核心IP网、互联网将数据传输至监测端的数据库服务器，监测人员可通过移动查询端经通信网络核心IP网、互联网登录监测端查询数据信息，并且通过移动查询端或者监测端对传感器参数进行设置以及对现场执行机构下达操作命令，因此监测人员可随时随地通过手机、IPAD、笔记本电脑等移动查询端远程收发预警信息，及时发现现场安全隐范，快速采取有效措施消除事故或者报警，从而有效解决了上述问题。

本发明采用的技术方案是：

一种智能监测系统，其特征在于：包括N个监测模块、N个集控装置、监测端和移动查询端，其中N≥1且为整数，N个所述监测模块与N个所述监测模块一一对应连接，所有所述集控装置经通信网络核心IP网、互联网与监测端形成IP连接，所述移动查询端经通信网络核心IP网、互联网与监测端形成IP连接；所述监测模块用于采集现场测点数据和执行监测端、移动查询端发出的操作命令，所述监测端用于显示、存储现场采集数据，修改系统硬件的参数和软件程序，以及对监测模块的执行机构发出操作命令，所述移动查询端用于登录监测端后查看现场测点数据和对监测模块的执行机构发出操作命令；

所述集控装置包括集控器，所述集控器第一信号输出/输入端与第一信号接口连接，所述集控器第二信号输出/输入端与第二信号接口连接，所述集控器第三信号输出/输入端与存储器连接，所述集控器第四信号输出/输入端与数据控制器连接，所述数据控制器的第一、第二、第三信号输出/输入端分别与第一DTU、第二DTU、第三DTU连接，所述集控器电源端与电源管理单元连接；

所述监测模块包括模拟信号采集器和数字信号采集器，所述模拟信号采集器的信号采集端子排连接有M个模拟信号传感器和Z个执行机构，其中M≥1且为整数、Z≥1且为整数，所述数字信号采集器的信号采集端子排连接有Y个数字信号传感器和K个执行机构，所述Y≥1且为整数、K≥1且为整数，所述模拟信号采集器和数字信号采集器的信号输出/输入端均与单片机第一信号输出/输入端连接，所述单片机第二信号输出/输入端与转换器第一信号输出/输入端连接，所述转换器第二信号输出/输入端分别与所述集控装置的第一信号接口、第二信号接口连接。

传感器负责对环境对象进行感知并生成与被测属性的相关数据；采集器负责采集传感器的相关数据并对数据进行封装，以及设置传感器工作状态；

集控器负责转发和处理传感器的数据，对采集器和传感器进行管理配置，并提供数字传感器的驱动程序；

数据控制器负责解析所采集到的传感器数据并发送至目标设备；

执行机构如电动阀、气动阀或电机等设备，当监测人员通过监测端或者移动查询端发出操作命令后，经数据控制器、集控器、转换器、单片机后，由采集器输出模拟信号或者数字信号给执行机构，执行机构开始启动运作；

DTU是用于无线数据传输的通信模块；

监测端包括数据库服务器；

移动查询端包括手机、IPAD、笔记本电脑等设备。

进一步的，所述通信网络核心IP网共有三种制式，分别为CDMA2000、

WCDMA和TD-SCDMA，所述集控装置的第一DTU接入CDMA2000通信网络，第二DTU接入WCDMA通信网络，第三DTU接入TD-SCDMA通信网络。

CDMA2000全称为Code Division Multiple Access 2000，是一个3G移动通讯标准，是国际电信联盟ITU的IMT-2000标准认可的无线电接口；WCDMA为宽带码分多址，是一种利用码分多址复用方法的宽带扩频3G移动通信空中接口；TD-SCDMA即时分同步码分多址，英文全称为Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access，是中国提出的第三代移动通信标准，也是ITU批准的三个3G标准中的一个。

实现同时多网并行接入，确保数据传输的可靠性、稳定性和提高数据流量。

进一步的，所述监测模块与集控装置之间的通信协议为UDP协议，所述集控装置与监测端之间的通信协议为Modbus串行通信协议。

UDP协议全称是用户数据报协议，在网络中与TCP协议一样用于处理数据包，是一种无连接的协议。Modbus串行通信协议为一种住从式通信协议，于1979年由施耐德电气公司为使用可编程逻辑控制器PLC的通信而发表。目前Modbus已经成为工业领域通信协议的业界标准，并且现在是工业电子设备之间常用的连接方式。本系统的集控装置采用埠191接收get或set报文，而在监测端采用埠192来接收trap报文。

进一步的，所述转换器为RS485转RS232转换器。

系统中，采集器与单片机、单片机与转换器均通过RS485连接，转换器与集

控器、集控器与数据控制器均通过RS232连接。

进一步的，所述监测端接入互联网共有以下四种接入形式：第一种是监测端

采用ADSL专线方式与互联网的公网连接，然后采用公网固定IP或者公网动态IP+DNS解析服务；第二种是监测端采用移动内网动态IP+移动DNS解析服务；第三种是监测端采用APN专网固定IP；第四种是监测端采用APN专线，系统内所有节点都采用内网固定IP。

ADSL属于DSL技术的一种，全称Asymmetric Digital Subscriber Line，称作非对称数字用户环路，是一种新的数据传输方式；DNS即Domain Name System域名系统，万维网上作为域名和IP地址相互映射的一个分布式数据库，能够使用户更方便的访问互联网，而不用去记住能够被机器直接读取的IP数串；APN为一种网络接入技术，决定了手机通过何种接入方式来访问网络，是用来标识GPRS的业务种类。

进一步的，所述监测端的数据库服务器设置有系统配置模块、设备管理模块、用户管理模块、统计分析模块、API管理模块、故障管理模块、日志管理模块；所述集控器设置有自动更新模块、驱动程序模块、数据采集模块、参数配置模块；所述采集器设置有数据采集模块和参数设置模块。

系统配置模块负责整个系统的基础配置，包括各个部件的相关信息配置、

系统功能模块配置以及相关数据字典配置，设备管理模块负责管理相关设备，包括数据转换器、集控器、采集器和传感器的管理，用户管理模块负责对系统用户进行管理，包括用户账号、部门、角色和权限的管理，API管理模块负责对外提供API 管理，通过平台API 用户可以自行定制业务功能和接口，故障管理模块负责探测、隔离和修正传感器网络上的异常操作，包括及时定位故障位置、重新配置和修改网络、恢复和更换故障设备，日志管理模块负责记录故障日志，自动更新模块用于自动更新集控器上的驱动程序，驱动程序模块为集控器上相关硬件设备的提供驱动程序，所述硬件包括RS232、以太网卡、WiFi、存储器、USB等部件，数据采集模块一是负责接收来自采集器的数据，二是负责采集RS485总线上的传感器数据，参数配置模块负责配置集控器的相关参数以及向采集器发送系统配置命令，其中设置内容包括数据采集时间和频度，数据采集模块负责采集传感器原始资料和负责设置采集器相关参数，参数设置模块包括采集器参数配置和传感器数据设置。

API为应用程序编程接口；RS232是个人计算机上的通讯接口之一，由电子工业协 会(Electronic Industries Association) 制定的异步传输标准接口；RS485是一个定义平衡数字多点系统中的驱动器和接收器的电气特性的标准，该标准由电信行业协会和电子工业联盟定义，使用该标准的数字通信网络能在远距离条件下以及电子噪声大的环境下有效传输信号。

进一步的，一种智能监测系统的数据采集方法，所述集控装置采集监测模块的传感器数据的步骤如下：（1）集控装置每隔一个周期向所连接的监测模块的采集器发送一次数据采集命令；（2）采集器接收到数据采集命令后采集对应端口的传感器数据并将数据传输至集控装置的集控器；（3）集控装置的集控器根据DataMode判断数据处理方式，如果判断值为1则集控器将未经处理的采集数据传输至存储器保存，并根据设定的数据传送周期来定时将采集数据传输至数据控制器，如果判断值为0则集控器直接将采集数据传输至数据控制器；（4）数据控制器根据采集器地址获得采集器的类型和对应的数据解析规则；（5）数据控制器将采集数据解析后经通信网络核心IP网、互联网保存至监测端的数据库服务器。

进一步的，一种智能监测系统的数据采集方法，所述步骤（4）实现数据解析规则的方式有两种，第一种采用正则表达式实现数据转换规则的解析；第二种通过DataParser接口实现单个具体传感器的数据解析。

DataMode为数据模型，DataParser为数据解析器，其作用是将网络流对象转换为指定的对象，包括将缓存的存储和读取，甚至Json对象的转化等作用。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果：

本发明一种智能监测系统，与现有监测系统相比，监测人员可随时随地通过移动查询端远程收发监测端发出的预警信息，能更加及时快速发现现场安全隐范，提前预判各类事故发生的可能性，通过远程操控执行机构消除事故或报警，而且具有结构简单、易操作、易维护、可大规模推广应用等优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实例或现有技术中的技术方案，下面将对实施实例或现有技术描述中所需要的附图做简单地介绍，显然，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1 一种智能监测系统的结构框图；

图2 监测装置结构图；

图3 监测模块结构图；

图4 集控装置采集、处理传感器数据流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：

一种智能监测系统，如图1所示，包括N个监测模块、N个集控装置、监测端和移动查询端，其中N≥1且为整数，N个所述监测模块与N个所述监测模块一一对应连接，所有所述集控装置经通信网络核心IP网、互联网与监测端形成IP连接，所述移动查询端经通信网络核心IP网、互联网与监测端形成IP连接；所述监测模块用于采集现场测点数据和执行监测端、移动查询端发出的操作命令，所述监测端用于显示、存储现场采集数据，修改系统硬件的参数和软件程序，以及对监测模块的执行机构发出操作命令，所述移动查询端用于登录监测端后查看现场测点数据和对监测模块的执行机构发出操作命令；所述通信网络核心IP网共有三种制式，分别为CDMA2000、WCDMA和TD-SCDMA，所述集控装置的第一DTU接入CDMA2000通信网络，第二DTU接入WCDMA通信网络，第三DTU接入TD-SCDMA通信网络，所述监测模块与集控装置之间的通信协议为UDP协议，所述集控装置与监测端之间的通信协议为Modbus串行通信协议，所述监测端接入互联网共有以下四种接入形式：第一种是监测端采用ADSL专线方式与互联网的公网连接，然后采用公网固定IP或者公网动态IP+DNS解析服务，第二种是监测端采用移动内网动态IP+移动DNS解析服务，第三种是监测端采用APN专网固定IP，第四种是监测端采用APN专线，系统内所有节点都采用内网固定IP，所述监测端的数据库服务器设置有设备管理模块、用户管理模块、统计分析模块、API管理模块、故障管理模块、日志管理模块、系统配置模块；

如图2所示，所述集控装置包括集控器，所述集控器第一信号输出/输入端与第一信号接口连接，所述集控器第二信号输出/输入端与第二信号接口连接，所述集控器第三信号输出/输入端与存储器连接，所述集控器第四信号输出/输入端与数据控制器连接，所述数据控制器的第一、第二、第三信号输出/输入端分别与第一DTU、第二DTU、第三DTU连接，所述集控器电源端与电源管理单元连接，所述集控器设置有自动更新模块、驱动程序模块、数据采集模块、参数配置模块；

如图3所示，所述监测模块包括模拟信号采集器和数字信号采集器，所述模拟信号采集器的信号采集端子排连接有M个模拟信号传感器和Z个执行机构，其中M≥1且为整数、Z≥1且为整数，所述数字信号采集器的信号采集端子排连接有Y个数字信号传感器和K个执行机构，所述Y≥1且为整数、K≥1且为整数，所述模拟信号采集器和数字信号采集器的信号输出/输入端均与单片机第一信号输出/输入端连接，所述单片机第二信号输出/输入端与转换器第一信号输出/输入端连接，所述转换器第二信号输出/输入端分别与所述集控装置的第一信号接口、第二信号接口连接，所述转换器为RS485转RS232转换器，所述采集器设置有数据采集模块和参数设置模块；

如图4所示，一种智能监测系统的数据采集方法，所述集控装置采集监测模块的传感器数据的步骤如下：（1）集控装置每隔一个周期向所连接的监测模块的采集器发送一次数据采集命令；（2）采集器接收到数据采集命令后采集对应端口的传感器数据并将数据传输至集控装置的集控器；（3）集控装置的集控器根据DataMode判断数据处理方式，如果判断值为1则集控器将未经处理的采集数据传输至存储器保存，并根据设定的数据传送周期来定时将采集数据传输至数据控制器，如果判断值为0则集控器直接将采集数据传输至数据控制器；（4）数据控制器根据采集器地址获得采集器类型和对应的数据解析规则，其中实现数据解析规则的方式有两种，第一种采用正则表达式实现数据转换规则的解析；第二种通过DataParser接口实现单个具体传感器的数据解析；（5）数据控制器将采集数据解析后经通信网络核心IP网、互联网保存至监测端的数据库服务器。

本实施例中，模拟信号传感器包括温度传感器、湿度传感器、压力传感器等，数字信号传感器包括流体传感器、射线辐射传感器等，集控器型号为欧姆龙MCU-1M ，数据控制器型号为TG_CT24V，存储器型号为M25P128-VMF6TP，模拟信号采集器型号为SYAD08-RJ45，数字信号采集器型号为SM100-M-8，执行机构包括气动阀、液动阀、电动阀和电机等。

本发明的工作过程如下：监测人员在监测端的数据库服务器上设置每个集控器的接口配置以及查看当前的状态信息，即所连接的采集器、传感器、执行机构的数量和位置，每个传感器的状态信息和配置参数，每个执行机构的状态信息和配置参数，以及设置数据采集周期。当监测时间到一个数据采集周期后监测端的数据库服务器经互联网、通信网络核心IP网向集控器发出采集数据指令，集控器接到采集指令后根据指令要求通过采集器采集相应的传感器数据，传感器数据经单片机、转换器转换后，通过集控器、数据控制器传输至监测端并封包，其中数据包包括集控器地址、采集器地址和传感器地址，这过程中集控器根据DataMode判断数据处理方式，如果判断值为1则集控器将未经处理的采集数据传输至存储器保存，并根据设定的数据传送周期来定时将采集数据传输至数据控制器，如果判断值为0则集控器直接将采集数据传输至数据控制器，所述数据控制器根据对应的数据解析规则将采集数据解析后经通信网络核心IP网、互联网保存至监测端的数据库服务器，当时间到下一个周期后，整个系统又重复上述的过程。当监测人员通过移动查询端登录监测端数据库服务器发现现场数据处于危险状态时，比如管道压力过大或者温度过高、流体的速度过快时，可直接在移动查询端向执行机构发出操作指令，即移动查询端发出指令，监测端的数据库服务器接收指令后向集控装置发出，集控装置的数据控制器、集控器接收指令后经转换器、单片机、采集器传输至现场执行机构，执行机构收到指令后立刻启动操作，比如电动气压阀或者液压排水阀打开后释放管道内的气体或者蓄水池内的液体，从而消除安全隐患。若监测人员在移动查询端发现现场数据异常时，亦可及时报警。

使用本系统过程中，可随时增加数据控制器、集控器、采集器、传感器等部件。增加数据控制器的步骤如下：（1）配置新的数据控制器；（2）开启新数据控制器，连接监测端；（3）保存该节点信息至监测端并由完善新数据控制器信息。增加集控器的步骤如下：（1）烧入镜像文件并连接集控器硬件设备；（2）开启集控器，默认ip地址；（3）保存该节点信息至数据库服务器，重新配置IP并由完善集控器信息；（4）更改集控器配置，并远程重启集控器。增加采集器步骤如下：（1）采集器写入单片机程序并通过RS485连接集控器；（2）开启采集器，默认地址为0；（3）向连接的集控器发送接口初始化命令，集控器扫描并自动分配采集器地址；（4）集控器将新增传感器的地址传送至监测端；（5）通过监测端手动完善采集器信息。增加传感器步骤如下：（1）接入采集器；（2）记录新的传感器所连采集器的位置；（3）在监测端手动配置传感器信息。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种智能监测系统，其特征在于：包括N个监测模块、N个集控装置、监测端和移动查询端，其中N≥1且为整数，N个所述监测模块与N个所述监测模块一一对应连接，所有所述集控装置经通信网络核心IP网、互联网与监测端形成IP连接，所述移动查询端经通信网络核心IP网、互联网与监测端形成IP连接；所述监测模块用于采集现场测点数据和执行监测端、移动查询端发出的操作命令，所述监测端用于显示、存储现场采集数据，修改系统硬件的参数和软件程序，以及对监测模块的执行机构发出操作命令，所述移动查询端用于登录监测端后查看现场测点数据和对监测模块的执行机构发出操作命令；

所述集控装置包括集控器，所述集控器第一信号输出/输入端与第一信号接口连接，所述集控器第二信号输出/输入端与第二信号接口连接，所述集控器第三信号输出/输入端与存储器连接，所述集控器第四信号输出/输入端与数据控制器连接，所述数据控制器的第一、第二、第三信号输出/输入端分别与第一DTU、第二DTU、第三DTU连接，所述集控器电源端与电源管理单元连接；

所述监测模块包括模拟信号采集器和数字信号采集器，所述模拟信号采集器的信号采集端子排连接有M个模拟信号传感器和Z个执行机构，其中M≥1且为整数、Z≥1且为整数，所述数字信号采集器的信号采集端子排连接有Y个数字信号传感器和K个执行机构，所述Y≥1且为整数、K≥1且为整数，所述模拟信号采集器和数字信号采集器的信号输出/输入端均与单片机第一信号输出/输入端连接，所述单片机第二信号输出/输入端与转换器第一信号输出/输入端连接，所述转换器第二信号输出/输入端分别与所述集控装置的第一信号接口、第二信号接口连接。

2.根据权利要求1所述的一种智能监测系统，其特征在于：所述通信网络核心IP网共有三种制式，分别为CDMA2000、WCDMA和TD-SCDMA，所述集控装置的第一DTU接入CDMA2000通信网络，第二DTU接入WCDMA通信网络，第三DTU接入TD-SCDMA通信网络。

3.根据权利要求1所述的一种智能监测系统，其特征在于：所述监测模块与集控装置之间的通信协议为UDP协议，所述集控装置与监测端之间的通信协议为Modbus串行通信协议。

4.根据权利要求1所述的一种智能监测系统，其特征在于：所述转换器为RS485转RS232转换器。

5.根据权利要求1所述的一种智能监测系统，其特征在于，所述监测端接入互联网共有以下四种接入形式：第一种是监测端采用ADSL专线方式与互联网的公网连接，然后采用公网固定IP或者公网动态IP+DNS解析服务；

第二种是监测端采用移动内网动态IP+移动DNS解析服务；

第三种是监测端采用APN专网固定IP；

第四种是监测端采用APN专线，系统内所有节点都采用内网固定IP。

6.根据权利要求1所述的一种智能监测系统，其特征在于：所述监测端数据库服务器设置有设备管理模块、用户管理模块、统计分析模块、API管理模块、故障管理模块、日志管理模块、系统配置模块；所述集控器设置有自动更新模块、驱动程序模块、数据采集模块、参数配置模块；所述采集器设置有数据采集模块和参数设置模块。

7.根据权利要求1所述一种智能监测系统的数据采集方法，其特征在于，所述集控装置采集监测模块的传感器数据的步骤如下：

（1）集控装置每隔一个周期向所连接的监测模块的采集器发送一次数据采集命令；

（2）采集器接收到数据采集命令后采集对应端口的传感器数据并将数据传输至集控装置的集控器；

（3）集控装置的集控器根据DataMode判断数据处理方式，如果判断值为1则集控器将未经处理的采集数据传输至存储器保存，并根据设定的数据传送周期来定时将采集数据传输至数据控制器，如果判断值为0则集控器直接将采集数据传输至数据控制器；

（4）数据控制器根据采集器地址获得采集器类型和对应的数据解析规则；

（5）数据控制器将采集数据解析后经通信网络核心IP网、互联网保存至监测端的数据库服务器。

8.根据权利要求7所述的一种智能监测系统的数据采集方法，其特征在于：步骤（4）实现数据解析规则的方式有两种，第一种是采用正则表达式实现数据转换规则的解析；第二种是通过DataParser接口实现单个具体传感器的数据解析。