CN109688555A - 一种信号数据的实时采集与通信系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种信号数据的实时采集与通信系统，该系统包括主节点和若干与所述主节点无线通信的从节点，所述主节点包括主节点蓝牙模块和主节点LoRa模块，所述从节点包括从节点LoRa模块和从节点蓝牙模块，主节点蓝牙模块下发打开/关闭指令，所述从节点蓝牙模块收到所述指令，打开/关闭从节点LoRa模块同时写入LoRa信道；在所述主节点LoRa模块和从节点LoRa模块打开状态时，所述主节点遵循主从节点通信协议，向所述从节点LoRa模块发送带有认证码协议格式的指令，所述LoRa模块做出相应处理。本发明无需关心采集设备之间的通信，开发时只是根据接口协议标准传递数据即可，有效提高了使用便捷性，保障了通信的稳定性、可控性和灵活性。

Description

一种信号数据的实时采集与通信系统及方法

技术领域

本发明涉及信息采集和通讯领域，具体涉及一种信号数据的实时采集与通信系统及方法。

背景技术

目前，在离线状态下通过终端设备采集各类传感器的实时数据结的业务场景，实现方式主要通过蓝牙进行短距离采集数据或者通过LoRa无线传输，LoRa是一种低功耗广域网络。面向物联网中远距离和低功耗的通信需求，低功耗广域网络的技术特点包括：传输距离远，一般超过2.5km；节点功耗低，在物联网场景可以使用较长时间；网络结构简单，运行维护成本低。

现有实现方式主要有如下缺点：蓝牙通信需要对前端采集设备一对一配对成功后，进行数据采集；蓝牙通信距离较短，一般在5-10米；主节点无法同时与较多的前端设备通信；蓝牙与LoRa无法结合使用并自动切换。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术的不足，本发明提供一种信号数据的实时采集与通信系统及方法，该方法可以解决蓝牙的通信距离较短、主节点无法同时与较多的前端设备通信以及从节点之间的通信交叉的问题。

技术方案：本发明所述种信号数据的实时采集与通信系统，该系统包括主节点和若干与所述主节点无线通信的从节点，所述主节点包括主节点蓝牙模块和主节点LoRa模块，所述从节点包括从节点LoRa模块和从节点蓝牙模块，主节点蓝牙模块下发打开/关闭指令，所述从节点蓝牙模块收到所述指令，打开/关闭从节点LoRa模块同时写入LoRa信道；

在所述主节点LoRa模块和从节点LoRa模块打开状态时，所述主节点遵循主从节点通信协议，向所述从节点LoRa模块发送带有认证码协议格式的指令，所述LoRa模块做出相应处理。

优选的，所述主从节点通信协议包括主节点LoRa模块首先通过广播通信方式将所述相关指令发送给若干从节点，所述从节点对所述带有认证码协议格式的指令进行解析，若正常处理并给与应答，则判定所述主节点发送成功，

否则，判定主节点发送失败，所述主节点采用重连机制进行单播通信方式发送给某个从节点。

优选的，所述主节点以单播通信方式向某个从节点发送相关指令时，主节点的状态从空闲变成等待应答并启动响应超时机制，所述响应超时机制为所述主节点设定一个等待应答的最大时间，超过所述最大时间后执行进行出错处理。

优选的，所述主节点以广播通信方式向若干从节点发送相关指令时，从节点不返回应答，主节点进行等待转换延迟，以便从节点在发送新的请求前，处理完当前指令，当所述转换延迟时间到，所述主节点进入空闲状态。

优选的，所述响应超时机制的设定时间长于所述转换延迟时间。

优选的，所述带有认证码协议格式的指令对应的指令格式包括：

起始位，用于提示所述数据传输的开始与否；

地址，用于根据不同的地址段区分不同的地址，所述LoRa模块对应的通道上广播地址为＜10；

认证码，所述主节点使用密钥对从节点对应的明文进行加密后，组包发送给从节点，采集设备按照密钥对报文中的密文进行解密，并与认证码明文进行比较，若相同则认证成功；

报文长，用于说明指令类型和数据域内容的总长度；

指令类型，用于区分是否正常指令类型范围和异常响应保留；

数据域，用于区分多个单值参数读写和数组型参数读写；

CRC校验码，用于针对传输的数据域内容进行参数校验。

优选的，所述认证码中，加解密均采用4B的异或处理。

优选的，所述指令格式的规定长度未用完，但指令数据已结束，则用标准编码utf-8作为休止符号；

否则，若指令格式的规定长度后无其他指令数据，则用标准编码utf-8作为填充，直到达到指令数据规定长度；

否则，若指令格式的规定长度后还有指令数据的字节，则未用完的指令数据部分，用标准编码utf-8填充。

另一方面，本发明还提供一种信号数据的实时采集与通信方法，包括以下步骤：

(1)所述主节点蓝牙模块下发打开指令，所述从节点蓝牙模块收到所述指令，打开从节点LoRa模块同时写入LoRa信道；

(2)在所述主节点LoRa模块和从节点LoRa模块开启时，所述主节点遵循主从节点通信协议，向所述从节点LoRa模块发送带有认证码协议格式的指令，所述LoRa模块做出相应处理；

(3)所述主节点蓝牙模块下发关闭指令，所述从节点蓝牙模块收到所述指令，关闭从节点LoRa模块。

有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点是：1、本发明通过蓝牙可以写入LoRa的信道，增加实时性和便捷性；2、本发明在主从节点传输过程中增加等待应答机制，防止数据返回慢主节点判定失败；3、本发明可以使在开发类似场景模块时，无需关心采集设备之间的通信，开发时只是根据接口协议标准传递数据即可，有效提高了使用便捷性，保障了通信的稳定性、可控性和灵活性；4、本发明采用标准编码解决了指令数据长度不统一的问题。

附图说明

图1为本发明所述的系统结构示意图；

图2为本发明所述的广播模式下的主从节点请求方式示意图；

图3为本发明所述的单播模式下的主从节点请求方式示意图；

图4为本发明所述的主节点在单播模式下工作状态流程图；

图5为本发明所述的主节点在广播模式下工作状态流程图；

图6为本发明所述的从节点的工作状态流程图；

图7是本发明所述的方法流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，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前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明所述的信号数据的实时采集与通信系统，该系统包括主节点和若干与所述主节点无线通信的从节点，记为[1,2,...,n]，从节点即为采集设备。所述主节点包括主节点蓝牙模块和主节点LoRa模块，所述从节点包括从节点LoRa模块和从节点蓝牙模块，主节点和从节点距离较近是，所主节点蓝牙模块下发打开或关闭指令，从节点蓝牙模块收到指令，然后打开或关闭从节点LoRa模块同时写入LoRa信道；主节点LoRa模块是常开或者通过开关来操作。

此时，从节点的蓝牙地址是确定的，首先通过modbus协议封装成打开LoRa和写入信道指令，主节点通过蓝牙技术直接下发协议并等待从节点返回成功或者失败结果。从节点接收到主节点的协议，检验数据的完整性。数据完整，解析数据。解析成功打开LoRa开关并写入LoRa信道。

在主从节点距离远时，在所述主节点LoRa模块和从节点LoRa模块打开状态时，所述主节点遵循主从节点通信协议，向所述从节点LoRa模块发送带有认证码协议格式的指令，所述LoRa模块做出相应处理。

主从节点交互协议包括：在同一频率上，同一时刻，只有一个节点能够进行通信，否则就会发生干扰。因此，所有节点间通信总是由主节点发起；从节点在没有收到来自主节点的请求时，不会发送数据；从节点之间不会互相通信；主节点同一时刻只会发起一个通信请求，直到该请求处理完毕，才能继续下一个请求，请求处理的情况包括正常、异常、超时、延时。

本发明设计的交互协议为各个以主节点为中心的通信，从节点相互之间暂不做交换考虑，相互之间的隔离手段主要通过两种方式：一是通过通信参数配置，划分不同频段；二是对于同频段的外部设备干扰，通过认证逻辑进行隔离。

在其中一个实施例中，所述主从节点通信协议包括主节点LoRa模块首先通过广播通信方式将所述相关指令发送给从节点，所述从节点对所述带有认证码协议格式的指令进行解析，若正常处理并给与应答，则判定所述主节点发送成功，否则，判定主节点发送失败，所述主节点采用重连机制进行单播通信方式发送给某个从节点。

主节点向从节点设备发送请求时，希望得到一个正常响应。两者间可能出现下列4种可能情况：

如果从节点接收到无错误请求，且可以正常地处理，则从节点返回一个正常响应。

如果发生通信错误，如在串行链路上，报文添加帧头标识，通信出错，从节点没有接收到请求，则不返回响应。主节点将最终处理请求的超时状态。

如果从节点接收到请求，但是检测到一个通信错误，如奇偶校验、认证失败，则不返回响应。主节点将最终处理请求的超时状态。

如果从节点接收到无通信错误的请求，但不能处理该请求，例如，请求读一个不存在的参数，则返回一个异常响应，并通知主节点。

异常响应报文有两个与正常响应不同的域，包括：

指令代码：在正常响应中，从节点响应中指令代码与最初请求中的指令代码相同，最高有效位(MSB)都为0。在异常响应中，从节点将请求指令代码的MSB设为1，使得异常响应中的指令码值比原指令代码值高0x80。

数据域：在正常响应中，从节点可以返回数据域中数据。在异常响应中，从节点返回异常码，定义了产生异常的从节点状态。

具体的，如图2所示，广播模式下，主节点向所有的从节点发送指令请求，从节点不对主节点广播的请求进行应答。广播请求一般用于写命令，从节点接受广播模式的写功能。地址端＜10，用于表示广播数据。

在其中一个实施例中，所述主节点以单播通信方式向某个从节点发送相关指令时，主节点的状态从空闲变成等待应答并启动响应超时机制，所述响应超时机制为所述主节点设定一个等待应答的最大时间，超过所述最大时间后执行进行出错处理。

如图3所示，单播模式下，主节点访问指定地址的从节点，从节点接到并处理完请求后，从节点向主节点返回应答报文。单播模式一次事务处理包含2个报文，即1个主节点的请求和1个从节点的应答。

从节点对主节点响应时，对于正常响应，从节点使用请求的功能码来指示正常；对于异常响应，从节点将请求的功能码最高位置为1后，与异常数据一同返回。在主节点端需要管理超时，以便明确地等待可能不会出现的应答。

当采用广播模式和单播模式工作时，主从节点的状态为：

电源上电后的初始状态，主从节点均为初始状态，即空闲状态，此时主机点可发送相关指令请求，发送一个请求后，主节点从空闲状态变为等待应答，而且不能同时发送第二个请求。

如图4所示，当为单播模式时，主节点发送一个指令请求后，将进入等待应答状态，同时一个临界超时定时启动，这个超时称为响应超时，响应超时设定时间可根据不同应用场景而设置不同，其避免主节点永远处于等待应答状态。

当收到一个应答时，主节点在处理数据之前检验应答。在一些情况下，检验的结果可能为错误。如收到来自非期望的从节点的应答，或接收的帧错误，响应超时继续计时；当检测到帧错时，执行一个重试。

响应超时无应答或处理应答帧错误时，则产生一个错误。那么出错处理结束，主节点进入空闲状态，并发出一个重试请求。重试的最大次数取决于主节点的设置。

如图5所示，当主节点以广播模式发送请求发送到串行总线上，无需从节点返回响应。但主节点需要进行延迟，以便使从节点在发送新的请求前，处理完当前请求。该延迟被称作转换延迟。因此，主节点会在返回能够发送另一个请求的空闲状态之前，到等待转换延迟状态。

在单播方式，响应超时必须设置到足够的长度，以使任何从节点都能处理完请求并返回响应。广播转换延迟必须有足够的长度，以使任何从节点都能只处理完请求而可以接收新的请求。因此，转换延迟应该比响应超时要短。一般响应超时在9600bps时从1秒到几秒，而转换延迟从100ms到200ms。

如图6所示，某个从节点的工作状态机为：

电源上电后的初始状态，为空闲状态，当从主节点收到一个指令请求，对所述指令请求进行检验，若出现帧检查错误，或帧不是发给此字节点的，则没有响应返回到主节点，若指令请求中有错，则格式化错误应答，并将错误应答发送给主节点；从节点检查指令请求完成后，从节点对指令请求进行处理，若处理过程中出错，则格式化错误应答，并将错误应答发送给主节点。

若从节点是以单播模式收到的指令请求，若正确处理请求后，则格式化正常应答，并将正常应答发送给主节点，若从节点是以广播模式收到指令请求的，则结束处理，不发送任何应答。

在其中一个实施例中，所述带有认证码协议格式的指令对应的指令格式包括：

起始位，长度为2个字节，用于提示所述数据传输的开始与否；

地址，长度为2个字节，用于根据不同的地址段区分不同的地址，所述LoRa模块对应的通道上广播地址为＜10；10～30为中继节点地址段；30～255为从节点地址段，根据地址段搜寻对应的从节点，从而向其发送指令。

认证码，长度为4个字节，所述主节点使用密钥对从节点对应的明文进行加密后，组包发送给从节点，即为认证码密文，后从节点按照密钥对报文中的密文进行解密，并与认证码明文进行比较，若相同则认证成功；LoRa工作于公共信道，为了排除其他节点或设备的干扰，故设置认证码进行通信双方的身份认证。

报文长，长度为2个字节，用于说明指令类型和数据域内容的总长度，其中不包含2字节CRC校验码长度；

指令类型，长度为1个字节，用于区分是否正常指令类型范围和异常响应保留，0～127为正常指令，128以上为指令的异常返回，异常回复时将指令类型最高位置为1；

数据域，用于区分多个单值参数读写和数组型参数读写；

CRC校验码，长度为2个字节，用于针对传输的数据域内容进行参数校验，CRC校验码包括指令类型和数据域。

在使用蓝牙模块发送打开和关闭指令时，采用的基本格式为报文长、指令类型和数据域；而在通过LoRa模块进行无线通信时，加入了报文头起始位、地址和认证码以及CRC校验码，实现各个以主节点为中心的通信，从节点间不做交换考虑。

LoRa通信时，认证码是主节点使用密钥对从节点对应的明文进行加密后，组包发送给采集设备，采集设备按照密钥对报文中的密文进行解密，并与认证码明文进行比较，若通过则认证成功，上述加解密均采用4B的异或处理。

在其中一个实施例中，所述指令格式的规定长度未用完，但指令数据已结束，则用标准编码utf-8作为休止符号；

否则，若指令格式的规定长度后无其他指令数据，则用标准编码utf-8作为填充，直到达到指令数据规定长度；

否则，若指令格式的规定长度后还有指令数据的字节，则未用完的指令数据部分，用标准编码utf-8填充。

对于各行业软件需要离线实时采集硬件信号数据的场景而言，本发明可以使在开发类似场景模块时，无需关心采集设备之间的通信，开发时只是根据接口协议标准传递数据即可。这有效提高了使用便捷性，保障了通信的稳定性、可控性和灵活性。

特别的，在智能营区、军事训练等信息化建设领域，常常需要在离线状态下通过终端设备采集各类传感器的实时数据结的业务场景，在训练场景下，本发明通过蓝牙和LoRa两种通信相结合的模式，蓝牙仅作为LoRa未开启情况时的通信手段，用于开启LoRa通信信道。其他情况使用LoRa通信，原因在于蓝牙为基于连接的点对点通信，而训练场景下，基本都是主节点PAD或其他移动终端轮询多个采集设备通信模式，拆建链的开销和时延太大。

所述采集设备可为训练人员携带的智能手环，由于训练人员有很多，因此对应的智能手环对应多个，该智能手环即可节省用电量，智能手环对应的LoRa模块在不使用时是关闭状态。在组训中，首先保证教官和组训人员在5m内，教官通过PAD中的蓝牙发送打开LoRa的指令来打开手环的LoRa开关并写入信道。

PAD包括PAD蓝牙模块和PADLoRa模块，所述训练人员的智能手环包括智能手环LoRa开关和智能手环蓝牙模块，所PAD蓝牙模块在5m范围内下发打开或关闭指令，智能手环蓝牙收到打开或关闭指令，然后打开或关闭智能手环LoRa开关同时写入LoRa信道；PADLoRa模块是常开或者通过开关来操作。

此时，从节点的蓝牙地址是确定的，首先通过modbus协议封装成打开LoRa和写入信道指令，主节点通过蓝牙技术直接下发协议并等待从节点返回成功或者失败结果。从节点接收到主节点的协议，检验数据的完整性。数据完整，解析数据。解析成功打开LoRa开关并写入LoRa信道。

当教官和训练人员的距离大于5m，则通过LoRa进行通信，在所述PADLoRa模块和智能手环LoRa模块打开状态时，所述PAD遵循主智能手环通信协议，向所述智能手环LoRa开关发送带有认证码协议格式的指令，所述LoRa开关做出相应处理。

在LoRa模块开启时，训练人员接收到PAD中的指令包括：训练人员热身阶段发送同步手环指令来配置人员的信息；训练人员热身结束发送下发科目指令通知训练人员就绪；训练人员走上起点发送就绪指令；训练开始时发送开始指令，并开启多线程定时轮询发送获取生命特征指令；训练结束时手环发送训练结束指令；训练人员结束训练发送获取成绩指令；所有人员组训结束，蓝牙模块发送关闭LoRa指令。

PAD和多个智能手环的交互协议包括：在同一频率上，同一时刻，只有一个节点能够进行通信，否则就会发生干扰。因此，所有节点间通信总是由PAD发起；智能手环在没有收到来自PAD的请求时，不会发送数据；智能手环之间不会互相通信；PAD同一时刻只会发起一个通信请求，直到该请求处理完毕，才能继续下一个请求，请求处理的情况包括正常、异常、超时、延时。

在同一场地，各训练是以PAD为中心的训练通信，训练人员互之间的通信暂不做交换考虑，相互之间的隔离手段主要通过两种方式：一是通过通信参数配置，划分不同地址频段；二是对于同频段的外部设备干扰，通过认证逻辑进行隔离。

在其中一个实施例中，所述主从节点通信协议包括PADLoRa模块首先通过广播通信方式将所述相关指令发送给智能手环，所述智能手环对所述带有认证码协议格式的指令进行解析，若正常处理并给与应答，则判定所述PAD发送成功，否则，判定PAD发送失败，所述PAD采用重连机制进行单播通信方式发送给某个智能手环。

PAD向智能手环设备发送请求时，希望得到一个正常响应。两者间可能出现下列4种可能情况：

如果智能手环接收到无错误请求，且可以正常地处理，则智能手环返回一个正常响应。

如果发生通信错误，如在串行链路上，报文添加帧头标识，通信出错，智能手环没有接收到请求，则不返回响应。PAD将最终处理请求的超时状态。

如果智能手环接收到请求，但是检测到一个通信错误，如奇偶校验、认证失败，则不返回响应。PAD将最终处理请求的超时状态。

如果智能手环接收到无通信错误的请求，但不能处理该请求，例如，请求读一个不存在的参数，则返回一个异常响应，并通知PAD。

异常响应报文有两个与正常响应不同的域，包括：

指令代码：在正常响应中，智能手环响应中指令代码与最初请求中的指令代码相同，最高有效位(MSB)都为0。在异常响应中，智能手环将请求指令代码的MSB设为1，使得异常响应中的指令码值比原指令代码值高0x80。

数据域：在正常响应中，智能手环可以返回数据域中数据。在异常响应中，智能手环返回异常码，定义了产生异常的智能手环状态。

广播模式下，PAD向所有的智能手环发送指令请求，智能手环不对PAD广播的请求进行应答。广播请求一般用于写命令，智能手环接受广播模式的写功能。地址端＜10，用于表示广播数据。

在其中一个实施例中，所述PAD以单播通信方式向某个智能手环发送相关指令时，PAD的状态从空闲变成等待应答并启动响应超时机制，所述响应超时机制为所述PAD设定一个等待应答的最大时间，超过所述最大时间后执行进行出错处理。

单播模式下，PAD访问指定地址的智能手环，智能手环接到并处理完请求后，智能手环向PAD返回应答报文。单播模式一次事务处理包含2个报文，即1个PAD的请求和1个智能手环的应答。

智能手环对PAD响应时，对于正常响应，智能手环使用请求的功能码来指示正常；对于异常响应，智能手环将请求的功能码最高位置为1后，与异常数据一同返回。在PAD端需要管理超时，以便明确地等待可能不会出现的应答。

当采用广播模式和单播模式工作时，主智能手环的状态为：

电源上电后的初始状态，主智能手环均为初始状态，即空闲状态，此时主机点可发送相关指令请求，发送一个请求后，PAD从空闲状态变为等待应答，而且不能同时发送第二个请求。

当为单播模式时，PAD发送一个指令请求后，将进入等待应答状态，同时一个临界超时定时启动，这个超时称为响应超时，响应超时设定时间可根据不同应用场景而设置不同，其避免PAD永远处于等待应答状态。

当收到一个应答时，PAD在处理数据之前检验应答。在一些情况下，检验的结果可能为错误。如收到来自非期望的智能手环的应答，或接收的帧错误，响应超时继续计时；当检测到帧错时，执行一个重试。

响应超时无应答或处理应答帧错误时，则产生一个错误。那么出错处理结束，PAD进入空闲状态，并发出一个重试请求。重试的最大次数取决于PAD的设置。

当PAD以广播模式发送请求发送到串行总线上，无需智能手环返回响应。但PAD需要进行延迟，以便使智能手环在发送新的请求前，处理完当前请求。该延迟被称作转换延迟。因此，PAD会在返回能够发送另一个请求的空闲状态之前，到等待转换延迟状态。

在单播方式，响应超时必须设置到足够的长度，以使任何智能手环都能处理完请求并返回响应。广播转换延迟必须有足够的长度，以使任何智能手环都能只处理完请求而可以接收新的请求。因此，转换延迟应该比响应超时要短。一般响应超时在9600bps时从1秒到几秒，而转换延迟从100ms到200ms。

某个智能手环的工作状态机为：

电源上电后的初始状态，为空闲状态，当从PAD收到一个指令请求，对所述指令请求进行检验，若出现帧检查错误，或帧不是发给此字节点的，则没有响应返回到PAD，若指令请求中有错，则格式化错误应答，并将错误应答发送给PAD；智能手环检查指令请求完成后，智能手环对指令请求进行处理，若处理过程中出错，则格式化错误应答，并将错误应答发送给PAD。

若智能手环是以单播模式收到的指令请求，若正确处理请求后，则格式化正常应答，并将正常应答发送给PAD，若智能手环是以广播模式收到指令请求的，则结束处理，不发送任何应答。

在其中一个实施例中，所述带有认证码协议格式的指令对应的指令格式包括：

起始位，长度为2个字节，用于提示所述数据传输的开始与否；

地址，长度为2个字节，用于根据不同的地址段区分不同的地址，所述LoRa模块对应的通道上广播地址为＜10；10～30为中继节点地址段；30～255为智能手环地址段，根据地址段搜寻对应的智能手环，从而向其发送指令。

认证码，长度为4个字节，所述PAD使用密钥对智能手环对应的明文进行加密后，组包发送给智能手环，即为认证码密文，后智能手环按照密钥对报文中的密文进行解密，并与认证码明文进行比较，若相同则认证成功；LoRa工作于公共信道，为了排除其他节点或设备的干扰，故设置认证码进行通信双方的身份认证。

报文长，长度为2个字节，用于说明指令类型和数据域内容的总长度，其中不包含2字节CRC校验码长度；

指令类型，长度为1个字节，用于区分是否正常指令类型范围和异常响应保留，0～127为正常指令，128以上为指令的异常返回，异常回复时将指令类型最高位置为1；

数据域，用于区分多个单值参数读写和数组型参数读写；

CRC校验码，长度为2个字节，用于针对传输的数据域内容进行参数校验并包括指令类型。

在使用蓝牙模块发送打开和关闭指令时，采用的基本格式为报文长、指令类型和数据域；而在通过LoRa模块进行无线通信时，加入了报文头起始位、地址和认证码以及CRC校验码。

在通过LoRa通信时，认证码是PAD使用密钥对智能手环对应的明文进行加密后，组包发送给采集设备，采集设备按照密钥对报文中的密文进行解密，并与认证码明文进行比较，若通过则认证成功，上述加解密均采用4B的异或处理。

在其中一个实施例中，所述指令格式的规定长度未用完，但指令数据已结束，则用标准编码utf-8作为休止符号；

否则，若指令格式的规定长度后无其他指令数据，则用标准编码utf-8作为填充，直到达到指令数据规定长度；

否则，若指令格式的规定长度后还有指令数据的字节，则未用完的指令数据部分，用标准编码utf-8填充。

另一方面，本发明还提供一种信号数据的实时采集与通信方法，如图7所述，包括以下步骤：

S1所述主节点蓝牙模块下发打开指令，所述从节点蓝牙模块收到所述指令，打开从节点LoRa模块同时写入LoRa信道；

S2在所述主节点LoRa模块和从节点LoRa模块开启时，所述主节点遵循主从节点通信协议，向所述从节点LoRa模块发送带有认证码协议格式的指令，所述LoRa模块做出相应处理；

S3所述主节点蓝牙模块下发关闭指令，所述从节点蓝牙模块收到所述指令，关闭从节点LoRa模块。

优选的，所述主从节点通信协议包括主节点LoRa模块首先通过广播通信方式将所述相关指令发送给若干从节点，所述从节点对所述带有认证码协议格式的指令进行解析，若正常处理并给与应答，则判定所述主节点发送成功，

否则，判定主节点发送失败，所述主节点采用重连机制进行单播通信方式发送给某个从节点。

对于方法实施例而言，由于其基本相似于系统实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见系统实施例的部分说明即可。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种信号数据的实时采集与通信系统，其特征在于，该系统包括主节点和若干与所述主节点无线通信的从节点，所述主节点包括主节点蓝牙模块和主节点LoRa模块，所述从节点包括从节点LoRa模块和从节点蓝牙模块，主节点蓝牙模块下发打开/关闭指令，所述从节点蓝牙模块收到所述指令，打开/关闭从节点LoRa模块同时写入LoRa信道；

在所述主节点LoRa模块和从节点LoRa模块打开状态时，所述主节点遵循主从节点通信协议，向所述从节点LoRa模块发送带有认证码协议格式的指令，所述LoRa模块做出相应处理。

2.根据权利要求1所述的信号数据的实时采集与通信系统，其特征在于，所述主从节点通信协议包括主节点LoRa模块首先通过广播通信方式将所述相关指令发送给若干从节点，所述从节点对所述带有认证码协议格式的指令进行解析，若正常处理并给与应答，则判定所述主节点发送成功，

否则，判定主节点发送失败，所述主节点采用重连机制进行单播通信方式发送给某个从节点。

3.根据权利要求2所述的信号数据的实时采集与通信系统，其特征在于，所述主节点以单播通信方式向某个从节点发送相关指令时，主节点的状态从空闲变成等待应答并启动响应超时机制，所述响应超时机制为所述主节点设定一个等待应答的最大时间，超过所述最大时间后执行进行出错处理。

4.根据权利要求3所述的信号数据的实时采集与通信系统，其特征在于，所述主节点以广播通信方式向若干从节点发送相关指令时，从节点不返回应答，主节点进行等待转换延迟，以便从节点在发送新的请求前，处理完当前指令，当所述转换延迟时间到，所述主节点进入空闲状态。

5.根据权利要求4所述的信号数据的实时采集与通信系统，其特征在于，所述响应超时机制的设定时间长于所述转换延迟时间。

6.根据权利要求1或2所述的信号数据的实时采集与通信系统，其特征在于，所述带有认证码协议格式的指令对应的指令格式包括：

起始位，用于提示所述数据传输的开始与否；

地址，用于根据不同的地址段区分不同的地址，所述LoRa模块对应的通道上广播地址为＜10；

认证码，所述主节点使用密钥对从节点对应的明文进行加密后，组包发送给从节点，采集设备按照密钥对报文中的密文进行解密，并与认证码明文进行比较，若相同则认证成功；

报文长，用于说明指令类型和数据域内容的总长度；

指令类型，用于区分是否正常指令类型范围和异常响应保留；

数据域，用于区分多个单值参数读写和数组型参数读写；

CRC校验码，用于针对传输的数据域内容进行参数校验。

7.根据权利要求6所述的信号数据的实时采集与通信系统，其特征在于，所述认证码中，加解密均采用4B的异或处理。

8.根据权利要求6所述的信号数据的实时采集与通信系统，其特征在于，所述指令格式的规定长度未用完，但指令数据已结束，则用标准编码utf-8作为休止符号；

否则，若指令格式的规定长度后无其他指令数据，则用标准编码utf-8作为填充，直到达到指令数据规定长度；

否则，若指令格式的规定长度后还有指令数据的字节，则未用完的指令数据部分，用标准编码utf-8填充。

9.一种根据权利要求1-8任一项所述的信号数据的实时采集与通信系统的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)所述主节点蓝牙模块下发打开指令，所述从节点蓝牙模块收到所述指令，打开从节点LoRa模块同时写入LoRa信道；

(2)在所述主节点LoRa模块和从节点LoRa模块开启时，所述主节点遵循主从节点通信协议，向所述从节点LoRa模块发送带有认证码协议格式的指令，所述LoRa模块做出相应处理；

(3)所述主节点蓝牙模块下发关闭指令，所述从节点蓝牙模块收到所述指令，关闭从节点LoRa模块。

10.根据权利要求9所述的信号数据的实时采集与通信方法，其特征在于，所述主从节点通信协议包括主节点LoRa模块首先通过广播通信方式将所述相关指令发送给若干从节点，所述从节点对所述带有认证码协议格式的指令进行解析，若正常处理并给与应答，则判定所述主节点发送成功，

否则，判定主节点发送失败，所述主节点采用重连机制进行单播通信方式发送给某个从节点。