CN110554644B - 一种泛在对象即插即用的统一接入系统及第三方接入方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种泛在对象即插即用的统一接入系统及第三方接入方法，该系统包括泛在对象扩展板、接入代理板、接入代理扩展板和边缘服务器；泛在对象扩展板的硬件电路由地址编码模块、电平转换模块和HDMI接口组成；接入代理板的硬件电路采用具有网络接入功能且支持多种总线互联协议的MCU实现；边缘服务器包括泛在对象元数据库、驱动库、调度方案库、泛在对象注册模块、驱动管理模块、调度方案管理模块和通信模块。本发明用于简化第三方开发者基于MCU的开发工作量，降低普通用户的使用难度。

Description

一种泛在对象即插即用的统一接入系统及第三方接入方法

技术领域

本发明涉及物联网技术领域，具体涉及一种泛在对象即插即用的统一接入系统及第三方接入方法。

背景技术

进入21世纪以来，随着感知技术、互联网、云计算和数据分析的普及以及5G、深度学习和边缘计算等新技术的涌现，物联网已被认为是计算机浪潮、互联网浪潮后的第三次信息革命浪潮。TCP/IP体系的互联网已经实现了人与人之间的互连，但还未能实现万物互联。为了更好的感知和改变物理世界，万物互联要求将海量的、异构的“泛在对象”接入到互联网中，从而达到人与人、人与物以及物与物互联。

不同的企业生产的泛在对象的硬件标准、通讯方式差异性大，泛在对象种类繁多，通讯协议各异，这导致在物联网开发工作需要在各种泛在对象上需要重复的实现，这严重阻碍了物联网的快速发展。物联网开发人员即使开发一个简单应用，也需要掌握电子电路、嵌入式设备和WEB系统知识。缺乏一个有效的即插即用的统一的接入方案来简化第三方开发者的工作量和方便普通用户使用。因此，如何设计与实现一个符合物联网场景特性的即插即用的统一接入技术具有重要意义。

同时，目前物联网正在发展成为一个庞大的技术生态系统，通过广泛地部署名为IoT节点的超低成本MCU实现无处不在的传感。超低成本的MCU具有资源受限的特点，具体表现在低计算能力、低存储以及引脚少等方面。由于传统的即插即用方案侧重于性能而非侧重资源受限，传统方案无法直接应用于资源受限的MCU中。如何基于资源受限的MCU上实现泛在对象的即插即用统一接入是一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，基于资源受限的MCU，提供一种泛在对象即插即用的统一接入系统及第三方接入方法。

所公开的接入系统及方法，涉及“泛在对象”、“接入代理板”、“泛在对象扩展板”、“接入代理扩展板”、和“边缘服务器”的概念：

泛在对象：能直接实现数字世界与物理世界交互的对象。如传感器能直接将物理世界中物理量、化学量和生物量转化成数字世界中电信号，网络通信由对象接入板代理实现。可分为感知物理世界、转换电信号为操作和存储数据的三类泛在对象。其中感知物理世界的典型代表为传感器，转换电信号为操作的典型代表为执行器，存储数据的典型代表为RFID标签。该对象只具备简单的信号转换功能，无网络通信和地址标记功能。因此，需要为泛在对象增加地址标记与网络通信的功能。在本发明中，泛在对象地址标记的功能，由泛在对象扩展板完成。泛在对象网络通信功能由接入代理板实现。

泛在对象扩展板：用于实现泛在对象的地址标识的电路板。泛在对象缺乏地址标记功能，因此泛在对象扩展板为泛在对象增加地址标记的功能。同时，泛在对象扩展板解决了泛在对象的总线互联协议与接入代理板电平标准转换的问题，进而实现泛在对象的信号线直接与泛在对象扩展板的引脚相连。

接入代理板：具有计算、存储、通讯功能的电路板，代理泛在对象的网络接入，并通过电气接口控制泛在对象。由适合大量部署于物联网中的MCU承担泛在对象板的功能。

接入代理扩展板：用于拓展接入代理板功能，代替接入代理板连接泛在对象扩展板，同时实现接入代理板引脚复用，解耦了接入代理板的引脚与泛在对象信号线的关系。面对不同泛在对象接入板的引脚位置，接入代理扩展板板为泛在对象扩展板提供了统一的引脚位置，解耦了对象接入板引脚与泛在对象信号线的关系。

边缘服务器：通过网络与对象接入板相连，为对象接入板提供存储驱动、指令和数据以及生成调度方案的功能，为第三方开发者提供WEB服务器功能。

泛在对象和接入代理板由厂商生产，泛在对象扩展板和接入代理扩展板由本发明给出设计。泛在对象具有海量异构、无网络通信的特点。以MCU为代表的接入代理板具有资源受限的特点。

本发明的第一个目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种泛在对象即插即用的统一接入系统，该接入系统包括泛在对象扩展板、接入代理板、接入代理扩展板和边缘服务器；

其中，所述的泛在对象扩展板，为泛在对象增加地址标记的功能，其硬件电路包含地址编码模块、电平转换模块和HDMI接口，所述的地址编码模块用于存储泛在对象的地址；所述的电平转换模块将不同泛在对象的总线互联协议中电平标准转换为对象接入板引脚支持的电平标准；所述的HDMI接口用于实现泛在对象扩展板与接入代理扩展板的连接；所述的地址编码模块和电平转换模块分别与HDMI接口相连；所述的电平转换模块通过信号线与泛在对象相连。

所述的接入代理板，用于代理泛在对象的网络接入功能，并通过电气接口控制泛在对象，其硬件采用具有网络接入功能且支持多种总线互联协议的MCU实现，通过通信模块与边缘服务器进行信号连接。

接入代理板的运行软件自下而上分为本地库层、底层模块层和MCU主模块层，下层仅为上一层提供服务，上层仅依赖于下一层。本地库层为上层模块封装MCU硬件模块操作，为底层模块层屏蔽硬件的细节。底层模块层在不同的MCU环境下为MCU主模块层提供相同的函数接口，支撑MCU主模块层的跨平台性。MCU主模块层承担泛在对象即插即用的主体工作，包括与边缘服务器通信的通信模块。

所述的接入代理扩展板，用于解耦接入代理板的引脚与泛在对象信号线的关系，实现接入代理板引脚复用。其硬件电路包括多个HDMI接口、锁存器和引脚插槽模块，所述的HDMI接口用于与泛在对象扩展板连接，所述的锁存器用于实现接入代理板的引脚复用，所述的引脚插槽模块用于连接接入代理板，所述的锁存器分别与HDMI接口和引脚插槽模块连接。该接入代理扩展板通过多个HDMI接口分别与不同的泛在对象扩展板连接，进而实现连接多个泛在对象，对每个泛在对象实现独立的接入与控制。

所述的边缘服务器，提供泛在对象注册、泛在对象驱动认证发布、数据存储和计算的功能。其包括泛在对象元数据库、驱动库、调度方案库、泛在对象注册模块、驱动管理模块、调度方案管理模块和通信模块。其中，泛在对象元数据库用于存储泛在对象的生成商名、全局地址、驱动ID等元数据，驱动库用于存储泛在对象的驱动，该驱动用于封装对泛在对象的操作，调度方案库用于存储驱动的执行方案，泛在对象注册模块用于将泛在对象元数据存储在泛在对象元数据库中，驱动管理模块负责将驱动存储到驱动库中并为接入代理扩展板提供下载驱动的功能，调度方案管理模块负责泛在对象的调度方案的生成与存储，通信模块可被泛在对象注册模块、驱动管理模块和调度方案管理模块调用，用于与接入代理板通信或人机交互。

进一步地，所述的地址编码模块采用BL24C02P的EEPROM芯片，通过I2C协议与接入代理板通信，为泛在对象存储一个128位的地址，泛在对象通过该地址关联到对应的驱动。

进一步地，所述的MCU主模块层包括主调度模块、驱动库、调度方案库、地址读写模块、插入移除处理模块和通信模块。其中，主调度模块负责对其他模块进行调度，驱动库用于存储泛在对象的驱动，调度方案库用于存储驱动的执行方案，主调度模块根据调度方案库对驱动进行调度。地址读写模块用于读写泛在对象板上的地址存储模块，插入移除处理模块用于处理泛在对象扩展板在接入代理扩展板上插入与移除的事件，通信模块可以被主调度模块调用，用于与泛在对象通信或与边缘服务器通信。

本发明的第二个目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种泛在对象即插即用的第三方接入方法，包括第三方开发者预接入方法和第三方用户使用方法，其中，所述的第三方开发者预接入方法是第三方用户使用方法的前置方法，用于开发泛在对象驱动和连接泛在对象与泛在对象扩展板，

所述的第三方开发者预接入方法，包括以下步骤：

S1、连接泛在对象的信号线到泛在对象扩展板的电平转换模块，将泛在对象扩展板插入接入代理扩展板；

S2、随机生成128为的泛在对象临时地址，并通过接入代理板中地址读写模块，将临时地址写入到泛在对象扩展板中地址编码模块；

S3、通过边缘服务器中泛在对象注册模块，将步骤S1中泛在对象的唯一泛在对象名、设备别称、厂商名称、泛在对象临时地址等元数据存储在泛在对象元数据库中；

S4、泛在对象注册模块判断统一接入系统中是否已存在步骤S3中临时地址，若存在则跳转步骤S2，否则发布步骤S3中临时地址为永久地址；

S6、通过对象接入板中底层模块接口，编辑编译泛在对象驱动；

S7、上传驱动到平台通过永久地址进行关联。

所述的第三方用户使用方法，包括以下步骤：

U1、接入代理板上电；

U2、配置网络参数，接入代理板中主调度模块调用通信模块接入网络；

U3、将所需的已连接泛在对象的泛在对象扩展板插入到已连接接入代理板的接入代理扩展板上；

U4、接入代理板执行即插即用中插入处理流程；

U5、从接入代理扩展板上移除泛在对象扩展板；

U6、接入代理板执行即插即用中移除处理流程。

进一步地，所述的步骤U4中即插即用中插入处理流程包括如下子步骤：

I1、接入代理板检测到插入事件，主调度模块调用插入移除处理模块处理该插入事件，插入移除处理模块调用地址读写模块读取泛在对象的地址；

I2、根据步骤I1检测出的地址，对象接入代理板查询该地址对应的驱动；

I3、如果接入代理板本地已缓存该驱动则直接加载，否则向边缘服务器发起下载驱动的请求；

I4、如果下载的驱动配置文件中的执行模式为“待接用户调用”，则等待用户调用指令；如果执行模式为“周期性执行”，则向边缘服务器发起获取调度方案的请求，边缘服务器接收到接入代理板请求后，会根据用户配置的驱动执行周期、偏好、最大延迟时间等参数，生成调度方案。接入代理板接收到边缘服务器生成的调度方案后，将其保存在接入代理板的调度方案库中。

I5、在“待接用户调用”执行模式下，当用户发起调用执行，则执行该驱动一次；在“周期性执行”执行模式下，当获取到执行计划，则根据执行计划执行该驱动。

进一步地，所述的步骤U6中即插即用中移除处理流程包括如下子步骤：

O1、接入代理板检测到该移除事件，主调度模块调用插入移除处理模块处理该移除事件；

O2、插入移除处理模块调用驱动中移除处理函数，移除处理函数负责释放所述驱动执行时占用的资源；

O3、如果该驱动配置文件中的执行模式为“待接用户调用”，则等待用户调用指令；如果执行模式为“周期性执行”，则向边缘服务器发起获取调度方案的请求；

O4、接入代理板接收到边缘服务器生成的调度方案后，将调度方案存储到调度方案库中；

O5、在“待接用户调用”执行模式下，当用户发起调用执行，则执行该驱动一次；在“周期性执行”执行模式下，当获取到执行计划，则根据执行计划执行该驱动。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

1、通过设计泛在对象扩展板与接入代理扩展板，解耦了泛在对象与接入代理板关系。对于第三方开发者开发者而言，无需关心接入代理板的实现，只需将泛在对象的信号线连接到泛在对象拓展板的相应电平转换模块上。

2、通过为设计接入代理扩展板中底层模块和主调度模块，简化了第三方开发者工作只需开发对应驱动。

3、通过泛在对象的注册与发布，将开发者工作实现复用，简化第三方用户工作，无需重复开发。

4、接入代理板采用MCU实现，价格低廉、体积小巧适用于物联网广泛的部署。

附图说明

图1是本发明公开的即插即用的统一接入系统的功能模块图；

图2是本发明中泛在对象扩展板、接入代理板和接入代理扩展板的逻辑图；

图3是本发明中泛在对象扩展板与泛在对象关系图，给出泛在对象扩展板的内部组件；

图4是本发明中泛在对象扩展板中用于标记地址的存储芯片的引脚接线图；

图5是本发明中泛在对象扩展板中HDMI引脚图；

图6是本发明中泛在对象扩展板中RS485电平转换的示例图；

图7是本发明中接入代理扩展板中一组HDMI接口图；

图8是本发明中接入代理扩展板中引脚插槽图；

图9是本发明中接入代理扩展板中锁存器图；

图10是本发明中接入代理板中软件模块架构图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

由于传统的即插即用接入方案适用于资源丰富的主设备，不适用于物联网中资源受限的主设备。如以USB为代表的即插即用接入方案侧重于性能，而非资源受限和低功耗的物联网场景。同时，在传统的物联网开发方法下，用户为了实现一个简单的应用，如采集环境中温度，需要完成电子电路、嵌入式设备和WEB系统开发工作。因此，本发明将物联网开发的工作，分为两个部分:平台工作和第三方工作。这种划分的思想是将与具体泛在对象无关的工作预先实现为平台工作，将需要第三方自定义的、无法预先实现的工作分配给第三方实现。

为了简化第三方工作，本发明将于具体泛在对象无关的工作预先实现为平台工作。平台工作包括接入系统的各组件的软件与硬件电路工作。因此，本实施例公开了一种泛在对象即插即用的统一接入系统，包括泛在对象扩展板、接入代理板、接入代理扩展板和边缘服务器。

泛在对象扩展板的目标是解决泛在对象缺乏地址标记和泛在对象总线协议电平各异的问题，通过增加地址编码模块解决缺乏地址标记问题，通过增加电平转换模块解决总线协议电平各异的问题。泛在对象扩展板的硬件电路包含地址编码模块、电平转换模块和HDMI接口。如图3所示，地址编码模块和电平转换模块分别与HDMI接口相连，电平转换模块通过信号线与泛在对象相连，HDMI接口用于与扩展板连接。

地址编码模块如图4所示，采用的是BL24C02P的EEPROM芯片。该芯片是为泛在对象存储一个128位的地址，泛在对象通过该地址关联到对应的驱动。

HDMI接口如图5所示，总共有19个引脚。引脚19用于控制BL24C02P芯片供电。引脚17和引脚18用于读取泛在对象地址时的以I2C协议通讯，其中引脚17为数据引脚，引脚18为时钟引脚。引脚1用于接地。引脚13用于检测泛在对象扩展板插入，当没有泛在对象插入扩展板时，处于低电平状态；当设备插入时，产生上升沿，触发中断处理。中断处理程序会控制BL24C02P芯片的供电，并完成泛在对象地址识别。为了降低泛在对象板的能耗，仅在泛在对象地址识别阶段对识别芯片进行供电，完成识别识别后断开芯片的供电。

在图6中，给出了一个电平转换模块示例。具体给出了一个RS485电平转换的示例，使用了SP3485芯片，实现了将温控器中RS485协议转换为NodeMcu中RS422协议。泛在对象信号线引脚经过电平转换后，接入到图5中HDMI引脚上。对于不同互联总线协议的泛在对象，需将信号线分配到对应的HDMI引脚。如，使用ADC总线协议通讯的泛在对象(光敏电阻、热敏电阻、压敏电阻等)可以连接到引脚2，使用I2C总线通讯协议的泛在对象可以连接到意引脚(除2号引脚)；使用SPI总线通讯协议的泛在对象可以连接到引脚3,4,5；使用UART总线通讯协议的泛在对象可以连接到引脚6和8。

接入代理扩展板，用于解耦接入代理板的引脚与泛在对象信号线的关系，实现接入代理板引脚复用，其硬件电路包括多个HDMI接口、锁存器和引脚插槽模块，如图2所示，接入代理板扩展板拥有4个HDMI接口，每一个HDMI接口可实现与一个泛在对象板连接。在图7中，给出4个HDMI接口的引脚接线图。如图2所示，引脚插槽模块用于连接接入代理板。在图8中，给出了引脚插槽模块接线图。锁存器用于实现接入代理板的引脚复用，锁存器分别与HDMI接口和引脚插槽模块连接。在图9中，给出了锁存器接线图。接入代理板引脚上引脚D8与锁存器中引脚LE相连，负责为锁存器提供锁存信号。接入代理板引脚D0至D7分别连接锁存器上引脚D1至D8，用于数据输入。锁存器的Q1至Q8引脚用于锁存输出，连接图7中HDMI接口。当接入代理板引脚上引脚D8为高电平时，Q1至Q8的输出状态与接入代理板引脚上D0至D7的输出状态相同；当接入代理板引脚上引脚D8为低电平时，Q1至Q8的输出状态存储为上一次对象接入控制板引脚上D0至D7的输出状态。

接入代理板，用于代理泛在对象的网络接入功能，并通过电气接口控制泛在对象。在本实例中，本发明采用NodeMcu实现接入代理板。NodeMcu的优点在于低功耗、体积小、价格低廉、板载Wi-Fi模块。

接入代理板的运行软件自下而上分为本地库层、底层模块层和MCU主模块层。图10给出了对象接入识别板中软件模块架构。MCU本地库为上层模块封装了MCU硬件模块操作，对上层屏蔽了硬件的细节。本地库是MCU上固件或者实时操作系统中提供的功能函数。如nodemcu的本地库基于Espressif Non-OS SDK，提供了定时器、休眠、wifi、数模转换、uart、spi等函数接口。底层模块基于本地库为驱动提供运行环境。底层模块在不同平台的MCU环境下对上层程序暴露相同的函数接口。与java虚拟机类似，通过本地库可以实现上层程序的跨平台。MCU主模块基于跨平台的底层模块，承担泛在对象即插即用的主体工作，主调度模块、驱动库、调度方案库、地址读写模块、插入移除处理模块和通信模块。其中插入移除检测模块用于检测泛在对象插入移除事件并做出相应处理，泛在对象地址识别模块用于通过I2C协议识别泛在对象地址。网络通信模块复杂与边缘服务器或者网关路由通信，实现MCU与互联网连接。驱动库用于存储泛在对象的驱动，调度方案库用于存储驱动的执行方案。

第三方开发者在边缘服务器平台上注册泛在对象信息时，平台会判断地址是否已被使用。如果地址未被使用，用户则可持有该地址，并将地址与泛在对象信息进行绑定。完成地址与对象信息绑定后，需要存储泛在对象的驱动以及对应的默认调度参数。最后平台需要存储第三方开发者上传的测试报告。

边缘服务器包括泛在对象元数据库、驱动库、调度方案库、泛在对象注册模块、驱动管理模块、调度方案管理模块和通信模块，其中，泛在对象元数据库用于存储泛在对象的生成商名、全局地址、驱动ID，驱动库用于存储泛在对象的驱动，该驱动用于封装对泛在对象的操作，调度方案库用于存储驱动的执行方案，泛在对象注册模块用于将泛在对象元数据存储在泛在对象元数据库中；驱动管理模块负责将驱动存储到驱动库中并为接入代理扩展板提供下载驱动的功能，执行saveDriver(String address,File[]drivers)函数，存储与该地址关联的驱动；调度方案管理模块负责泛在对象的调度方案的生成与存储，执行produceExePlan(Int[]driverIDs,Object config)函数，生成执行方案；执行saveDriverConfig(String driverName,JSONObject config)存储驱动的调度默认参数，此默认参数用于生成调度方案；通信模块可被泛在对象注册模块、驱动管理模块和调度方案管理模块调用，用于与接入代理板通信或人机交互。

实施例二

本实施例公开了一种基于泛在对象即插即用的统一接入系统的第三方接入方法。该第三方接入方法包括第三方开发者预接入方法和第三方用户使用方法，其中，第三方开发者预接入方法是第三方用户使用方法的前置方法，用于开发泛在对象驱动和连接泛在对象与泛在对象扩展板。

由于用户为了实现一个简单的应用，如采集环境中温度，需要掌握电子电路、嵌入式设备和WEB系统知识，在实施例一将物联网开发所需完成的工作分为平台工作和第三方工作。更进一步地，当前物联网开发者与用户的工作一般耦合得很严重，开发者的工作无法实现复用。因此，在本实施例中将第三方开发工作量划分为第三方开发者的工作量和第三方用户的工作量。在实施例一中各组件和模块的开发属于平台的工作量。为了实现第三方开发者接入工作得以复用，本发明基于实施例一的组件和模块，给出通过驱动的重复下载调用实现第三方开发者接入工作复用。第三方开发者预接入方法，包括以下步骤：

S1、连接泛在对象的信号线到泛在对象扩展板的电平转换模块，将泛在对象扩展板插入接入代理扩展板；

S2、随机生成128为的泛在对象临时地址，并通过接入代理板中地址读写模块，将临时地址写入到泛在对象扩展板中地址编码模块；

S3、通过边缘服务器中泛在对象注册模块，将步骤S1中泛在对象的唯一泛在对象名、设备别称、厂商名称、泛在对象临时地址存储在泛在对象元数据库中；

S4、泛在对象注册模块判断统一接入系统中是否已存在步骤S3中临时地址，若存在则跳转步骤S2，否则发布步骤S3中临时地址为永久地址；

S6、通过对象接入板中底层模块接口，编辑编译泛在对象驱动；

S7、上传驱动到平台通过永久地址进行关联；

第三方开发者实现了泛在对象的电路接入和驱动发布后，第三方用户在相同的场景下使用泛在对象时，无需重复开发控制程序。

第三方用户使用方法，包括以下步骤：

U1、接入代理板上电；

U2、配置网络参数，接入代理板中主调度模块调用通信模块接入网络；

U3、将所需的已连接泛在对象的泛在对象扩展板插入到已连接接入代理板的接入代理扩展板上；

U4、接入代理板执行即插即用中插入处理流程；

U5、从接入代理扩展板上移除泛在对象扩展板；

U6、接入代理板执行即插即用中移除处理流程。

其中，步骤U4中即插即用中插入处理流程包括如下子步骤：

I1、接入代理板检测到插入事件，主调度模块调用插入移除处理模块处理该插入事件，插入移除处理模块调用地址读写模块读取泛在对象的地址；

I2、根据步骤I1检测出的地址，对象接入代理板查询该地址对应的驱动；

I3、如果接入代理板本地已缓存该驱动则直接加载，否则向边缘服务器发起下载驱动的请求；

I4、如果下载的驱动配置文件中的执行模式为“待接用户调用”，则等待用户调用指令；如果执行模式为“周期性执行”，则向边缘服务器发起获取调度方案的请求，边缘服务器接收到接入代理板请求后，会根据用户配置的驱动执行周期、偏好、最大延迟时间，生成调度方案；接入代理板接收到边缘服务器生成的调度方案后，将其保存在接入代理板的调度方案库中；

I5、在“待接用户调用”执行模式下，当用户发起调用执行，则执行该驱动一次；在“周期性执行”执行模式下，当获取到执行计划，则根据执行计划执行该驱动。

其中，步骤U6中即插即用中移除处理流程包括如下子步骤：

O1、接入代理板检测到该移除事件，主调度模块调用插入移除处理模块处理该移除事件；

O2、插入移除处理模块调用驱动中移除处理函数，移除处理函数负责释放所述驱动执行时占用的资源；

O3、如果该驱动配置文件中的执行模式为“待接用户调用”，则等待用户调用指令；如果执行模式为“周期性执行”，则向边缘服务器发起获取调度方案的请求；

O4、接入代理板接收到边缘服务器生成的调度方案后，将调度方案存储到调度方案库中；

O5、在“待接用户调用”执行模式下，当用户发起调用执行，则执行该驱动一次；在“周期性执行”执行模式下，当获取到执行计划，则根据执行计划执行该驱动。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种泛在对象即插即用的统一接入系统，其特征在于，所述的接入系统包括泛在对象扩展板、接入代理板、接入代理扩展板和边缘服务器；

其中，所述的泛在对象扩展板，为泛在对象增加地址标记的功能，其硬件电路包含地址编码模块、电平转换模块和HDMI接口，所述的地址编码模块和电平转换模块分别与HDMI接口相连；所述的电平转换模块通过信号线与泛在对象相连；

所述的地址编码模块用于存储泛在对象的地址；所述的电平转换模块将不同泛在对象的总线互联协议中电平标准转换为对象接入板引脚支持的电平标准；所述的HDMI接口用于实现泛在对象扩展板与接入代理扩展板的连接；

所述的接入代理板，用于代理泛在对象的网络接入功能，并通过电气接口控制泛在对象，其硬件采用具有网络接入功能且支持多种总线互联协议的MCU实现，通过通信模块与边缘服务器进行网络连接；

所述的接入代理扩展板，用于解耦接入代理板的引脚与泛在对象信号线的关系，实现接入代理板引脚复用，其硬件电路包括多个HDMI接口、锁存器和引脚插槽模块，所述的HDMI接口用于与泛在对象扩展板连接，所述的锁存器用于实现接入代理板的引脚复用，所述的引脚插槽模块用于连接接入代理板，所述的锁存器分别与HDMI接口和引脚插槽模块连接；

所述的边缘服务器，提供泛在对象注册、泛在对象驱动认证发布、数据存储和计算的功能。

2.根据权利要求1所述的一种泛在对象即插即用的统一接入系统，其特征在于，所述的接入代理板的运行软件自下而上分为本地库层、底层模块层和MCU主模块层，其中，所述的本地库层为上层模块封装MCU硬件模块操作，为底层模块层屏蔽硬件的细节，所述的底层模块层在不同的MCU环境下为MCU主模块层提供相同的函数接口，支撑MCU主模块层的跨平台性，所述的MCU主模块层承担泛在对象即插即用的主体工作。

3.根据权利要求1所述的一种泛在对象即插即用的统一接入系统，其特征在于，所述的接入代理扩展板通过多个HDMI接口分别与不同的泛在对象扩展板连接，进而实现连接多个泛在对象，对每个泛在对象实现独立的接入与控制。

4.根据权利要求1所述的一种泛在对象即插即用的统一接入系统，其特征在于，所述的边缘服务器包括泛在对象元数据库、驱动库、调度方案库、泛在对象注册模块、驱动管理模块、调度方案管理模块和通信模块，其中，所述的泛在对象元数据库用于存储泛在对象的生成商名、全局地址、驱动ID，所述的驱动库用于存储泛在对象的驱动，该驱动用于封装对泛在对象的操作，所述的调度方案库用于存储驱动的执行方案，所述的泛在对象注册模块用于将泛在对象元数据存储在泛在对象元数据库中，所述的驱动管理模块负责将驱动存储到驱动库中并为接入代理扩展板提供下载驱动的功能，所述的调度方案管理模块负责泛在对象的调度方案的生成与存储，所述的通信模块可被泛在对象注册模块、驱动管理模块和调度方案管理模块调用，用于与接入代理板通信或人机交互。

5.根据权利要求1所述的一种泛在对象即插即用的统一接入系统，其特征在于，所述的地址编码模块采用BL24C02P的EEPROM芯片，通过I2C协议与接入代理板通信，为泛在对象存储一个128位的地址，泛在对象通过该地址关联到对应的驱动。

6.根据权利要求2所述的一种泛在对象即插即用的统一接入系统，其特征在于，所述的MCU主模块层包括主调度模块、驱动库、调度方案库、地址读写模块、插入移除处理模块和通信模块，其中，所述的主调度模块负责对其他模块进行调度，所述的驱动库用于存储泛在对象的驱动，所述的调度方案库用于存储驱动的执行方案，主调度模块根据调度方案库对驱动进行调度，所述的地址读写模块用于读写泛在对象板上的地址存储模块，所述的插入移除处理模块用于处理泛在对象扩展板在接入代理扩展板上插入与移除的事件，所述的通信模块可以被主调度模块调用，用于与泛在对象通信或与边缘服务器通信。

7.一种泛在对象即插即用的第三方接入方法，该第三方接入方法包括第三方开发者预接入方法和第三方用户使用方法，所述的第三方开发者预接入方法是第三方用户使用方法的前置方法，用于开发泛在对象驱动和连接泛在对象与泛在对象扩展板，其中，所述的第三方开发者预接入方法，包括以下步骤：

S1、连接泛在对象的信号线到泛在对象扩展板的电平转换模块，将泛在对象扩展板插入接入代理扩展板；

S2、随机生成128位 的泛在对象临时地址，并通过接入代理板中地址读写模块，将临时地址写入到泛在对象扩展板中地址编码模块；

S3、通过边缘服务器中泛在对象注册模块，将步骤S1中泛在对象的唯一泛在对象名、设备别称、厂商名称、泛在对象临时地址存储在泛在对象元数据库中；

S4、泛在对象注册模块判断统一接入系统中是否已存在步骤S3中临时地址，若存在则跳转步骤S2，否则发布步骤S3中临时地址为永久地址；

S6、通过对象接入板中底层模块接口，编辑编译泛在对象驱动；

S7、上传驱动到平台通过永久地址进行关联；

所述的第三方用户使用方法，包括以下步骤：

U1、接入代理板上电；

U2、配置网络参数，接入代理板中主调度模块调用通信模块接入网络；

U3、将所需的已连接泛在对象的泛在对象扩展板插入到已连接接入代理板的接入代理扩展板上；

U4、接入代理板执行即插即用中插入处理流程；

U5、从接入代理扩展板上移除泛在对象扩展板；

U6、接入代理板执行即插即用中移除处理流程。

8.根据权利要求7所述的一种泛在对象即插即用的第三方接入方法，其特征在于，所述的步骤U4中即插即用中插入处理流程包括如下子步骤：

I1、接入代理板检测到插入事件，主调度模块调用插入移除处理模块处理该插入事件，插入移除处理模块调用地址读写模块读取泛在对象的地址；

I2、根据步骤I1检测出的地址，对象接入代理板查询该地址对应的驱动；

I3、如果接入代理板本地已缓存该驱动则直接加载，否则向边缘服务器发起下载驱动的请求；

I4、如果下载的驱动配置文件中的执行模式为“待接用户调用”，则等待用户调用指令；如果执行模式为“周期性执行”，则向边缘服务器发起获取调度方案的请求，边缘服务器接收到接入代理板请求后，会根据用户配置的驱动执行周期、偏好、最大延迟时间，生成调度方案；接入代理板接收到边缘服务器生成的调度方案后，将其保存在接入代理板的调度方案库中；

I5、在“待接用户调用”执行模式下，当用户发起调用执行，则执行该驱动一次；在“周期性执行”执行模式下，当获取到执行计划，则根据执行计划执行该驱动。

9.根据权利要求7所述的一种泛在对象即插即用的第三方接入方法，其特征在于，所述的步骤U6中即插即用中移除处理流程包括如下子步骤：

O1、接入代理板检测到该移除事件，主调度模块调用插入移除处理模块处理该移除事件；

O2、插入移除处理模块调用驱动中移除处理函数，移除处理函数负责释放所述驱动执行时占用的资源；

O3、如果该驱动配置文件中的执行模式为“待接用户调用”，则等待用户调用指令；如果执行模式为“周期性执行”，则向边缘服务器发起获取调度方案的请求；

O4、接入代理板接收到边缘服务器生成的调度方案后，将调度方案存储到调度方案库中；

O5、在“待接用户调用”执行模式下，当用户发起调用执行，则执行该驱动一次；在“周期性执行”执行模式下，当获取到执行计划，则根据执行计划执行该驱动。

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