CN110658752A - 一种应用于远程云监控的数据采集系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于云监控的数据采集技术领域，具体涉及一种应用于远程云监控的数据采集系统。本发明公开了一种应用于远程云监控的数据采集系统，包括CPU模块，与CPU模块相连的RTC实时时钟、WatchDog看门狗、LED指示灯，以及多种类型的信号采集和通信模块：串口通信模块、以太网通信模块、LTE‑4G无线通信模块、LORA无线通信模块、4~20mA信号采集模块。各种信号采集和通信模块与现场设备的通信或数据接口连接，CPU模块通过通信程序或AD采样程序完成现场设备运行数据的采集、计算和汇总，通过云端通信程序将数据送至云端服务器。

Description

一种应用于远程云监控的数据采集系统

技术领域

本发明属于云监控的数据采集技术领域，具体涉及一种应用于远程云监控的数据采集系统。

背景技术

目前，传统电力等工业领域数据采集和监控SCADA系统都基于局域网、就地监控的方式实现，数据采集装置仅限于应用在局域网环境，通信方式和通信规约相对简单。SCADA系统的计算机、服务器以及数据采集装置的安装位置一般固定集中在控制室内，通信电缆的布线施工工作量大，系统配置和调试复杂，系统整体成本较高。

对于分布式新能源电站、配电房监控、工商业能耗数据采集项目，需要监控的对象地理位置分散，单个监控点数据信息量相对较少，监控系统整体投资有限，传统就地监控SCADA系统很难满足需要。近几年，随着互联网和云计算技术的快速发展，基于云服务器、LTE-4G和Internet通信技术的云监控系统，具备施工部署简单，扩展性强，初始投资低等优点，能够很好的满足此类用户对现场设备的数据采集和监控需求。

为满足以上问题，需要一种新型的智能通信装置，满足Internet数据传输的要求，实现现场设备的数据采集、汇总和上送功能，具备多种类型的通信和数据采集接口，采用有线、无线相结合的多种通信方式，同时具有调试简单、安装接线方便、体积小型化、硬件低成本的特点。

发明内容

针对上述背景技术所提出的问题，本发明的目的是：旨在提供一种应用于远程云监控的数据采集系统。为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：

一种应用于远程云监控的数据采集系统，其特征在于：包括CPU模块，与CPU模块相连的RTC实时时钟、WatchDog看门狗、LED指示灯，以及与CPU模块相连的LTE-4G无线通信模块、串口通信模块、以太网通信模块、LORA无线通信模块、4～20mA信号采集模块。

所述CPU模块由CPU、RAM内存、FLASH存储组成，运行所有软件程序；

所述RTC实时时钟向CPU模块提供日期和时间信息；

所述WatcnDog看门狗提供异常复位功能，当软硬件运行异常时WatcnDog看门狗启动复位电路，使装置重新启动从而恢复正常运行；

所述LED指示灯指示CPU模块及各通信模块的工作状态；

所述LTE-4G网络通信模块完成装置与云监控系统的通信功能；

所述串口通信模块完成使用串口通信方式的现场设备的数据接入，及串口方式的数据转出；

所述以太网通信模块完成使用以太网通信方式的现场设备的数据接入，及以太网方式的数据转出；

所述LORA无线通信模块完成使用LORA无线通信方式的现场设备的数据接入；

所述4～20mA信号采集模块完成使用4～20mA信号方式的现场设备的信号采集。

作为本发明发的一种优选方案，所述装置使用配置文件的方式对每个通信接口的通道类型、使用的通信规约程序、接入或转出数据信息内容进行配置。通信接口的通道类型既能配置为数据接入通道，也能配置为数据转出通道；通信接口使用的通信规约程序按照现场设备的规约情况选择配置；通信接口接入或转出的数据信息内容按照现象设备的数量及数据信息情况配置，或者按照要求选择需要的数据信息内容对外转出。

作为本发明发的一种优选方案，所述装置具备远程调试功能，包括在云监控系统上完成装置的远程重启，远程更新程序及召唤程序版本信息，远程下载更新和召唤查看配置文件信息，远程调试规约程序。

作为本发明发的一种优选方案，所述装置向云服务器上送数据时采用变化上送和周期上送相结合的方式。每个数据点变化上送的阈值可根据需要设定，数据点采样值的变化量超过设定值时，装置才会主动上送该数据点的最新值。同时，装置会定时周期性的向云监控系统上送全部数据点的值，周期上送的时间间隔可配置。

作为本发明的一种优选方案，所述装置具备二次开发接口，二次开发接口提供一套访问装置内数据点的读、写编程接口。基于二次开发接口，能够开发数据计算、分析或控制逻辑的软件程序，可利用采集数据的实时值，实现现场设备的运行状态分析及对现场设备的实时控制等功能。

作为本发明的一种优选方案，所述装置具备WEB服务功能。通过WEB服务功能，现场维护或巡视人员将便携电脑用网线与装置连接，即可在电脑上通过浏览网页方式方便的查看装置接入和转出的数据信息。

一种应用于远程云监控的数据采集系统，包括以下步骤：

S1: 装置完成一次数据采集；

S2：判断数据周期上送的时间间隔是否到达，周期时间到达继续执行步骤3，否则跳过步骤3执行步骤4；

S3：周期时间到达，则缓存所有数据当前值，为下一次数据变化判断时使用；同时，将周期上送的计时器清零，并且主动向云服务器上送所有数据；跳过步骤4和步骤5，执行步骤6；

S4：周期时间未到达，则依次计算每个数据值的变化量，并判断数据变化量是否大于变化上送的阈值，大于阈值继续执行步骤5，否则跳过步骤5执行步骤6；

S5：数据变化量大于变化上送阈值，则缓存该数据的最新值，为下一次数据变化判断时使用，同时立刻主动向云服务器上送该数据的最新值；

S6：重复步骤1～步骤5，循环反复进行数据的采集和上送。

本发明的有益效果：

1、装置采用工业级嵌入式实时处理器设计，具备硬件自检复位功能，可靠性高，能够在电磁干扰强、昼夜温差大的恶劣环境下稳定运行，正常工作；

2、装置能够通过LTE-4G通信模块，经各移动运营商网络实现云服务器的数据上送；对于具备局域网并且能够访问Internet的项目，也能够将装置的以太网接入局域网后实现云服务器的数据上送；

3、装置所有串口、以太网通信接口的接入/转出类型，通信规约程序，数据信息内容都可进行配置选择，应用灵活，可满足各类项目的需要；

4、装置具备远程配置和调试功能，专业技术人员能够远程完成装置所有的配置、调试工作，避免了专业技术人员的项目现场工作，降低了项目的实施工期和成本；

5、装置向云服务器上送数据时采用变化上送和周期上送相结合的方式，变化上送既保证数据发生变化时数据上送的及时性，又可避免数据没有变化时无效、重复数据的上送，节省数据流量及数据存储的开销。全部数据的周期上送，可避免由网络异常、数据包丢失等原因，导致云服务器端数据的长时间错误。

附图说明

本发明可以通过附图给出的非限定性实施例进一步说明；

图1为本发明硬件模块结构示意图；

图2为本发明软件模块结构示意图；

图3为数据上送流程示意图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员可以更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明技术方案进一步说明。

本发明公开了一种应用于远程云监控的数据采集系统，如图1所示，该装置包括CPU模块，RTC实时时钟，WatchDog看门狗，LED指示灯，LTE-4G无线通信模块，串口通信模块，以太网通信模块，LORA无线通信模块，4~20mA信号采集模块。

如图2所示，虚线框内为装置的软件功能示意图。装置使用前需要按照现场的需要对装置进行配置，配置内容包括：通信接口的数量和类型，通信参数，数据接入、转出程序的规约类型，各数据接入、转出程序相关的数据点信息，各数据点信息包含数据序号、类型、名称、转换系数、偏移值、变化阈值。装置的配置工作在云监控系统上完成，配置完成后在云服务器生成配置文件，配置文件包含上述的配置内容。装置的系统配置程序定时连接云服务器，查询自身对应的配置文件是否更新，发现云服务器的配置文件发生更新时，从云服务器下载新的配置文件，并将配置文件保存在装置内，装置的配置文件更新成功后，系统配置程序还会自动重启装置整个系统，使新的配置文件生效。

实时数据库是装置的核心软件模块，实时数据库程序启动时会解析装置的数据点配置信息，在RAM内存中创建全部数据点的集合，包含每个数据点的索引、类型、名称、实时值、刷新时间、转换系数、偏移值、变化阈值信息。同时，实时数据库程序提供数据点信息的读、写访问接口，给数据接入程序、数据转出程序、云端数据转出程序及二次开发接口程序使用。

数据接入程序与现场设备的进行通信，完成通信报文的接收、发送、报文数据点解析，根据数据的配置信息将接入的数据值写入实时数据库。数据转出程序包括云端数据转出程序，根据数据的配置信息从实时数据库读取数据值，组织打包通信报文，与其他系统和云监控系统进行通信，完成通信报文的接收、发送。

二次开发接口是在实时数据库数据读写接口基础上，进行封装的一套数据读写程序接口，实现数据点的快速索引，数据值的快速读取和写入，临时变量的创建和读写。基于二次开发接口，能够开发可在装置上独立运行的软件程序，实现数据计算、数据分析或逻辑控制功能，根据装置采集的实时数据，完成现场设备的运行状态分析，对现场设备进行自动控制、协同控制或集群控制等功能。二次开发接口，提供了扩展装置高级应用功能的一种手段，以满足更多项目的需求。

为满足装置体积小型化和工作于恶劣环境的目标，装置没有采用液晶屏显示的人机交互方式。为实现现场维护或巡视人员就近进行数据查看的需要，装置设计有嵌入式WEB服务程序，WEB服务程序能够从实时数据库读取数据值，并开发了数据展示网页显示数据信息。现场维护或巡视人员将便携电脑用网线与装置连接，即可在电脑上通过浏览网页方式方便的查看装置接入和转出的数据信息。

装置需要进行远程调试时调试人员通过云监控系统向装置下发远程调试命令，装置的远程管理程序定时向云服务器查询是否有下发给该装置的新命令，若有新命令下发则远程管理程序进行命令的接收和执行。远程管理程序能够接收、执行的命令包括远程重启、远程更新程序及召唤程序版本、远程更新及召唤配置、远程查看规约报文。

装置向云服务器上送数据时采用变化上送和周期上送相结合的方式，变化上方式为：对每个数据点设置一个变化阈值，若采集的数据新值与上次上送值之差的绝对值大于变化阈值，则装置主动将最数据新值立刻向云服务器发送；周期上方式为：不管是否发生变化，装置按照设定的时间间隔，主动将所有数据统一向云服务器发送。

本发明的工作原理如下：

CPU模块为装置的核心模块，由CPU单元、RAM内存、FLASH存储单元组成，负责执行装置所有软件程序。RTC实时时钟提供日期及时间的时钟信息，执行对时命令，完成自守时功能，装置掉电时时钟信息不丢失，保证采集数据的时间准确性。WatcnDog看门狗提供异常复位功能，装置软件定时向WatcnDog看门狗发送心跳信号，当装置软硬件故障导致软件无法发送心跳信号时，WatcnDog看门狗会启动复位电路，使装置重新启动从而恢复正常运行。装置具有多组LED指示灯，分别对应CPU模块及各通信模块的工作状态，CPU模块及各通信模块正常工作时为闪烁状态，异常时指示灯常亮或常灭，便于直观、方便地了解装置的运行状态。装置设计有LTE-4G网络通信模块，安装移动网络运营商的SIM卡后，能够通过4G网络完成装置与云监控系统的通信功能。装置的串口通信模块设计有4路串口通信通道，串口的通信参数包括波特率、数据位、校验位可以根据项目情况进行配置，串口通道完成串口通信方式的现场设备的数据接入，现场如有其他系统要求通过串口进行数据转出的情况，也能够通过串口通道完成。装置的以太网通信模块设计有2路RJ45接口的以太网通道，以太网口的IP地址、子网掩码、网关地址可以根据项目情况进行配置，以太网通道完成使用以太网通信方式的现场设备的数据接入，及以太网方式的数据转出。为适应更多现场设备的数据接入需要，装置设计有LORA无线通信模块，对于使用LORA无线通信方式的项目，可实现LORA无线通信的就地组网，完成一对多设备的数据接入。有些项目的传感器采用4~20mA信号方式进行数据输出，装置还设计有4~20mA信号采集模块，完成此类传感器的数据采集。

一般情况下，装置通过LTE-4G网络接入Internet，访问云监控系统的云服务器；对于有些项目，现场已部署了局域网并且能够访问Internet，也可将装置的以太网口接入现场局域网，实现云服务器的访问，装置两种接入Internet的方式可根据情况配置选择。装置可通过IP地址访问云服务器，也可通过域名方式访问云服务器，云服务器的IP地址和域名也可根据情况进行配置。

Claims (7)

1.一种应用于远程云监控的数据采集系统，其特征在于：包括CPU模块，与CPU模块相连的RTC实时时钟、WatchDog看门狗、LED指示灯，以及与CPU模块相连的LTE-4G无线通信模块、串口通信模块、以太网通信模块、LORA无线通信模块、4～20mA信号采集模块；

所述CPU模块由CPU、RAM内存、FLASH存储组成，运行所有软件程序；

所述RTC实时时钟向CPU模块提供日期和时间信息；

所述WatcnDog看门狗提供异常复位功能，当软硬件运行异常时WatcnDog看门狗启动复位电路，使装置重新启动从而恢复正常运行；

所述LED指示灯指示CPU模块及各通信模块的工作状态；

所述LTE-4G网络通信模块完成装置与云监控系统的通信功能；

所述串口通信模块完成使用串口通信方式的现场设备的数据接入，及串口方式的数据转出；

所述以太网通信模块完成使用以太网通信方式的现场设备的数据接入，及以太网方式的数据转出；

所述LORA无线通信模块完成使用LORA无线通信方式的现场设备的数据接入；

所述4～20mA信号采集模块完成使用4～20mA信号方式的现场设备的信号采集。

2.根据权利要求1所述的一种应用于远程云监控的数据采集系统，其特征在于：所述装置使用配置文件的方式对每个通信接口的通道类型、使用的通信规约程序、接入或转出数据信息内容进行配置；通信接口的通道类型既能配置为数据接入通道，也能配置为数据转出通道；通信接口使用的通信规约程序按照现场设备的规约情况选择配置；通信接口接入或转出的数据信息内容按照现象设备的数量及数据信息情况配置，或者按照要求选择需要的数据信息内容对外转出。

3.根据权利要求1所述的一种应用于远程云监控的数据采集系统，其特征在于：所述装置具备远程调试功能，包括在云监控系统上完成装置的远程重启，远程更新程序及召唤程序版本信息，远程下载更新和召唤查看配置文件信息，远程调试规约程序。

4.根据权利要求1所述的一种应用于远程云监控的数据采集系统，其特征在于：所述装置向云服务器上送数据时采用变化上送和周期上送相结合的方式；每个数据点变化上送的阈值可根据需要设定，数据点采样值的变化量超过设定值时，装置才会主动上送该数据点的最新值；同时，装置会定时周期性的向云监控系统上送全部数据点的值，周期上送的时间间隔可配置。

5.根据权利要求1所述的一种应用于远程云监控的数据采集系统，其特征在于：所述装置具备二次开发接口，二次开发接口提供一套访问装置内数据点的读、写编程接口；基于二次开发接口，能够开发数据计算、分析或控制逻辑的软件程序，可利用采集数据的实时值，实现现场设备的运行状态分析及对现场设备的实时控制等功能。

6.根据权利要求1所述的一种应用于远程云监控的数据采集系统，其特征在于：所述装置具备WEB服务功能；通过WEB服务功能，现场维护或巡视人员将便携电脑用网线与装置连接，即可在电脑上通过浏览网页方式方便的查看装置接入和转出的数据信息。

7.一种如权利要求1～6所述的一种应用于远程云监控的数据采集系统，其特征在于：包括以下步骤：

S1: 装置完成一次数据采集；

S2：判断数据周期上送的时间间隔是否到达，周期时间到达继续执行步骤3，否则跳过步骤3执行步骤4；

S3：周期时间到达，则缓存所有数据当前值，为下一次数据变化判断时使用；同时，将周期上送的计时器清零，并且主动向云服务器上送所有数据；跳过步骤4和步骤5，执行步骤6；

S4：周期时间未到达，则依次计算每个数据值的变化量，并判断数据变化量是否大于变化上送的阈值，大于阈值继续执行步骤5，否则跳过步骤5执行步骤6；

S5：数据变化量大于变化上送阈值，则缓存该数据的最新值，为下一次数据变化判断时使用，同时立刻主动向云服务器上送该数据的最新值；

S6：重复步骤1～步骤5，循环反复进行数据的采集和上送。

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