CN110972096A - 一种通信协议可配置的物联网数据采集软件及设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种通信协议可配置的物联网数据采集软件及设计方法，本数据采集软件包括，通信协议配置模块、数据解析模块、数据采集模块，通信协议配置模块能够根据传感设备采集参数需求配置数据采集通信命令，完成传感器数据采集的定制；数据解析模块能够对传感设备返回的原始信息数据进行处理，将原始信息数据转换为十进制数据；数据采集模块包括了传感设备通信单元、传感设备信息单元、数据管理软件交互单元。本发明的设计方法使物联网数据采集软件具有可配置性、易操作性、可维护性，能够有效解决因通信协议多样化和物联网应用需求不断更新，导致数据采集软件开发效率低、开发成本高的问题，对物联网软件的发展具有促进作用。
Description
技术领域
本发明涉及一种通信协议可配置的物联网数据采集软件及设计方法。
背景技术
物联网已经上升为各国国家战略，使得物联网蓬勃发展，物联网的发展促使了传感设备的多样化发展。数据采集是物联网数据获取的基础，当前，物联网数据采集的方式是物联网软件按照特定的传感设备通信协议进行定制化的开发，实现了传感数据的自动获取和传输，并且高效可靠的处理、分析物联网传感数据。
随着物联网应用需求不断更新，传感设备种类不断增多，同时传感设备的通信协议也变得多种多样，目前，物联网传感设备没有统一标准的通信协议，每个设备制造厂家自成一体，更换传感设备后，软件开发者需要通过传感设备说明书重新开发数据采集软件，使得当前物联网软件数据采集设计方法，开发效率低，软件编程工作量大，研发成本高。在一定程度上阻碍了物联网发展的进程。有鉴于此，通过对上述问题及现有技术中的瓶颈深入研究，遂有本案产生。
发明内容
为了解决上述技术中存在的问题，本发明提供了一种通信协议可配置的物联网数据采集软件及设计方法，能够适应不断变化的物联网需求和各种各样的传感设备通信协议，使得物联网数据采集软件可配置性强、适用范围广、开发效率高，满足物联网的快速发展。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明的方法的具体实现如下。
一种通信协议可配置的物联网数据采集软件及设计方法包括通信协议配置模块、数据解析模块、数据采集模块，以实现物联网数据采集软件的可配置化和高效开发；通信协议配置模块，根据传感设备采集参数需求配置数据采集通信命令，完成传感器数据采集的配置，可以实现数据采集通信命令的添加、删除、修改，能够实现数据采集通信命令以XML文件形式存储；数据解析模块，根据传感数据解析逻辑，能够将传感设备原始信息数据转化解析为日常使用的十进制数字，数据解析的方法能够增加、删除和修改；数据采集模块提供了与传感设备的通信接口，能够实现计算机与传感设备的通信，提供了传感设备信息文件，能够实现传感设备的管理，并能够实现与上层数据管理软件信息通信。
数据采集通信命令包括数据采集命令和数据采集结果，按照传感设备通信协议说明书配置对应数据采集通信命令。
数据采集命令包括前置命令码、命令码、校验码、结束符。前置命令码包括命令起始符、设备地址。命令码提供了获取传感设备参数数据的指令码。数据信息在媒介传输过程中存在因干扰产生错误的现场，校验码对数据采集命令的正确性进行验证，校验码包括校验起始字节、校验结束字节、校验方式；校验起始字节和校验结束字节能够确定数据采集命令中进行校验计算的开始位置和结束位置，从而确定校验计算的内容；校验方式是对校验计算的方法，包括加和校验、CRC校验、BCC异或校验等，每一种校验方式对应一个校验函数，开发者能够增加新的校验函数动态扩展新的校验方式。结束符标识数据采集命令的结束标志。
数据采集结果包括前置命令码、数据体解析、校验码、结束符。前置命令码包括命令起始符、设备地址；数据体解析包含能够将传感器数据体部分从传感设备返回的原始信息数据中分离出，并传感器数据体按照规则转换为日常用的十进制数值；校验码对数据采集结果通信过程是否正确进行验证，包括校验起始字节、校验结束字节、校验方式，校验方式包括加和校验、CRC校验、BCC异或校验等，开发者能够动态扩展校验方式；结束符标识数据采集结果的结束标志。
传感设备能够测量一个或多个传感器参数，数据体解析能够将数据采集结果进行分割解析，转换为每个传感器参数的数据，分为规则解析和非规则解析；规则解析是多个传感器的数据解析方式相同，通过统一处理的方式对传感设备的一个或多个传感器数据统一解析，包括起始字节、字节数、数据量、间隔符、解析方式；非规则解析能够对传感设备的每个参数数据独立解析，包括起始字节、字节数、解析方式；规则解析和非规则解析的解析方式包括字符串转换、单精度浮点数转换、十进制数转换等方式，每一种解析方式对应一个解析函数，开发者能够增加新的解析函数动态扩展新的解析方式。
数据采集模块包括传感设备通信单元、传感设备信息单元、数据管理软件交互单元；传感设备通信单元能够进行计算机与传感设备通信接口的初始化，通信接口包括串行通信接口、网络通信接口、USB通信接口、GPIB通信接口等，通信接口的种类和数量能够根据需求动态扩展；传感设备信息单元实现了传感设备信息的管理，包括属性信息和采集参数信息，能够添加各种类型的传感设备，形成传感设备信息文件，并能够对传感设备文件进行修改；数据管理软件交互单元提供与上层数据管理软件通信的接口，接收数据管理软件传输的信息，并能够将采集的传感器数据发送到数据管理软件。
本通信协议可配置的物联网数据采集软件采用通信协议可配置的物联网数据采集软件设计方法实现，通信协议可配置的物联网数据采集软件设计方法，包括以下几个步骤
（1）通信协议参数配置；
（2）传感设备参数配置；
（3）数据采集软件初始化；
（4）传感设备的数据采集；
（5）与数据管理软件的通信。
通信协议参数配置用于完成传感设备通信协议的配置，按照传感设备的需求，配置每种类型传感设备的数据采集命令和数据采集结果，并将数据采集命令和数据采集结果分别进行编号，将配置信息存储到通信协议配置文件中。
传感设备参数配置用于完成设备描述信息的配置，包括，传感设备属性信息、传感设备通信接口信息、传感器信息、数据采集命令编号、数据采集结果编号。其中，（1）传感设备属性信息用于传感设备的描述，包括传感设备名称、传感设备生产厂家、传感设备类型、拥有传感器数量和传感设备编号；（2）传感设备通信接口用于计算机与传感设备通信接口的描述，包括串行通信、网络通信、USB通信和GPIB通信等通信接口的参数信息；（3）传感器信息用于传感设备包含的传感器属性信息的描述，包括传感器名称、传感器单位、传感器内部相对编号和传感器总编号，传感器内部编号是传感器在传感设备所有传感器中的相对位置，与数据采集结果中的数据体解析关联，传感器总编号是对所有传感器设备的传感器进行编号，对所有传感器实现管理，实现与数据管理软件的关联；（4）数据采集命令编号用于关联通信协议配置文件中的数据采集命令通信协议，相同通信协议的传感设备的数据采集命令编号相同；（5）数据采集结果编号用于关联通信协议配置文件中的数据采集结果通信协议，通信协议相同的传感设备的数据采集结果编号相同。
数据采集软件初始化用于获取通信协议信息和传感设备信息，完成程序的初始化，
传感设备的数据采集是按照传感设备的通信协议通过计算机的I/O接口向传感设备发送数据采集命令，并接受和解析传感设备的数据采集结果。
与数据管理软件的通信是数据管理软件交互单元接收数据管理软件的逻辑指令和将采集的传感器数据传输到数据管理软件中。
通信协议可配置的物联网数据采集软件设计方法具有通用性，适用于各种传感设备数据采集的物联网数据采集软件的设计。
通信协议可配置的物联网数据采集软件设计方法对数据管理软件具有普适性，只需要数据管理软件按照数据管理软件交互单元提供的通信接口交互，即可实现对通信协议可配置的物联网数据采集软件的传感器数据采集。
数据采集软件及设计方法具有良好的通信协议配置性和扩展性，添加新通信协议的传感设备只需进行数据采集通信命令配置，无需编写软件代码；如果使用新的校验方式，只需增加新校验方法类，其他代码无需修改；如果使用新解析方式，只需在数据解析模块增加新解析方法类，其他代码无需修改。
数据采集软件及设计方法需要采集的传感设备数量或类型发生改变后，只需对设备信息文件进行修改，添加、删除和修改传感设备信息，无需修改程序代码，即可满足新的数据采集软件的需求；数据管理软件与传感设备具有无关性，数据管理软件只需根据传感设备信息文件获取相应的数据采集软件采集到的传感器数据。
附图说明
图1 数据采集软件整体结构图
图2 传感设备协议数据采集命令结构图
图3 传感设备协议数据采集结果结构图
图4 通信协议可配置的物联网数据采集软件设计方法的流程示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式详细说明本发明。
如图1所示，一种通信协议可配置的物联网数据采集软件及设计方法包括通信协议配置模块、数据解析模块、数据采集模块，以实现物联网数据采集软件的可配置化和高效开发；通信协议配置模块，根据传感设备采集参数需求配置数据采集通信命令，完成传感器数据采集的定制，可以实现数据采集通信命令的添加、删除、修改，能够实现数据采集通信命令以XML文件形式存储；数据解析模块，根据传感数据解析逻辑，能够将传感设备原始信息数据转化解析为十进制数字，数据解析的方法能够增加、删除和修改；数据采集模块提供了与传感设备的通信接口，能够实现计算机与传感设备的通信，提供了传感设备信息文件，能够实现传感设备的管理，并能够实现与上层数据管理软件信息通信。
数据采集通信命令包括数据采集命令和数据采集结果，按照传感设备通信协议说明书配置对应数据采集通信命令。
如图2所示，数据采集命令包括前置命令码、命令码、校验码、结束符，前置命令码包括命令起始符、设备地址；命令码提供了传感设备特定参数的指令码；校验码对数据采集命令通信过程是否正确进行验证，包括校验起始字节、校验结束字节、校验方式，校验方式包括加和校验、CRC校验、BCC异或校验，并能够动态扩展；结束符标识数据采集命令的结束。
如图3所示，数据采集结果包括前置命令码、数据体解析、校验码、结束符，前置命令码包括命令起始符、设备地址；数据体解析包含能够将传感器数据体部分从传感设备返回的原始信息数据中分离出，并将原始信息数据进行转换的规范；校验码对数据采集结果通信过程是否正确进行验证，包括校验起始字节、校验结束字节、校验方式，校验方式包括加和校验、CRC校验、BCC异或校验，并能够动态扩展；结束符标识数据采集结果的结束。
数据体解析分为规则解析和非规则解析；规则解析包括起始字节、字节数、数据量、间隔符、解析方式，能够对传感设备的一个或多个参数数据统一解析；非规则解析包括起始字节、字节数、解析方式，能够对传感设备的每个参数数据独立解析；解析方式包括字符串转换、单精度浮点数转换、十进制数转换，并具有扩展性。
数据采集模块包括传感设备通信单元、传感设备信息单元、数据管理软件交互单元；传感设备通信单元能够进行计算机与传感设备通信接口的初始化，通信接口包括串行通信接口、网络通信接口、USB通信接口、GPIB通信接口，通信接口能够动态扩展；传感设备信息单元实现了传感设备信息的管理，包括属性信息和采集参数信息，能够添加各种类型的传感设备，形成传感设备信息文件，并能够对传感设备文件进行修改；数据管理软件交互单元提供与上层数据管理软件通信的接口，接收数据管理软件传输的信息，并能够将采集的传感器数据发送到数据管理软件。
如图4所示，通信协议可配置的物联网数据采集软件设计方法，包括以下几个步骤
（1）通信协议参数配置；
（2）传感设备参数配置；
（3）数据采集软件初始化；
（4）传感设备的数据采集；
（5）与数据管理软件的通信。
通信协议参数配置用于完成传感设备通信协议的配置，按照传感设备的需求，配置每种类型传感设备的数据采集命令和数据采集结果，并将数据采集命令和数据采集结果分别进行编号，将配置信息存储到通信协议配置文件中。
传感设备参数配置用于完成设备描述信息的配置，包括，传感设备属性信息、传感设备通信接口信息、传感器信息、数据采集命令编号、数据采集结果编号。其中，（1）传感设备属性信息用于传感设备的描述，包括传感设备名称、传感设备生产厂家、传感设备类型、拥有传感器数量和传感设备编号；（2）传感设备通信接口用于计算机与传感设备通信接口的描述，包括串行通信、网络通信、USB通信和GPIB通信等通信接口的参数信息；（3）传感器信息用于传感设备包含的传感器属性信息的描述，包括传感器名称、传感器单位、传感器内部相对编号和传感器总编号，传感器内部编号是传感器在传感设备所有传感器中的相对位置，与数据采集结果中的数据体解析关联，传感器总编号是对所有传感器设备的传感器进行编号，对所有传感器实现管理，实现与数据管理软件的关联；（4）数据采集命令编号用于关联通信协议配置文件中的数据采集命令通信协议，相同通信协议的传感设备的数据采集命令编号相同；（5）数据采集结果编号用于关联通信协议配置文件中的数据采集结果通信协议，通信协议相同的传感设备的数据采集结果编号相同。
数据采集软件初始化用于获取通信协议信息和传感设备信息，完成程序的初始化，
传感设备的数据采集是按照传感设备的通信协议通过计算机的I/O接口向传感设备发送数据采集命令，并接受和解析传感设备的数据采集结果。
与数据管理软件的通信是数据管理软件交互单元接收数据管理软件的逻辑指令和将采集的传感器数据传输到数据管理软件中。
通信协议可配置的物联网数据采集软件设计方法具有通用性，适用于各种传感设备数据采集的物联网数据采集软件的设计。
通信协议可配置的物联网数据采集软件设计方法对数据管理软件具有普适性，只需要数据管理软件按照数据管理软件交互单元提供的通信接口交互，即可实现对通信协议可配置的物联网数据采集软件的传感器数据采集。
数据采集软件及设计方法具有良好的通信协议配置性和扩展性，添加新通信协议的传感设备只需进行数据采集通信命令配置，无需编写软件代码；如果使用新的校验方式，只需增加新校验方法类，其他代码无需修改；如果使用新解析方式，只需在数据解析模块增加新解析方法类，其他代码无需修改。
数据采集软件及设计方法需要采集的传感设备数量或类型发生改变后，只需对设备信息文件进行修改，添加、删除和修改传感设备信息，无需修改程序代码，即可满足新的数据采集软件的需求；数据管理软件与传感设备具有无关性，数据管理软件只需根据传感设备信息文件获取相应的数据采集软件采集到的传感器数据。
Claims (10)
1.一种通信协议可配置的物联网数据采集软件及设计方法，其特征在于：所述数据采集软件包括通信协议配置模块、数据解析模块、数据采集模块，以实现物联网数据采集软件的可配置化和高效开发；所述的
通信协议配置模块，根据传感设备采集参数需求配置数据采集通信命令，完成传感器数据采集的定制，可以实现数据采集通信命令的添加、删除、修改，能够实现数据采集通信命令以XML文件形式存储；
数据解析模块，根据传感数据解析逻辑，能够将传感设备原始信息数据转化解析为十进制数字，数据解析的方法能够增加、删除和修改；
数据采集模块提供了与传感设备的通信接口，能够实现计算机与传感设备的通信，提供了传感设备信息文件，能够实现传感设备的管理，并能够实现与上层数据管理软件信息通信。
2.根据权利要求1所述的一种通信协议可配置的物联网数据采集软件及设计方法，其特征在于：所述数据采集通信命令包括数据采集命令和数据采集结果，按照传感设备通信协议说明书配置相应数据采集通信命令；所述的
数据采集命令包括前置命令码、命令码、校验码、结束符，前置命令码包括命令起始符、设备地址，命令码提供了传感设备特定参数的指令码，校验码对数据采集命令通信过程是否正确进行验证，包括校验起始字节、校验结束字节、校验方式，校验方式包括加和校验、CRC校验、BCC异或校验，并能够动态扩展，结束符标识数据采集命令的结束标志；
数据采集结果包括前置命令码、数据体解析、校验码、结束符，前置命令码包括命令起始符、设备地址，数据体解析包含能够将传感器数据体部分从传感设备返回的原始信息数据中分离出，并将原始信息数据进行转换的规范，校验码对数据采集结果通信过程是否正确进行验证，包括校验起始字节、校验结束字节、校验方式，校验方式包括加和校验、CRC校验、BCC异或校验，并能够动态扩展，结束符标识数据采集结果的结束标志。
3.根据权利要求1和2所述的一种通信协议可配置的物联网数据采集软件及设计方法，其特征在于：所述数据体解析分为规则解析和非规则解析；规则解析包括起始字节、字节数、数据量、间隔符、解析方式，能够对传感设备的一个或多个参数数据统一解析；非规则解析包括起始字节、字节数、解析方式，能够对传感设备的每个参数数据独立解析；解析方式包括字符串转换、单精度浮点数转换、十进制数转换，并具有扩展性。
4.根据权利要求1所述的一种通信协议可配置的物联网数据采集软件及设计方法，其特征在于：所述数据采集模块包括传感设备通信单元、传感设备信息单元、数据管理软件交互单元；传感设备通信单元能够进行计算机与传感设备通信接口的初始化，通信接口包括串行通信接口、网络通信接口、USB通信接口、GPIB通信接口，通信接口能够动态扩展；传感设备信息单元实现了传感设备信息的管理，包括属性信息和采集参数信息，能够添加各种类型的传感设备，形成传感设备信息文件，并能够对传感设备文件进行修改；数据管理软件交互单元提供与上层数据管理软件通信的接口，接收数据管理软件传输的信息，并能够将采集的传感器数据发送到数据管理软件。
5.通信协议可配置的物联网数据采集软件设计方法，其特征在于，包括以下几个步骤：
（1）通信协议参数配置；
（2）传感设备参数配置；
（3）数据采集软件初始化；
（4）传感设备的数据采集；
（5）与数据管理软件的通信。
6.根据权利要求5所述的通信协议可配置的物联网数据采集软件设计方法，其特征在于：所述的通信协议参数配置用于完成传感设备通信协议的配置，按照传感设备的需求，配置每种类型传感设备的数据采集命令和数据采集结果，并将数据采集命令和数据采集结果分别进行编号，将配置信息存储到通信协议配置文件中。
7.根据权利要求5所述的通信协议可配置的物联网数据采集软件设计方法，其特征在于：所述的传感设备参数配置用于完成设备描述信息的配置，包括，传感设备属性信息、传感设备通信接口信息、传感器信息、数据采集命令编号、数据采集结果编号，其中，（1）传感设备属性信息用于传感设备的描述，包括传感设备名称、传感设备生产厂家、传感设备类型、拥有传感器数量和传感设备编号；（2）传感设备通信接口用于计算机与传感设备通信接口的描述，包括串行通信、网络通信、USB通信和GPIB通信等通信接口的参数信息；（3）传感器信息用于传感设备包含的传感器属性信息的描述，包括传感器名称、传感器单位、传感器内部相对编号和传感器总编号，传感器内部编号是传感器在传感设备所有传感器中的相对位置，与数据采集结果中的数据体解析关联，传感器总编号是对所有传感器设备的传感器进行编号，对所有传感器实现管理，实现与数据管理软件的关联；（4）数据采集命令编号用于关联通信协议配置文件中的数据采集命令通信协议，相同通信协议的传感设备的数据采集命令编号相同；（5）数据采集结果编号用于关联通信协议配置文件中的数据采集结果通信协议，通信协议相同的传感设备的数据采集结果编号相同。
8.根据权利要求5所述的通信协议可配置的物联网数据采集软件设计方法，其特征在于：所述的数据采集软件初始化用于获取通信协议信息和传感设备信息，完成程序的初始化；所述的传感设备的数据采集是按照传感设备的通信协议通过计算机的I/O接口向传感设备发送数据采集命令，并接受和解析传感设备的数据采集结果；所述的与数据管理软件的通信是数据管理软件交互单元接收数据管理软件的逻辑指令和将采集的传感器数据传输到数据管理软件中；所述的通信协议可配置的物联网数据采集软件设计方法具有通用性，适用于各种传感设备数据采集的物联网数据采集软件的设计；所述的通信协议可配置的物联网数据采集软件设计方法对数据管理软件具有普适性，只需要数据管理软件按照数据管理软件交互单元提供的通信接口交互，即可实现对通信协议可配置的物联网数据采集软件的传感器数据采集。
9.根据权利要求1和5所述的一种通信协议可配置的物联网数据采集软件及设计方法，其特征在于：所述数据采集软件及设计方法具有良好的通信协议配置性和扩展性，添加新通信协议的传感设备只需进行数据采集通信命令配置，无需编写软件代码；如果使用新的校验方式，只需增加新校验方法类，其他代码无需修改；如果使用新解析方式，只需在数据解析模块增加新解析方法类，其他代码无需修改。
10.根据权利要求1所述的一种通信协议可配置的物联网数据采集软件及设计方法，其特征在于：所述数据采集软件及设计方法需要采集的传感设备数量或类型发生改变后，只需对设备信息文件进行修改，添加、删除和修改传感设备信息，无需修改程序代码，即可满足新的数据采集软件的需求；数据管理软件与传感设备具有无关性，数据管理软件只需根据传感设备信息文件获取相应的数据采集软件采集到的传感器数据。
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2019
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