CN111698138B - 智能设备网关及其数据通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种智能设备网关及其数据通信方法，其中，智能设备网关包括与外界的中心控制平台数据连接的外部接口模块和设备接入模块；其中，在外部接口模块与设备接入模块之间设置有第一数据双向通道，在设备接入模块内设置有设备协议模块，设备接入模块通过设备协议模块与外界的子设备数据连接；并且，该智能设备网关还包括任务计划模块，在该任务计划模块与该外部接口模块之间设置有第二数据双向通道，在该任务计划模块与设备接入模块之间设置有第三数据双向通道。本发明提供的技术方案能解决传统的智慧城市平台中设备接入模块硬件资源效率低且控制逻辑较为固定的问题。

Description

智能设备网关及其数据通信方法

技术领域

本发明涉及数据传输技术领域，尤其涉及一种智能设备网关及其数据通信方法。

背景技术

随着信息技术的不断发展，城市信息化应用水平不断提升，智慧城市建设应运而生。建设智慧城市在实现城市可持续发展、引领信息技术应用、提升城市综合竞争力等方面具有重要意义。

当前在智慧城市发展的过程中，很多智慧楼宇的建设中主要面临设备种类多，协议各不相同，数据适配困难，接入新设备带来系统改动大，运营管理低效，楼宇内部各个系统相互独立，不仅管理操作复杂，而且各系统间的数据无分享，无法支撑大数据分析。此外，智慧城市平台的大部分设备数据信息需要主动查询，加剧宝贵的平台系统的资源消耗。

另外，现有智能控制策略简单，无法满足复杂场景智能控制需要，例如，传统的一些智慧城市平台均是通过设备控制器对子设备进行控制的，这是控制器对内部预设设定了固定模式的控制逻辑，比如，温度高于27度，打开空调；光照低于30，开灯。但是这种固定模式的控制逻辑无法满足现实需求，如，有时需要更改为光照越低，线性增加亮度则无法实现。

因此，基于以上技术问题，亟需一种能够提高智慧城市平台的运营效率且能够为智慧城市平台设定无固定控制逻辑的方法。

发明内容

本发明提供一种智能设备网关及其数据通信方法，其主要目的在于解决传统的智慧城市平台中设备接入模块硬件资源效率低且控制逻辑较为固定的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种智能设备网关，基于linux的嵌入式设备，包括与外界的中心控制平台数据连接的外部接口模块和设备接入模块；其中，

在所述外部接口模块与所述设备接入模块之间设置有第一数据双向通道，在所述设备接入模块内设置有设备协议模块，所述设备接入模块通过所述设备协议模块与外界的子设备数据连接；并且，

所述智能设备网关还包括任务计划模块，在所述任务计划模块与所述外部接口模块之间设置有第二数据双向通道，在所述任务计划模块与所述设备接入模块之间设置有第三数据双向通道。

此外，优选的方案是，所述设备协议模块至少包括Modbus协议模块和BACnet协议模块；其中，所述设备接入模块通过所述Modbus协议模块与外界的Modbus协议类子设备数据连接，所述设备接入模块通过所述BACnet协议模块与外界的BACnet协议类子设备数据连接。

此外，优选的方案是，所述外部接口模块包括Set函数调用接口、Get函数调用接口以及回调函数接口；其中，

所述Set函数调用接口用于所述中心控制平台通过所述智能设备网关对所述子设备进行写操作；所述Get函数调用接口用于所述中心控制平台通过所述智能设备网关对所述子设备进行读操作。

此外，优选的方案是，所述外部接口模块还包括回调函数接口；其中，

所述回调函数接口用于所述中心控制平台接收所述智能设备网关的数据上报信息。

此外，优选的方案是，所述智能设备网关配置有url信息，所述url信息包括ip地址信息、用户名以及安全密钥；其中，

所述安全密钥通过RSA非对称加密算法设定。

另一方面，本发明还提供一种数据通信方法，具体地，所述中心控制平台利用如上所述的智能设备网关与所述子设备进行数据通信，所述方法包括：

所述中心控制平台通过所述外部接口模块登录所述智能设备网关；

所述中心控制平台通过所述外部接口模块调用回调函数接口，并为所述回调函数接口的数据上报信息设定相应的控制逻辑脚本；

所述中心控制平台通过所述第二数据双向通道将所述控制逻辑脚本发送给所述任务计划模块；

所述任务计划模块通过所述设备接入模块配合所述第三数据双向通道对所述子设备的实时数据信息进行实时监控；

当所述实时数据信息满足所述任务计划模块内的控制逻辑脚本时，所述任务计划模块通过所述第二数据双向通道配合所述回调函数接口向所述中心控制平台发送数据上报信息。

此外，优选的方案是，所述中心控制平台通过所述外部接口模块调用Set函数调用接口，并为所述Set函数调用接口设定相应的写入信息；

所述Set函数调用接口通过所述第一数据双向通道调用所述设备接入模块，并发送所述写入信息；

所述设备接入模块通过所述写入信息选取相应的设备协议模块，并通过所述设备协议模块配合所述写入信息对所述子设备进行信息写入操作。

此外，优选的方案是，所述数据通信方法还包括：

所述中心控制平台通过所述外部接口模块调用Get函数调用接口，并设定相应的读取信息；

所述Get函数调用接口通过所述第一数据双向通道调用所述设备接入模块，并发送所述读取信息；

所述设备接入模块通过所述读取信息选取相应的设备协议模块，并通过所述设备协议模块配合所述读取信息读取所述子设备的相应实时数据信息；

所述设备接入模块通过所述第一数据双向通道将所述实时数据信息发送至所述外部接口模块；

所述外部接口模块将所述实时数据信息发送至所述中心控制平台。

此外，优选的方案是，当所述中心控制平台输入的登录信息与所述智能设备网关的url信息一致时，所述中心控制平台通过所述外部接口模块成功登录所述智能设备网关。

此外，优选的方案是所述智能设备网关至少包括设备网关A和设备网关B，当所述中心控制平台需要从所述设备网关A切换至所述设备网关B时，

将所述登录信息由所述设备网关A的url信息调整为所述设备网关B的url信息。

本发明提出的智能设备网关及其数据通信方法，通过在中心控制平台与各子设备之间设置智能设备网关，可以实现中心控制平台与子设备之间以及子设备与子设备之间的数据信息传递，能够显著提高智慧城市平台的运营效率；此外，通过在智能设备网关内设定任务计划模块，能够实现中心控制平台对控制逻辑脚本的调整，实现控制逻辑的无固定性，显著提高智慧城市平台信息交互的实用性；另外，通过配置设备协议模块等部件能够使平台接入新的协议设备更方便，平台系统修改小。

附图说明

图1为根据本发明实施例的智能设备网关的内部结构图；

图2为根据本发明实施例的数据通信方法中第二数据双向通道的数据交互流程图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。

以下将结合附图对本申请的具体实施例进行详细描述。

实施例1

为了说明本发明提供的智能设备网关的内部结构，图1示出了图1为根据本发明实施例的智能设备网关的具体内部结构。

由图1所示，本发明提供的智能设备网关，包括与外界的中心控制平台(一般至智慧城市平台)数据连接的外部接口模块和设备接入模块；其中，在外部接口模块与设备接入模块之间设置有第一数据双向通道，在设备接入模块内设置有设备协议模块，设备接入模块通过设备协议模块与外界的子设备数据连接。

具体地，外部接口模块用于中心控制平台登录智能网关，并实现两者之间的数据交换，设备接入模块用于与各个子设备进行数据交互，第二数据双向通道用于设备接入模块与外部接口模块之间的数据交互，从而实现中心控制平台与子设备之间的数据交互以及中心控制平台对子设备状态的调控。

此外，为实现中心控制平台对控制逻辑脚本的调整，实现控制逻辑脚本的无固定性，该智能设备网关还包括任务计划模块，在任务计划模块与该外部接口模块之间设置有第二数据双向通道，在该任务计划模块与设备接入模块之间设置有第三数据双向通道。在需要更改控制逻辑脚本时，只需操纵中心控制平台通过第二数据双向通道对任务计划模块内的控制逻辑脚本进行调整，然后即可使用新的控制逻辑脚本配合第三数据通道对子设备进行新的逻辑监测。

具体地，该设备协议模块至少包括Modbus协议模块和BACnet协议模块；其中，该设备接入模块通过该Modbus协议模块与外界的Modbus协议类子设备数据连接，该设备接入模块通过该BACnet协议模块与外界的BACnet协议类子设备数据连接。

需要说明的是，Modbus是一种串行通信协议，是Modicon公司于1979年为使用可编程逻辑控制器(PLC)通信而发表。Modbus已经成为工业领域通信协议的业界标准(Defacto)，并且现在是工业电子设备之间常用的连接方式。BACnet是用于智能建筑的通信协议，是国际标准化组织(ISO)、美国国家标准协会(ANSI)及美国采暖、制冷与空调工程师学会(ASHRAE)定义的通信协议。不同的子设备内定的通信协议是不同的，因此，需要在智能设备网关内根据子设备所需的通信协议设定不同的通信协议模块，从而实现中心控制平台与各子设备之间数据交互。

需要说明的是，可以根据实际需求设置更多类通信协议，比如RESP协议，RESP协议主要用于智能设备网关与摄像类子设备进行数据传输，如海康视频监控、大华视频监控以及宇视视频监控等等；再比如某些厂家的私有协议等等；通过这种设计可以增加智能设备网关的通讯协议广度，进而提高智能设备网关的使用性。

此外，优选的方案是，该外部接口模块包括Set函数调用接口、Get函数调用接口以及回调函数接口；其中，该Set函数调用接口用于该中心控制平台通过该智能设备网关对该子设备进行写操作，该Get函数调用接口用于该中心控制平台通过该智能设备网关对该子设备进行读操作，该回调函数接口用于中心控制平台接受该智能设备网关数据上报信息。

更为具体地，为实现中心控制平台与智能设备网关之间的匹配，该智能设备网关还配置有url信息，url信息包括ip地址信息、用户名以及安全密钥，在中心控制平台登录智能设备网关时，只有ip地址信息、用户名以及安全密钥完全匹配才能实现登录。需要说明的是，安全密钥还可以用于提升与智能设备网关的安全性能，其中，该安全密钥通过RSA非对称加密算法设定，非对称加密算法需要两个密钥来进行加密和解密，相比于传统的非对称加密算法来说，具有更强的加密效果，能够进一步提升智能设备网关的安全登录性能。

另一方面，为实现上述目的，本发明还提供一种数据通信方法，该方法主要用于中心控制平台利用如上述该的智能设备网关与该子设备进行数据通信，在该中心控制平台通过该外部接口模块登录该智能设备网关后，具体包括三个方面的数据通信过程包括：Set写入、Get读取以及控制逻辑监控。

具体地，Set写入过程为：该中心控制平台通过该外部接口模块调用该Set函数调用接口，并为Set函数调用接口设定相应的写入信息；该Set函数调用接口通过该第一数据双向通道调用该设备接入模块，并发送该写入信息；该设备接入模块通过该写入信息选取相应的设备协议模块，并通过该设备协议模块配合该写入信息对该子设备进行信息写入操作。

例如：用户通过中心控制平台对电表(一种子设备)充值后，为将电表的剩余额度写入电表，中心控制平台即可通过上述Set写入操作为电表设置新的数据信息。

具体地，Get读取的过程为：该中心控制平台通过该外部接口模块调用该Get函数调用接口，并设定相应的读取信息；该Get函数调用接口通过该第一数据双向通道调用该设备接入模块，并发送该读取信息；该设备接入模块通过该读取信息选取相应的设备协议模块，并通过该设备协议模块配合该读取信息对读取该子设备的相应实时数据信息；该设备接入模块通过该第一数据双向通道将该实时数据信息发送给该外部接口模块；该外部接口模块将该实时数据信息发送给该中心控制平台。

例如，对于电表来说，如果想获取当前用户剩余电量，即可通过上述Get读取操作获取电表的实时剩余电量等信息。

具体地，该外部接口模块还包括回调函数接口，控制逻辑监控通过该回调函数接口实现，下面详细介绍其过程。

S110：该中心控制平台通过该外部接口模块调用该回调函数接口，并为回调函数接口的数据上报信息设定相应的控制逻辑脚本；

S120：中心控制平台通过第二数据双向通道将控制逻辑脚本发送给任务计划模块；

S130：该任务计划模块通过该设备接入模块配合该第三数据双向通道对该子设备的实时数据信息进行实时监控；

S140：当该实时数据信息满足该任务计划模块内的控制逻辑脚本时，该任务计划模块通过该第二数据双向通道配合该回调函数接口向该中心控制平台发送数据上报信息。

例如，通过控制逻辑脚本来设定某一子设备的用电功率大于2KW，即产生用电告警。只要该子设备使用电器功率过大，大于2KW，智能设备网关就能及时检测到此信息，通过此前设置的回调函数接口上报给中心控制平台。

需要说明的是，对于中心控制平台来讲，Get读取方式是平台主动获取数据的过程；而控制逻辑监控方式是中心控制平台被动接收数据的过程，主要针对事件告警，火警等情况使用。在实际使用中，中心控制平台通常接入几千到几万个设备信息，如果平台都是使用Get读取方式不停的轮流读取信息，那需要消耗巨大的平台服务器的cpu资源，同时对重要信息的获取会非常不及时。所以对于重要的信息处理，比如告警信息，需要及时通知到中心控制平台，因此设定了控制逻辑监控方式，通过Set函数接口配合第二数据双向通道即可实现对任务计划模块设定相应的控制逻辑脚本，通过控制逻辑脚本对子设备进行监控，从而使中心控制平台可以及时收到重要信息。

此外，为提高智能设备网关的安全性能，本发明为智能设备网关配置了，url信息，只有当该中心控制平台输入的登录信息与该智能设备网关的url信息一致时，该中心控制平台才能通过该外部接口模块成功登录该智能设备网关。

另外，为提高中心控制平台的数据处理效率，一般需要为中心控制平台设置多台智能设备网关，根据实际需要对智能设备网关进行切换，例如，多台设备网关运行中，可能某一台出现故障，此时需要切换到另一台无故障的设备网关运行，才能继续访问其中的楼宇园区设备；再如，在接入园区楼宇设备很多的情况下，需要多台网关设备才能很好的接入控制。某些楼宇园区设备可能需要控制的时间少，占用资源少，而有些可能需要更实时的控制，占用的设备网关资源会更多，此时需要动态调配每个设备网关接入楼宇园区设备的数量，所以需要对设备网关进行切换。

具体实施方式为，该智能设备网关至少包括设备网关A和设备网关B，当该中心控制平台需要从该设备网关A切换至该设备网关B时，只需将该登录信息由该设备网关A的url信息调整为设备网关B的url信息，即可快速准确的登录至设备网关B，中心控制平台通过设备网关B与相应的子设备进行数据交换。

通过上述实施方式可知，本发明提供的智能设备网关及其数据通信方法，至少具备以下优点：

1接入新的协议设备更方便，智慧城市管理系统修改小。当接入新的设备，智慧城市平台(即中心控制平台)不需要修改内部通信协议，同时也不需要记录添加新的园区设备(即子设备)id句柄。而是通过完整的url信息，实现所有设备的统一通信；

2、多个智能设备网关之间为对等关系，只需通过url信息的切换，实现多个智能设备网关之间的灵活切换，无需备份数据；

3、通过在智能设备网关中添加任务计划模块，可以对逻辑控制条件进行任意扩展，不受限制；当需要定制自己的设备控制策略，比如需要开启办公室会议模式、还是过节模式、或者影院模式，可以通过中心控制平台，向智能设备网关下发对应的控制脚本即可实现；

4、使用脚本做策略逻辑控制，在修改更新控制逻辑时，无需重新修改软件固件；对传统的简单条件控制方式来讲，想要实现一种新的控制逻辑，是不能通过条件配置实现的，需要向厂商了解对应的控制逻辑，并更新固件程序，而本发明通过脚本进行控制，可以应对任何需要的控制逻辑。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种智能设备网关，其特征在于，基于linux的嵌入式设备，包括与外界的中心控制平台数据连接的外部接口模块和与外界的子设备数据连接的设备接入模块；其中，

在所述外部接口模块与所述设备接入模块之间设置有第一数据双向通道，在所述设备接入模块内设置有设备协议模块，所述设备接入模块通过所述设备协议模块与外界的子设备数据连接；并且，

所述智能设备网关还包括任务计划模块，在所述任务计划模块与所述外部接口模块之间设置有第二数据双向通道，在所述任务计划模块与所述设备接入模块之间设置有第三数据双向通道；其中，

所述中心控制平台通过所述外部接口模块调用回调函数接口，并为所述回调函数接口的数据上报信息设定相应的控制逻辑脚本；

所述中心控制平台通过所述第二数据双向通道将所述控制逻辑脚本发送给所述任务计划模块；

所述任务计划模块通过所述设备接入模块配合所述第三数据双向通道对所述子设备的实时数据信息进行实时监控；

当所述实时数据信息满足所述任务计划模块内的控制逻辑脚本时，所述任务计划模块通过所述第二数据双向通道配合所述回调函数接口向所述中心控制平台发送数据上报信息。

2.根据权利要求1所述的智能设备网关，其特征在于，

所述设备协议模块至少包括Modbus协议模块和BACnet协议模块；其中，所述设备接入模块通过所述Modbus协议模块与外界的Modbus协议类子设备数据连接，所述设备接入模块通过所述BACnet协议模块与外界的BACnet协议类子设备数据连接。

3.根据权利要求2所述的智能设备网关，其特征在于，

所述外部接口模块包括Set函数调用接口、Get函数调用接口以及回调函数接口；其中，

所述Set函数调用接口用于所述中心控制平台通过所述智能设备网关对所述子设备进行写操作；所述Get函数调用接口用于所述中心控制平台通过所述智能设备网关对所述子设备进行读操作。

4.根据权利要求3所述的智能设备网关，其特征在于，

所述外部接口模块还包括回调函数接口；其中，

所述回调函数接口用于所述中心控制平台接收所述智能设备网关的数据上报信息。

5.根据权利要求4所述的智能设备网关，其特征在于，

所述智能设备网关配置有url信息，所述url信息包括ip地址信息、用户名以及安全密钥；其中，

所述安全密钥通过RSA非对称加密算法设定。

6.一种数据通信方法，其特征在于，所述中心控制平台利用权利要求1至5中任意一项所述的智能设备网关与所述子设备进行数据通信，所述方法包括：

所述中心控制平台通过所述外部接口模块登录所述智能设备网关；

所述中心控制平台通过所述外部接口模块调用Set函数调用接口，并为所述Set函数调用接口设定相应的写入信息；

所述Set函数调用接口通过所述第一数据双向通道调用所述设备接入模块，并发送所述写入信息；

所述设备接入模块通过所述写入信息选取相应的设备协议模块，并通过所述设备协议模块配合所述写入信息对所述子设备进行信息写入操作。

7.根据权利要求6所述的数据通信方法，其特征在于，所述数据通信方法还包括：

所述中心控制平台通过所述外部接口模块调用Get函数调用接口，并设定相应的读取信息；

所述Get函数调用接口通过所述第一数据双向通道调用所述设备接入模块，并发送所述读取信息；

所述设备接入模块通过所述读取信息选取相应的设备协议模块，并通过所述设备协议模块配合所述读取信息读取所述子设备的相应实时数据信息；

所述设备接入模块通过所述第一数据双向通道将所述实时数据信息发送至所述外部接口模块；

所述外部接口模块将所述实时数据信息发送至所述中心控制平台。

8.根据权利要求7所述的数据通信方法，其特征在于，

当所述中心控制平台输入的登录信息与所述智能设备网关的url信息一致时，所述中心控制平台通过所述外部接口模块成功登录所述智能设备网关。

9.根据权利要求8所述的数据通信方法，其特征在于，

所述智能设备网关至少包括设备网关A和设备网关B，当所述中心控制平台需要从所述设备网关A切换至所述设备网关B时，

将所述登录信息由所述设备网关A的url信息调整为所述设备网关B的url信息。

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