CN112087731A - 物联网信息采集处理传输的边缘处理主机、系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种物联网信息采集处理传输的边缘处理主机、系统和方法，以数据流的方式读取传感器接口模块的通讯协议数据，并根据服务器端的命令，对底层各传感器进行控制；根据预设条件对传感器的采集数据进行判断，对符合条件的数据进行特征提取，对提取特征后的数据进行清洗和分类，将处理后的数据通过通信模块传输给服务器端；本发明能够解决传感器多源异构和数据集中运算所带来的问题，兼容不同传输标准，不同数据格式和接口的各种传感器，在数据网关的输出端，屏蔽底层传感器的差异，并且缓解网络压力，降低时延，提高效率，大幅提升安全性与隐私性，实现去中心化。

Description

物联网信息采集处理传输的边缘处理主机、系统和方法
技术领域
本发明属于物联网信息采集处理技术领域，涉及一种物联网信息采集处理传输的边缘处理主机、系统和方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
从目前物联网行业的状况来看，传感器多源异构与数据集中运算带来的资源消耗处理不及时等问题会是未来长期存在的问题。在装备多种不同传感器的应用场景，行业标准、数据格式和传输协议都具有差异的情况下，传感器厂家会提供适用于该传感器的变送器，大量不同类型的传感器数据通过各自具有单一接口的变送器传给远程监控中心，若采用有线方式，不能共用的传输线缆会增加用户成本且不便于安装和检修；若采用无线方式，又会造成多条传输线路之间的干扰；因此，传感器多源异构问题是阻碍物联网通讯的重大问题。
另一方面，公共和企业设施的监测和维护也消耗着大量的人力、物力成本；电力、制造等行业数字化转型中对海量数据的实时、智能处理也有着强烈需求。如果用常规模式构建物联网，随着设备的迅速增加，网络边缘侧所产生的数据量级将非常巨大。这些数据如果都交由云端的管理平台来处理，将会造成一些设备的低时延，实时协同难以保证。特殊信息的数据安全风险将会大增。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提出了一种物联网信息采集处理传输的边缘处理主机、系统和方法，本发明能够解决传感器多源异构和数据集中运算所带来的问题，兼容不同传输标准，不同数据格式和接口的各种传感器，在数据网关的输出端，屏蔽底层传感器的差异，并且缓解网络压力，降低时延，提高效率，大幅提升安全性与隐私性，实现去中心化。
根据一些实施例，本发明采用如下技术方案：
一种物联网信息采集处理传输的边缘处理主机，包括：
传感器接口模块，被配置为和底层各传感器连接，获取传感器采集数据；
显示接口模块，被配置为直接对主控模块进行调试维护，进行可视化调试；
通信模块，被配置为和服务器端通信；
主控模块，被配置为以数据流的方式读取传感器接口模块的通讯协议数据，并根据服务器端的命令，对底层各传感器进行控制；根据预设条件对传感器的采集数据进行判断，对符合条件的数据进行特征提取，对提取特征后的数据进行清洗和分类，将处理后的数据通过通信模块传输给服务器端。
作为可选择的实施方式，所述传感器接口模块，包括若干RS485接口，所述RS485接口被配置为进行传感器数据的接收，接收数据协议为modbus，RS485接口接收到modbus协议数据后传输给主控模块。
作为可选择的实施方式，所述主控模块，被配置为对接收的数据进行边缘处理计算，对modbus数据进行识别，过滤非正常数据，对于非正常数据，不再上传至服务器端，将正常数据的格式由modbus格式包装为Json格式，上传至服务器端。
作为可选择的实施方式，所述通信模块为4G/5G模块，利用无线传输方式，向服务器端传输数据。
作为可选择的实施方式，所述的边缘处理主机还包括重启模块，所述重启模块被配置为接收重启输入命令，向主控模块发送重启命令，所述主控模块进行复位重启。
作为可选择的实施方式，所述的边缘处理主机还包括工作状态指示模块，被配置为根据所述主控模块的工作状态显示不同的信号。
作为可选择的实施方式，所述的边缘处理主机还包括用于为其他模块供电的电源模块。
一种物联网信息采集处理传输系统，包括上述边缘处理主机、多个传感器和服务器端，所述边缘处理主机接收各个传感器采集的数据，并对其进行边缘计算、特征提取及清洗分类，将得到的数据上传至服务器端。
基于上述系统的工作方法，包括以下步骤：
系统进行初始化；
启动板卡系统内各模块的配置，配置服务器端地址信息；
获取传感器接口模块连接的传感器的采集数据，并将数据解析为可处理格式；
根据预设条件对传感器的采集数据进行判断，对符合条件的数据进行特征提取，对提取特征后的数据进行清洗和分类，将处理后的数据通过通信模块传输给服务器端。
作为可选择的实施方式，对于不符合条件的数据，将其存入丢弃数据库。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明能够解决传感器多源异构和数据集中运算所带来的问题，兼容不同传输标准，不同数据格式和接口的各种传感器，在数据网关的输出端，屏蔽底层传感器的差异，并且缓解网络压力，降低时延，提高效率，大幅提升安全性与隐私性，实现去中心化。
本发明提供的边缘处理主机对modbus数据进行识别，过滤非正常数据，对于非正常数据，不再上传至云端服务器，以此减小云端服务器负担，包装正常数据，将数据格式由modbus格式包装为Json格式，上传至云端服务器。使用该种边缘计算技术保证数据的安全性和控制的即时性，由此实现服务器边缘计算功能。
本发明利用边缘处理主机的通信模块进行通讯，实现无线传输，优选信号稳定的物联网卡，以此保证边缘处理机处理后的数据能稳定上传至云端服务器，从而实现传感器数据采集边缘处理的功能。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是RS485接口数据获取流程示意图；
图2是边缘处理主机发送数据流程示意图；
图3是边缘处理主机架构示意图；
图4是物联网信息采集边缘处理机工作流程图；
图5是modbus数据边缘处理流程图。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
如图3所示，物联网信息采集处理传输的边缘处理主机，包括物联网信息采集处理板卡，智能物联网信息采集板卡包括：电源模块、主控芯片、通信模块、显示接口模块、传感器接口模块、智能物联网数据网关板卡上还配备有工作指示灯、复位按键、USB接口及天线、电源模块包括12V供电、系统复位按钮。复位按钮可直接让核心板重启，在遇到网关卡机时，可以利用复位按钮使系统复位。设计工作指示灯能够让使用者更直观的观察网关的工作状态。
物联网信息采集处理传输的边缘处理机的设计与实现，首先根据市场上需求，设计本边缘处理主机的接口类型，RS485差分信号作为信号输入端。选取Android工控板卡作为数据采集的核心，搭载Android操作系统的嵌入式ARM处理器作为核心板，其中显示接口为HDMI口，可直接对核心板进行调试维护，实现可视化调试安装，操作方便。云平台显示前端传感器网络的实时数据，完成智能物联网数据网关的各项功能。
4G模块部分电路，包括SIM卡部分。4G工作电压为3.3V。
网卡部分包括网卡芯片、网络控制器和RJ45接口，其中网络控制器和RJ45接口连接网卡芯片。
边缘处理主机进行数据接收时，如图1所示，分为数据接收部分代码和数据发送部分代码，物联网信息采集处理板卡通过接收底层传感器发送的数据，使用MQTT协议传输到云端服务器。传感器接口模块通过RS485接口进行传感器数据的接收，接收数据协议为modbus，RS485接口接收到modbus协议数据后传输给Android应用层程序，Android应用层使用InputStream数据流的方式读取modbus协议数据进行数据处理，并且数据接收模块实时接收云端命令，对底层传感器进行控制。
边缘处理主机进行数据发送时，如图2所示，应用层接收到传感器传输的modbus协议数据后，将对数据进行边缘处理计算，首先对modbus数据进行识别，过滤非正常数据，对于非正常数据，不再上传至云端服务器，以此减小云端服务器负担，包装正常数据，将数据格式由modbus格式包装为Json格式，上传至云端服务器。使用该种边缘计算技术保证数据的安全性和控制的即时性，由此实现服务器边缘计算功能。板卡上传程序使用MQTT传输协议的方式，利用边缘处理机的4G模块进行通讯，实现无线传输，优选信号稳定的4G物联网卡，以此保证边缘处理机处理后的数据能稳定上传至云端服务器，从而实现传感器数据采集边缘处理的功能。
具体的工作过程，如图4所示，包括以下步骤：
第一步：板卡系统，系统服务，4G网络初始化，初始化通过则进行第二步。
第二步：启动板卡系统内APP配置，配置MQTT服务器地址等信息，配置成功后进行第三步。
第三步：监测服务启动，获取RS485接口传感器信息，且将数据解析为可处理格式，之后将数据推送给系统服务。
第四步：系统服务将传感器modbus数据，进行边缘计算，分类需要舍弃的错误数据和需要上传的数据，之后将需要上传的数据推送至通信模块。
第五步：通信模块将数据实时传输到云端服务器。
其中，modbus数据进行边缘计算的具体过程如图5所示，包括：
传感器采集的数据经过Modbus传输至边缘处理主机，边缘处理主机通过预先的数据条件对采集数据进行判断，不符合条件的数据自动存入丢弃数据库中。
符合条件的数据进行下一步的数据特征提取。
数据再进行数据清洗和分类。最后将得出的数据传输给4G数据传输模块传输。
通过这种方式减少了传输数据量，优化了传输数据质量，另外针对不同的应用场景，可以预先设定数据判断条件，预先设置针对不同应用场景的数据特征提取、清洗、分类方法。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种物联网信息采集处理传输的边缘处理主机，其特征是：包括：
传感器接口模块，被配置为和底层各传感器连接，获取传感器采集数据；
显示接口模块，被配置为直接对主控模块进行调试维护，进行可视化调试；
通信模块，被配置为和服务器端通信；
主控模块，被配置为以数据流的方式读取传感器接口模块的通讯协议数据，并根据服务器端的命令，对底层各传感器进行控制；根据预设条件对传感器的采集数据进行判断，对符合条件的数据进行特征提取，对提取特征后的数据进行清洗和分类，将处理后的数据通过通信模块传输给服务器端。
2.如权利要求1所述的一种物联网信息采集处理传输的边缘处理主机，其特征是：所述传感器接口模块，包括若干RS485接口，所述RS485接口被配置为进行传感器数据的接收，接收数据协议为modbus，RS485接口接收到modbus协议数据后传输给主控模块。
3.如权利要求1所述的一种物联网信息采集处理传输的边缘处理主机，其特征是：所述主控模块，被配置为对接收的数据进行边缘处理计算，对modbus数据进行识别，过滤非正常数据，对于非正常数据，不再上传至服务器端，将正常数据的格式由modbus格式包装为Json格式，上传至服务器端。
4.如权利要求1所述的一种物联网信息采集处理传输的边缘处理主机，其特征是：所述通信模块为4G/5G模块，利用无线传输方式，向服务器端传输数据。
5.如权利要求1所述的一种物联网信息采集处理传输的边缘处理主机，其特征是：所述的边缘处理主机还包括重启模块，所述重启模块被配置为接收重启输入命令，向主控模块发送重启命令，所述主控模块进行复位重启。
6.如权利要求1所述的一种物联网信息采集处理传输的边缘处理主机，其特征是：所述的边缘处理主机还包括工作状态指示模块，被配置为根据所述主控模块的工作状态显示不同的信号。
7.如权利要求1所述的一种物联网信息采集处理传输的边缘处理主机，其特征是：所述的边缘处理主机还包括用于为其他模块供电的电源模块。
8.一种物联网信息采集处理传输系统，其特征是：包括上述边缘处理主机、多个传感器和服务器端，所述边缘处理主机接收各个传感器采集的数据，并对其进行边缘计算、特征提取及清洗分类，将得到的数据上传至服务器端。
9.基于如权利要求8所述的系统的工作方法，其特征是：包括以下步骤：
系统进行初始化；
启动板卡系统内各模块的配置，配置服务器端地址信息；
获取传感器接口模块连接的传感器的采集数据，并将数据解析为可处理格式；
根据预设条件对传感器的采集数据进行判断，对符合条件的数据进行特征提取，对提取特征后的数据进行清洗和分类，将处理后的数据通过通信模块传输给服务器端。
10.如权利要求9所述的工作方法，其特征是：对于不符合条件的数据，将其存入丢弃数据库。
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Registration number: Y2024980006017

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