CN112202897B - 低功耗智能物联网关 - Google Patents

Abstract

本发明涉及物联网技术领域，为了解决现有的物联网关中由于需要设置专用AD采集模块和扩展串口芯片扩展串口数而增加了网关功耗的问题，提供了一种低功耗智能物联网关，包括采集模块，用于采集本地要素数据；其中，采集模块包括基本要素采集单元和个性化要素采集单元，本地要素数据包括基本要素数据和个性化要素数据，基本要素采集单元采集基本要素数据，个性化要素采集单元采集个性化要素数据；还包括协处理模块，用于对采集到的基本要素数据进行处理得到基本要素信息；主处理模块，用于对个性化要素数据进行处理得到个性化要素信息，并将得到的个性化要素信息和基本要素信息进行处理生成应用信息；通信模块，用于向云平台发送应用信息。

Description

低功耗智能物联网关

技术领域

本发明涉及物联网技术领域，具体为一种低功耗智能物联网关。

背景技术

物联网关是一种互联网数据传输终端，通过串口或者以太网连接现场设备，然后将数据通过以太网、GPRS、3G等方式，通过MQTT、HTTP等协议传输到服务器中，完成数据监控、本地逻辑控制、远程升级、故障报警等功能。它是物联网系统核心入口，由采集模块采集到的本地要素数据进入智能物联网关后，经过处理模块的处理得到的应用数据通过GPRS/3G/4G无线通讯模式或者有线网络送至云服务器，在云服务器上提供云平台WEB服务和手机APP服务。

现有的智能物联网关在采集本地要素数据时，当需要采集的数据组数大于处理模块的通道串口数时，就需要额外采用专用AD采集芯片和扩展串口芯片对处理模块的串口通道进行扩展，从而增加了网关成本，而且功耗也会更大。而且采集到的多路数据在传输到处理模块中后，还需要处理模块对各种数据进行集中处理，也容易造成处理模块资源不足，需要排队等待处理，也降低了处理效率。

发明内容

本发明意在提供一种低功耗智能物联网关，以解决现有的物联网关中，当需要采集数据组数较多时需要设置专用AD采集芯片和扩展串口芯片对处理模块的串口进行扩展，从而增加了网关功耗的问题。

本发明提供基础方案是：低功耗智能物联网关，包括采集模块，用于采集本地要素数据；

其中，采集模块包括基本要素采集单元和个性化要素采集单元，本地要素数据包括基本要素数据和个性化要素数据，基本要素采集单元采集基本要素数据，个性化要素采集单元采集个性化要素数据；

还包括协处理模块，用于对采集到的基本要素数据进行处理得到基本要素信息；

主处理模块，用于对个性化要素数据进行处理得到个性化要素信息，并将得到的个性化要素信息和基本要素信息进行处理生成应用信息；

通信模块，用于向云平台发送应用信息。

说明：本方案中基本要素指的是多种应用场合下通用要素，如温度、湿度和压力等；个性化要素指的是在具体应用场合下除通用要素以外的少量特色要素，如应用于鱼塘养鱼中，则还需要采集水的PH值、含氧量等，其中水的PH值和含氧量则是个性化要素。

基础方案的工作原理及有益效果是：本方案中采用主处理模块和协处理模块构架的模式，由协处理模块对基本要素数据进行处理后得到基本要素信息，由主处理模块对于个性化要素数据进行处理得到个性化要素信息。而由于个性化要素数据与基本要素数据相比属于少量，因此在处理过程中，与协处理模块相比，主处理模块处理耗用资源少，此时再由主处理模块对个性化要素信息和基本要素信息处理得到应用信息。与现有的物联网关相比较，一方面，由新增的协处理模块自带的串口通道取代了现有采用专用AD采集芯片和扩展串口芯片来扩展主处理模块串口通道的方式，降低了系统功耗；另一方面，本方案中，由协处理模块负责数量多的基本要素数据的采集和处理，再由主处理模块进行数量少的个性化要素数据处理和应用信息的生成，资源分配合理，也避免了现有的集中式处理的方式导致处理效率低的问题，也避免因为待处理信息过多而出现崩溃的情况，还提高了网关的稳定性。

优选方案一：作为基础方案的优选，还包括电源模块，电源模块包括主电源单元和协电源单元，主电源单元用于为主处理模块提供电源，协电源单元用于向协处理模块提供电源。有益效果：本方案中，通过设置主电源单元和协处理单元对主处理模块和协处理模块分别供电的方式实现了电源隔离，从而确保了主处理模块的安全性。

优选方案二：作为基础方案的优选，还包括状态监测模块，用于对接入网关的本地设备的使用状态进行监测，在监测出使用故障时生成相应本地设备的故障信息，通信模块向云平台发送故障信息。有益效果：本方案中，通过对本地设备的使用状态进行监测，并在监测到本地设备出现故障时，由通信模块向云平台发送故障信息，以便维护人员及时对发生故障的本地设备进行修护，从而减少运维成本。

优选方案三：作为优选方案二的优选，还包括存储模块，预存有故障诊断表，故障诊断表包括与不同故障信息相对应的故障类型；分析模块，用于根据故障诊断表分析出与故障信息相对应的故障类型，通信模块用于将分析得到的故障类型与故障信息一同发送给云平台。有益效果：本方案中通过分析模块对故障信息进行分析得到故障类型，维护人员通过故障信息以及故障类型能够更准确的知晓故障情况，从而提高了故障的处理准确性。

优选方案四：作为优选方案三的优选，故障诊断表还包括与故障信息相对应的紧急度信息，分析模块还用于分析出与故障信息对应的紧急度信息，通信模块还向云平台发送紧急度信息。有益效果：本方案中还设置有与故障信息对应的紧急度信息，通过紧急度信息表示该故障的紧急情况，以便维护人员能够根据紧急情况对出现的故障进行优先处理。

优选方案五：作为优选方案三的优选，还包括有更新模块，用于录入更新信息并对存储的故障诊断表进行动态更新。有益效果：由于本地设备在使用过程中会出现各类的故障，因此本方案中利用更新模块对故障诊断表进行实时更新，保证了故障诊断表的完整和准确性。

优选方案六：作为优选方案三的优选，存储模块还预设有数据范围表，数据范围表包括与本地要素数据的数据类型相应的数据范围，分析模块还用于根据数据范围表对采集到的本地要素数据进行分析，若分析出本地要素数据超出相应的数据范围，则向通信模块发送报警信息，通信模块向云平台发送报警信息。有益效果：本方案中利用分析模块与数据范围表的配合实现了在数据异常时的自动报警功能，增加了网关的智能化。

优选方案七：作为优选方案六的优选，在分析出本地要素数据超出相应的数据范围时，分析模块还识别相应本地设备的使用状态，在识别到相应本地设备的故障信息后，分析模块不发送报警信息，在没有识别到相应本地设备的故障信息后，分析模块发送报警信息。有益效果：考虑到数据异常一方面可能是检测的对象情况异常导致，另一方面还可能是因为本地设备故障导致采集的数据异常，后者的情况则会导致误报警，因此本方案中在数据异常时还会分析相应的本地设备是否发生故障，若本地设备故障，则此时不会报警，只有在本地设备没有故障时，则可以认定数据的异常是因采集对象自身情况导致的，此时才会发送报警信息，提高了报警信息的准确性。

优选方案八：作为基础方案到优选方案七中任一方案的优选，在通信模块与云平台通信后，通信模块还用于接收云平台发送的确定信息。说明：本方案中通信模块与云平台通信指的是通信模块向云平台发送信息。有益效果：本方案中，在通信模块向云平台通信后，还接收云平台发送回来的确定信息，从而确保通信模块与云平台的正常通信，保证了信息正常的传达到了云平台。

优选方案九：作为优选方案二的优选，在状态监测模块监测出使用故障时，通信模块还用于向相应的本地设备发送故障信息。有益效果：考虑到有的本地设备距离网关较远，若此时由网关中心的维护人员去维护，则维修路程往返时间较长，从而延长了整个维护工作的耗用时长，因此本方案中在监测出本地设备故障时，还会向相应的本地设备发送故障信息，这样一来，对于那些距离较远的本地设备在发生故障时，则可以由当地的维护人员自行进行维护，以保证对故障的及时维护。

附图说明

图1为本发明低功耗智能物联网关实施例一的示意图；

图2为本发明实施例二中基座的纵向截面图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

实施例一

基本如附图1所示：低功耗智能物联网关，包括采集模块，用于采集本地要素数据；采集模块包括基本要素采集单元和个性化要素采集单元，本地要素数据包括基本要素数据和个性化要素数据，基本要素采集单元采集基本要素数据，个性化要素采集单元采集个性化要素数据；

协处理模块，用于对采集到的基本要素数据进行处理得到基本要素信息；

主处理模块，用于对个性化要素数据进行处理得到个性化要素信息，并将得到的个性化要素信息和基本要素信息进行处理生成应用信息；

通信模块，用于向云平台发送应用信息；

电源模块，包括主电源单元和协电源单元，主电源单元向主处理模块供电，协电源单元向协处理模块供电，本实施例中电源模块为太阳能电池，在其他实施例中，电源模块为蓄电池；

状态监测模块，用于对接入网关的本地设备的使用状态进行监测，在监测出使用故障时生成相应本地设备的故障信息；

存储模块，预存有故障诊断表和数据范围表，故障诊断表包括与不同故障信息相对应的故障类型和紧急度信息，数据范围表包括与本地要素数据的数据类型相应的数据范围；

分析模块，用于根据故障诊断表分析出与故障信息相对应的故障类型和紧急度信息，通信模块用于将分析得到的故障信息、故障类型与紧急度信息一同发送给云平台和相应的本地设备；

分析模块还根据数据范围表对采集到的本地要素数据进行分析，若分析出本地要素数据超出相应的数据范围，还识别相应本地设备的使用状态，在没有识别到相应本地设备的故障信息时，向通信模块发送报警信息，通信模块向云平台发送报警信息；在识别到相应本地设备的故障信息时，分析模块不发送报警信息；

在通信模块与云平台通信后，通信模块还用于接收云平台发送的确定信息；

更新模块，用于录入更新信息并对存储的故障诊断表进行动态更新。

具体实施过程如下：使用时，采集单元采集本地要素数据，其中基本要素采集单元采集基本要素数据，如大多数场合通用的包括温度、湿度、气压等数据；个性化要素单元采集个性化要素数据，如鱼塘养鱼中，除了一些基础要素数据以外，少量的如水的PH值、含氧量则为个性化要素数据。

在对采集到的本地要素数据进行处理时，数量多的基本要素数据由协处理模块进行处理得到基本要素信息，而少量的个性化要素数据则由主处理模块进行处理得到个性化要素信息；然后再由主处理模块对基本要素信息和个性化要素信息进行处理生成应用信息；具体的，对基本要素数据和对个性化要素数据的处理是指将基本要素数据进行AD转化，主处理模块对基本要素信息和个性化要素信息进行处理生成应用信信息的处理指的是将基本要素信息和个性化要素信息处理成为能够发送到云平台上的数据的处理。

最后由通信模块将得到的应用信息发送给云平台，完成应用信息由本地到云平台的整个传输过程。

在上述过程中，由主电源单元向主处理模块进行供电，由协电源单元向协处理模块进行供电。

状态监测模块对接入网关的本地设备的使用状态进行监测，在监测出使用故障时生成相应本地设备的故障信息。本实施例中，以鱼塘养鱼为例，本地设备为增氧机，出现故障X，故障信息为文本信息，则在监测到使用故障时，生成的故障信息为“增氧机出现故障X”。

存储模块中存储有故障诊断表，故障诊断表包括不同故障信息相对应的故障类型和紧急度信息，本实施例中紧急度信息包括紧急和一般两种类型，故障诊断表如表一所示。

表一

故障信息	故障类型	紧急度信息
			X1	Xa1	紧急
X2	Xa2	一般
			X…	Xa…	一般

分析模块根据故障诊断表分析出与故障信息相对应的故障类型和紧急度信息，如故障信息为X1，则分析出对应的故障类型为Xa1，紧急度信息为紧急，则此时通信模块用于将分析得到的故障信息、故障类型与紧急度信息发送给云平台。

存储模块还存储有数据范围表，数据范围表包括与本地要素数据的数据类型相应的数据范围，如表二所示。

表二

数据类型	数据范围
		温度(A1)	A1<sub>min</sub>＜A1＜A1<sub>max</sub>
湿度(A2)	A2<sub>m</sub><sup>i</sup><sub>n</sub>＜A2＜A2<sub>max</sub>
		气压(A3)	A3<sub>m</sub><sup>i</sup><sub>n</sub>＜A3＜A3<sub>max</sub>
PH值(A4)	A4<sub>m</sub><sup>i</sup><sub>n</sub>＜A4＜A4<sub>max</sub>
		含氧量(A5)	A5<sub>m</sub><sup>i</sup><sub>n</sub>＜A5＜A5<sub>max</sub>
…(A…)	A…<sub>m</sub><sup>i</sup><sub>n</sub>＜A…＜A…<sub>max</sub>

分析模块根据数据范围表对采集到的本地要素数据进行分析，在分析出本地要素数据超出相应的数据范围时，如分析出含氧量A5＜A5_min，属于异常状态，此时分析模块还识别增氧机的使用状态，在没有识别到增氧机的故障信息时，分析模块发送报警信息给通信模块，再由通信模块向云平台发送报警信息，本实施例中报警信息为文本信息，如“鱼塘含氧量异常”；而若分析模块识别到增氧机的故障信息，分析模块则不会发送报警信息。

在通信模块与云平台通信后，通信模块还用于接收云平台发送的确定信息，本实施例中确定信息为文本信息，如“已收到”，确保信息成功发送到了云平台。

在使用过程中，还可以利用更新模块录入更新信息，从而完成故障诊断表的动态更新，以保证故障诊断表的准确性。

实施例二

本实施例中，如图2所示，附图标记包括：基座1、安装槽2、声音传感单元3、弹片4、衔铁5、敲击头6、发声音叉7、电磁铁8。

与实施例一不同之处在于，本实施例中的网关还包括基座1，声音传感单元3固定安装在基座1侧壁上，基座1固定在网关壳体内侧壁上，声音传感单元3的下方设置故障检测单元，故障检测单元包括固定安装在基座1上的发声音叉7和能够敲击到发声音叉7的敲击器，敲击器包括电磁铁8、弹性件和敲击头6，电磁铁8信号连接有微控制器，微控制器可用现有的单片机芯片，微控制器控制电磁铁8等间隔通电后再断电，微控制器使用内部时钟确定等间隔的时长，如可以间隔24小时控制电磁铁8通电后再断电，基座1侧壁上开设安装槽2，安装槽2的槽口朝向右侧，安装槽2位于声音传感单元3的下方，电磁铁8固定安装在安装槽2的下侧壁上，弹性件包括弹片4和衔铁5，弹片4一端通过螺钉固定在安装槽2的左侧壁上，弹片4的另一端与衔铁5的一端固定连接，衔铁5的另一端与敲击头6一端固定连接，衔铁5位于电磁铁8的正上方，敲击头6能够敲击到发声音叉7；微控制器控制电磁铁8通电的同时向处理模块发送检测信号，处理模块将收到检测信号前后的前声音信息与后声音信息相减得到的声音信号，处理模块将声音信号与单独的敲击头6敲击发声音叉7的声音对比，当声音信号与敲击头6敲击发声音叉7的声音相同时，处理模块判断声音传感单元3工作正常，当声音信号与敲击头6敲击发声音叉7的声音不同时，处理模块判断声音传感单元3故障，处理模块通过通信模块发送出声音传感单元3故障信息。

通过微控制器控制电磁铁8等间隔通电后再断电，电磁铁8能够产生磁性系统衔铁5，衔铁5向下移动至电磁铁8处的过程中带动弹片4产生弹性形变，同时衔铁5带动敲击头6敲击到发声音叉7产生声音供声音传感单元3检测，让处理模块对声音传感单元3在敲击发声音叉7前、后的声音信号进行减法处理得到单独的发声音叉7的声音信号，并判断该声音信号是否是发声音叉7受到敲击时产生的声音，由此能够判断到声音传感单元3是否在正常工作，当声音传感单元3故障时，应该是不能检测到任何音频信号的；由于发声音叉7不容易因积累灰尘而改变音质以及不容易损坏，发声音叉7产生声源的质量不会具有太大改变，而灰尘可能会影响声音传感单元3的工作，同时敲击发声音叉7后，发声音叉7能够因震动而抖掉灰尘，检测声音传感单元3固定的声源不会发生异常，发声音叉7的音质不会改变，声音传感单元3的故障检测更准确，避免因声音传感单元3自身的异常造成网关故障的误判断。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (10)

1.低功耗智能物联网关，包括采集模块，用于采集本地要素数据；

其特征在于：所述采集模块包括基本要素采集单元和个性化要素采集单元，所述本地要素数据包括基本要素数据和个性化要素数据，所述基本要素采集单元采集基本要素数据，所述个性化要素采集单元采集个性化要素数据；

基本要素指的是多种应用场合下通用要素，个性化要素指的是在具体应用场合下除通用要素以外的少量特色要素；

还包括协处理模块，用于对采集到的基本要素数据进行处理得到基本要素信息；

主处理模块，用于对个性化要素数据进行处理得到个性化要素信息，并将得到的个性化要素信息和基本要素信息进行处理生成应用信息；

通信模块，用于向云平台发送所述应用信息。

2.根据权利要求1所述的低功耗智能物联网关，其特征在于：还包括电源模块，所述电源模块包括主电源单元和协电源单元，所述主电源单元用于为所述主处理模块提供电源，所述协电源单元用于向所述协处理模块提供电源。

3.根据权利要求1所述的低功耗智能物联网关，其特征在于：还包括状态监测模块，用于对接入网关的本地设备的使用状态进行监测，在监测出使用故障时生成相应本地设备的故障信息，所述通信模块向云平台发送所述故障信息。

4.根据权利要求3所述的低功耗智能物联网关，其特征在于：还包括存储模块，预存有故障诊断表，所述故障诊断表包括与不同故障信息相对应的故障类型；

分析模块，用于根据所述故障诊断表分析出与所述故障信息相对应的故障类型，所述通信模块用于将分析得到的故障类型与所述故障信息一同发送给云平台。

5.根据权利要求4所述的低功耗智能物联网关，其特征在于：所述故障诊断表还包括与故障信息相对应的紧急度信息，所述分析模块还用于分析出与所述故障信息对应的紧急度信息，所述通信模块还向所述云平台发送所述紧急度信息。

6.根据权利要求4所述的低功耗智能物联网关，其特征在于：还包括有更新模块，用于录入更新信息并对存储的故障诊断表进行动态更新。

7.根据权利要求4所述的低功耗智能物联网关，其特征在于：所述存储模块还预设有数据范围表，所述数据范围表包括与本地要素数据的数据类型相应的数据范围，所述分析模块还用于根据所述数据范围表对采集到的本地要素数据进行分析，若分析出所述本地要素数据超出相应的数据范围，向所述通信模块发送报警信息，所述通信模块向云平台发送所述报警信息。

8.根据权利要求7所述的低功耗智能物联网关，其特征在于：在分析出所述本地要素数据超出相应的数据范围时，所述分析模块还识别相应本地设备的使用状态，在识别到相应本地设备的故障信息后，所述分析模块不发送报警信息，在没有识别到相应本地设备的故障信息后，所述分析模块发送报警信息。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的低功耗智能物联网关，其特征在于：在所述通信模块与云平台通信后，所述通信模块还用于接收云平台发送的确定信息。

10.根据权利要求3所述的低功耗智能物联网关，其特征在于：在状态监测模块监测出使用故障时，所述通信模块还用于向相应的本地设备发送所述故障信息。

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