CN112289016A - 面向供热计量系统的物联网智能数据采集解析装置 - Google Patents

面向供热计量系统的物联网智能数据采集解析装置 Download PDF

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贺凯
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刘轩
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Abstract

本发明属于供热计量系统智能应用技术领域，尤其涉及一种面向供热计量系统的物联网智能数据采集解析装置。包括用于与计量设备连接的数据采集模块、用于解析、识别数据的数据解析模块、用于显示数据解析、识别信息的显示模块、用于防止数据干扰的防侵入模块以及用于实现通信的通讯模块，其中，所述数据解析模块用于将所采集到的数据解析成Modbus报文数据，所述数据采集模块通过485通讯、模拟量以及数字量信号采集实现数据采集。本发明解决了现有数据处理所存在的服务器计算量大，需求配置高，需要二次开发的技术问题，做到匹配多厂家表计品牌、多应用场合，功能齐全，全面兼容。

Description

面向供热计量系统的物联网智能数据采集解析装置
技术领域
本发明属于供热计量系统智能应用技术领域，尤其涉及一种面向供热计量系统的物联网智能数据采集解析装置。
背景技术
供热系统是指锅炉房机组、室外供热管网和散热器在内的总称。随着人们生活水平的不断提高，供热系统也从城市向农村蔓延，但由于供热系统中系统、设备、站点分散，各处的计量数据上传通过DTU，使用GPRS或者4G或者NB-iot 将各处的计量数据上传至服务器，服务器接收到各种格式的计量数据后在通过解析得到能够使用的计量数据。
由于整个供热系统上一代甚至两代的GPRS(2G)通讯仍然在使用，导致的数据传输的质量、频率等较低。同时，由于供热系统是一个不断延伸、扩张的系统，导致整个系统内所使用的设备供应厂家有多家，使得供热系统接收端服务器需要对各种厂家的不同数据格式上传数据进行解析导致服务器计算量大，要求配置高，需要针对不同厂家的格式需要二次开发。另外，采集装置不能曲面兼容个内外主要厂家计量表计以及各项传感器的问题。同时，由于供热系统的分散性，使得供热系统的采集装置被人为恶意破坏、侵入导致的数据计量不准确问题。
发明内容
本发明针对上述的供热系统数据处理所存在的技术问题，提出一种设计合理、结构简单、加工方便且能够有效解决现有数据处理、采集所存在的技术问题的面向供热计量系统的物联网智能数据采集解析装置。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为，本发明提供一种面向供热计量系统的物联网智能数据采集解析装置，包括用于与计量设备连接的数据采集模块、用于解析、识别数据的数据解析模块、用于显示数据解析、识别信息的显示模块、用于防止数据干扰的防侵入模块以及用于实现通信的通讯模块，其中，所述数据解析模块用于将所采集到的数据解析成Modbus报文数据，所述数据采集模块通过485通讯、模拟量以及数字量信号采集实现数据采集。
作为优选，所述数据采集模块包括SCI单元以及ADC单元，其中ADC单元经过信号调理电路进行数据采用，SCI单元通过计量设备的单片机为核心的前端数据采集单元进行数据采集。
作为优选，所述数据解析模块采用RTU模式，每个字节包括8个数据位、 1个停止位、0个校验位。
作为优选，所述数据解析模块的帧间时间间隔3.5个字节长度。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于，
1、本发明提供一种面向供热计量系统的物联网智能数据采集解析装置，解决了现有数据处理所存在的服务器计算量大，需求配置高，需要二次开发的技术问题，做到匹配多厂家表计品牌、多应用场合，功能齐全，全面兼容。提高热力公司的运营效率、减少产品的维护成本，减轻上端服务器的运行压力、以提高整体热网的运营稳定。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例1提供的面向供热计量系统的物联网智能数据采集解析装置的结构原理图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开说明书的具体实施例的限制。
实施例1，如图1，本实施例提供一种面向供热计量系统的物联网智能数据采集解析装置旨在实现匹配多厂家表计品牌、多应用场合，功能齐全，全面兼容。提高热力公司的运营效率、减少产品的维护成本，减轻上端服务器的运行压力、以提高整体热网的运营稳定。
为此，本实施例提供的面向供热计量系统的物联网智能数据采集解析装置，包括用于与计量设备连接的数据采集模块、用于解析、识别数据的数据解析模块、用于显示数据解析、识别信息的显示模块、用于防止数据干扰的防侵入模块以及用于实现通信的通讯模块。
其中，数据采集模块采用AD7606芯片和TMS320F28377D芯片，其中，TMS320F28377D芯片外设中设有ADC功能模块，其核心资源是四个相互独立、高精度的模数转换器，并能够对其设置成16位或12位两种运行模式，其主要针对一些传感器的通讯，首先经过前端硬件的滤波处理，然后通过降压电路将滤波后的模拟信号送入ADC模数转换模块做进一步的数据转换工作。针对一些具有单片机的计量设置，AD7606芯片是一款16位、8通道、同步采样、双极性输出的AD芯片，其使用方法简单，具备较高的采集精度，因此根据数据采集模块采集精度的要求，选用AD7606芯片作为本单元的数据采集芯片。在数据采集模块中，采用自动收发式485电路，当需要发送数据时，自动通过发送引脚进行数据发送，当需要进行数据接收时，数据会直接通过接收引脚接收数据。
数据解析模块用于将数据收集模块所采集的数据处理成符合ModbusRTU 通讯协议的二进制表示数据的方式。数据解析模块采用ST公司生产的基于 ARM 32位Cortex-M3内核的STM32F103ZET6芯片。该芯片提供最高 72MHz工作频率，带有64K嵌入式SRAM，512KFlash，供电电压范围为 2.0V～3.6V，并提供低功耗模式。其最大的特点是高性能、低功耗、低成本。 STM32F103ZET6芯片包含3个12位模数转换器，，2个12位数模转换器，12个通道的DMA控制器，112个I/O端口，11个定时器以及13个通信端口，支持I2C、SPI、SDIO、USART、CAN、USB通信接口。其丰富的片上外设可以节约分立元件的使用，降低开发成本，同时满足数据解析的需要。 Modbus数据信息在总线传输时，全以16进制(二进制)数据报文的格式传输，根据各表计厂家提供的通讯协议不同，本智能数据采集解析装置会自动判断，选择不同的解析公式来正确进行数据处理，并按统一格式上传至总服务中心。
常见报文的数据类型有：IEEE标准的浮点数、32位整型数、16位整型数、 BOOL数、BCD码数等；通过在其内置相应的转换公式，实现对采集数据的解析。在本实施例中，简单以32位整型数、16位整型数以及BCD码数解析的公式进行表述：
32位、16位整形数据计算：
16进制数的第0位的权值为16的0次方，第1位的权值为16的1次方，第2位的权值为16的2次方……
所以，在第N(N从0开始)位上，如果是是数X(X大于等于0，并且X小于等于15，即：F)表示的大小为X*16的N次方。
BCD码转换计算：
BCD码亦称二进码十进数或二-十进制代码。用4位二进制数来表示1位十进制数中的0～9这10个数码。是一种二进制的数字编码形式，用二进制编码的十进制代码。BCD码这种编码形式利用了四个位元来储存一个十进制的数码，使二进制和十进制之间的转换得以快捷的进行。
数据解析模块对采集到的信号进行智能识别、分类，并在显示模块进行显示，确保识别正确。如果识别有误差，可以通过显示模块操作进行更改。在本实施例中，为了方便更容易识别错误，数据解析模块采用RTU模式，Modbus协议规定了RTU模式中每个消息发送和结束的条件：以至少3.5个字符时间的停顿间隔为标志来判断数据帧是否结束，因此使得网络中的通信设备在报文的起始处开始接收，并且知道报文传输何时结束。同时为了能够检测到不完整的报文，且能够清晰地设置错误标志。Modbus协议还规定，在一帧报文中必须以连续的字符流发送整个报文帧。如果两个字符间的间隔时间大于1.5个字符的传输时间，则将会判断为没有完整接收数据帧信息，此时将舍弃该报文。在本实施例中，每个字节包括8个数据位、1个停止位、0个校验位，这样设置的目的能够实现快速的解析。
防侵入模块主要针对断电、开箱、水浸等行为发送信号至数据解析模块，报警数据通过通讯模块使用物联网卡传输至用户端。
通信模块在本实施例中采用美信(Maxim)公司推出的MAX3485芯片，该芯片支持3.3V供电，最大传输速度可达10Mbps，支持多达32个节点，并具有输出短路保护功能。其中RO和DI引脚分别连接至STM32F103ZET6 的USART1_RX和USART1_TX引脚，使用UART进行数据接收和发送。 RE和DE引脚为方向控制引脚，RE为低电平使能接收器，DE为高电平使能输出驱动器，将这两个引脚连接起来，通过STM32F103ZET6的一个引脚控制。当空空状态时保持该引脚为低电平，当有数据需要发送时，将引脚拉高，发送完毕后将引脚拉低。
通过上述的设置，在解析装置内部集成国内外主流厂家的表计通讯协议库，在现场安装接线完毕投入使用后，该装置可以发送查询指令，根据表计回复代码，结合本身内置数据库对比，自动配对表计信息，或者调试人员通过显示装置进行指定修改。进而解决了现有供热系统所存在的技术问题。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (4)

1.一种面向供热计量系统的物联网智能数据采集解析装置，其特征在于，包括用于与计量设备连接的数据采集模块、用于解析、识别数据的数据解析模块、用于显示数据解析、识别信息的显示模块、用于防止数据干扰的防侵入模块以及用于实现通信的通讯模块，其中，所述数据解析模块用于将所采集到的数据解析成Modbus报文数据，所述数据采集模块通过485通讯、模拟量以及数字量信号采集实现数据采集。
2.根据权利要求1所述的面向供热计量系统的物联网智能数据采集解析装置，其特征在于，所述数据采集模块包括SCI单元以及ADC单元，其中ADC单元经过信号调理电路进行数据采用，SCI单元通过计量设备的单片机为核心的前端数据采集单元进行数据采集。
3.根据权利要求2所述的面向供热计量系统的物联网智能数据采集解析装置，其特征在于，所述数据解析模块采用RTU模式，每个字节包括8个数据位、1个停止位、0个校验位。
4.根据权利要求3所述的面向供热计量系统的物联网智能数据采集解析装置，其特征在于，所述数据解析模块的帧间时间间隔3.5个字节长度。
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