CN112581307A - 一种实现智能传感器即插即用的交互方法及系统 - Google Patents

一种实现智能传感器即插即用的交互方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种实现智能传感器即插即用的交互方法及系统，其方法包括：基于智能传感器与边缘终端的物理连接关系，通过所述智能传感器接收所述边缘终端所发送的报文信息；利用所述智能传感器对所述报文信息进行解析，并与所述边缘终端建立通信连接响应；基于所述智能传感器与所述边缘终端的通信连接关系，通过所述智能传感器向所述边缘终端发送传感数据。在本发明实施例中，利用规范化的统一通信规约可实现各类数据在边缘终端与智能传感器之间的非通信网络传输，提高低压配电网对智能传感器接入的适应性、可靠性和灵活性。

Description

一种实现智能传感器即插即用的交互方法及系统
技术领域
本发明涉及配电网交互技术领域，尤其涉及一种实现智能传感器即插即用的交互方法及系统。
背景技术
配电网是社会发展和国民经济的重要公共基础设施。低压配电网位于配电网的末端，担负着连接输电网及直接面向用户供电的重要职责，是保证供电质量的关键环节，且低压配电网为当前电力物联网发展过程中最重要的应用场合。长期以来由于技术与管理的滞后，低压配电网一直存在终端设备数量多、种类繁杂、智能化水平低、标准不统一、网络走线不规范等问题，导致台区运维、设备调控、用户体验与资产管理等方面仍较为落后。尤其是在台区运维方面，目前故障排查工作主要依靠人工巡视完成，工作效率十分低下。
为适应电力全域物联网的应用需求，现有低压配电网数据采集系统将逐步发展成为“云平台—边缘节点—采集终端”的体系架构，而作为核心边缘节点的边缘终端设备必须具备即插即用多种采集终端(如智能传感器)的能力，以实现适合未来电力全域物联网的基本需求。然而随着传感器技术的不断深化应用，日益繁多的传感器设备由于采集数据的表达格式无法统一、设备信息的交互类型不一致等弊端，难以实现边缘终端设备在不同网络环境中的自识别与即插即用能力。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，本发明提供了一种实现智能传感器即插即用的交互方法及系统，利用规范化的统一通信规约可实现各类数据在边缘终端与智能传感器之间的非通信网络传输，提高低压配电网对智能传感器接入的适应性、可靠性和灵活性。
为了解决上述问题，本发明提出了一种实现智能传感器即插即用的交互方法，所述方法包括：
基于智能传感器与边缘终端的物理连接关系，通过所述智能传感器接收所述边缘终端所发送的报文信息；
利用所述智能传感器对所述报文信息进行解析，并与所述边缘终端建立通信连接响应；
基于所述智能传感器与所述边缘终端的通信连接关系，通过所述智能传感器向所述边缘终端发送传感数据。
可选的，所述利用所述智能传感器对所述报文信息进行解析，并与所述边缘终端建立通信连接响应包括：
从所述报文信息中解析出上行报文与下行报文；
基于所述下行报文与所述智能传感器相关信息的匹配验证结果，触发所述智能传感器响应所述上行报文并与所述边缘终端建立通信连接。
可选的，所述下行报文包括前期验证信息和后期验证信息；
所述前期验证信息包括传感器地址和报文校验码，所述后期验证信息包括报文类型和存储数据长度。
可选的，所述基于所述下行报文与所述智能传感器相关信息的匹配验证结果，触发所述智能传感器响应所述上行报文并与所述边缘终端建立通信连接包括：
将所述下行报文中的前期验证信息与所述智能传感器的通信地址进行匹配，判断所述前期验证信息是否正确；
在判断所述前期验证信息正确之后，继续将所述下行报文中的后期验证信息与所述智能传感器的通信类型进行匹配，判断所述后期验证信息是否符合通信规范；
若所述后期验证信息符合通信规范，则触发所述智能传感器响应所述上行报文并与所述边缘终端建立通信连接；
若所述后期验证信息不符合通信规范，则触发所述智能传感器认证所述上行报文为异常报文，并在特定时间段内作出异常响应。
可选的，在判断所述前期验证信息是否正确之后，还包括：
若判断所述前期验证信息不正确，则触发所述边缘终端在等待超时的情况下重新发送报文信息。
另外，本发明实施例还提供了一种实现智能传感器即插即用的交互系统，所述系统包括：
报文接收模块，用于基于智能传感器与边缘终端的物理连接关系，通过所述智能传感器接收所述边缘终端所发送的报文信息；
通信连接模块，用于利用所述智能传感器对所述报文信息进行解析，并与所述边缘终端建立通信连接响应；
数据传输模块，用于基于所述智能传感器与所述边缘终端的通信连接关系，通过所述智能传感器向所述边缘终端发送传感数据。
可选的，所述通信连接模块包括：
报文解析单元，用于从所述报文信息中解析出上行报文与下行报文；
通信匹配单元，用于基于所述下行报文与所述智能传感器相关信息的匹配验证结果，触发所述智能传感器响应所述上行报文并与所述边缘终端建立通信连接。
可选的，所述下行报文包括前期验证信息和后期验证信息；
所述前期验证信息包括传感器地址和报文校验码，所述后期验证信息包括报文类型和存储数据长度。
可选的，所述通信匹配单元用于将所述下行报文中的前期验证信息与所述智能传感器的通信地址进行匹配，判断所述前期验证信息是否正确；在判断所述前期验证信息正确之后，继续将所述下行报文中的后期验证信息与所述智能传感器的通信类型进行匹配，判断所述后期验证信息是否符合通信规范；若所述后期验证信息符合通信规范，则触发所述智能传感器响应所述上行报文并与所述边缘终端建立通信连接；若所述后期验证信息不符合通信规范，则触发所述智能传感器认证所述上行报文为异常报文，并在特定时间段内作出异常响应。
可选的，所述通信匹配单元还用于在判断所述前期验证信息不正确之后，触发所述边缘终端在等待超时的情况下重新发送报文信息。
在本发明实施例中，通过构建规范化的统一通信规约可实现各类数据在边缘终端与智能传感器之间的非通信网络传输，且保持各类数据的表达格式一致，以此提高低压配电网对智能传感器接入的适应性、可靠性和灵活性，从而降低人工巡视排查配电网故障的工作成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅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的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例中的实现智能传感器即插即用的交互方法的流程示意图；
图2是本发明实施例中的智能传感器即插即用的场景应用示意图；
图3是本发明实施例中的实现智能传感器即插即用的交互系统的结构组成示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
请参阅图1，图1示出了本发明实施例中的实现智能传感器即插即用的交互方法的流程示意图。
如图1所示，一种实现智能传感器即插即用的交互方法，所述方法包括如下步骤：
S101、基于智能传感器与边缘终端的物理连接关系，通过所述智能传感器接收所述边缘终端所发送的报文信息；
在本发明实施例中，结合图2所示出的智能传感器即插即用的场景应用示意图，所述智能传感器包括电流传感器、温湿度传感器、水浸传感器、油温传感器、气体传感器和局方传感器，在使用过程中任意一类传感器与所述边缘终端之间是以二线RS485串行方式相连接的，通过所述边缘终端识别到端口连接状态后开始以问答方式向相对应的传感器发起通信连接请求，且期间数据传输采用Modbus-RTU规约，限定每帧报文信息不超过255字节。
S102、利用所述智能传感器对所述报文信息进行解析，并与所述边缘终端建立通信连接响应；
本发明实施过程包括：
(1)从所述报文信息中解析出上行报文与下行报文，其中所述下行报文包括前期验证信息和后期验证信息；
具体的，所述前期验证信息包括传感器地址和报文校验码：所述传感器地址范围为001～247且广播地址为255(仅允许广播读、不允许广播写)；所述报文校验码的计算范围为缓冲区的第一字节至校验码的前一字节，主要采用CRC16-MODBUS校验算法。
具体的，所述后期验证信息包括报文类型(如表1所示)和存储数据长度(如表2所示)：
表1报文类型统计表
Figure BDA0002786408670000051
表2正常报文统计表
Figure BDA0002786408670000052
Figure BDA0002786408670000061
(2)基于所述下行报文与所述智能传感器相关信息的匹配验证结果，触发所述智能传感器响应所述上行报文并与所述边缘终端建立通信连接。
具体的，利用图2所示出的融合数据中心以及边缘计算APP可完成对所述下行报文的匹配验证，主要分为以下两步骤进行：
步骤1：将所述下行报文中的前期验证信息与所述智能传感器的通信地址进行匹配，判断所述前期验证信息是否正确，其判断结果包括：在判断所述前期验证信息正确之后，说明此刻已成功对接相对应的传感器，继续跳转步骤2执行；在判断所述前期验证信息不正确之后，说明此刻未有任何一个传感器可匹配传输条件，则触发所述边缘终端在等待超时的情况下重新发送报文信息；
步骤2：将所述下行报文中的后期验证信息与所述智能传感器的通信类型进行匹配，判断所述后期验证信息是否符合通信规范，其判断结果包括：在判断所述后期验证信息符合通信规范之后，则触发所述智能传感器响应所述上行报文并与所述边缘终端建立通信连接，此处所述上行报文的格式参照表2所示；在判断所述后期验证信息不符合通信规范之后，则触发所述智能传感器认证所述上行报文为异常报文，并在特定时间段内(本发明实施例限定所述特定时间段为500ms)作出异常响应，其目的在于向所述边缘终端反馈需要更新报文通信规格的告警信息。
其中，所述后期验证信息不符合通信规范的主要内容为存在不支持的报文类型或者数据地址越界，此时所述智能传感器认证所述上行报文为异常报文，其报文格式参照表3所示，且相对应的异常类型码如表4所示。
表3异常报文统计表
Figure BDA0002786408670000071
表4异常类型码对照表
异常类型码 含义 异常类型码 含义
01H 功能码类型无效 04H CRC校验错误
02H 寄存器起始地址无效
03H 数据长度越界 06H 智能传感器忙
S103、基于所述智能传感器与所述边缘终端的通信连接关系，通过所述智能传感器向所述边缘终端发送传感数据。
在本发明实施例中，利用图2所示出的本地通信APP与所述智能传感器中任意一类传感器建立通信连接关系之后，由该类传感器开始发送传感数据，并由图2所示出的融合数据中心进行格式转换后经由远程通信APP传输至云端全域物联网平台进行实时采集，且在所述边缘终端的数据对接期间，内部融合数据中心的寄存器分配状态如表4所示。
表4寄存器分配状态表
Figure BDA0002786408670000072
Figure BDA0002786408670000081
Figure BDA0002786408670000091
在具体实施过程中，该类传感器的传感数据每10秒更新一次，当所述边缘终端自动扫描成功后，Modbus通讯协议的寄存器数据将会随之更新，反之所述边缘终端无法扫描数据时Modbus通讯协议的寄存器数据将维持不变，且此更新状态可由Modbus_Update_Flag表征出来，具体表现为：当Modbus_Update_Flag为1时说明该类传感器的传感数据在30秒内更新过，可作为有效数据；当Modbus_Update_Flag为0时说明该类传感器的传感数据超过30秒仍没有更新，并不能很好地反映实时数据，可作为过期数据。此外，设置Work_Status状态字节可直观反映出该类传感器监测点的停电状态、电流过载预警告警、运行参数以及是否已经进行相应的校准，其位定义如表5所示。
表5 Work_Status状态字节的位定义
Figure BDA0002786408670000101
在本发明实施例中，通过构建规范化的统一通信规约可实现各类数据在边缘终端与智能传感器之间的非通信网络传输，且保持各类数据的表达格式一致，以此提高低压配电网对智能传感器接入的适应性、可靠性和灵活性，从而降低人工巡视排查配电网故障的工作成本。
实施例
请参阅图3，图3示出了本发明实施例中的实现智能传感器即插即用的交互系统的结构组成示意图。
如图3所示，一种实现智能传感器即插即用的交互系统，所述系统包括如下：
报文接收模块201，用于基于智能传感器与边缘终端的物理连接关系，通过所述智能传感器接收所述边缘终端所发送的报文信息；
在本发明实施例中，结合图2所示出的智能传感器即插即用的场景应用示意图，所述智能传感器包括电流传感器、温湿度传感器、水浸传感器、油温传感器、气体传感器和局方传感器，在使用过程中任意一类传感器与所述边缘终端之间是以二线RS485串行方式相连接的，通过所述边缘终端识别到端口连接状态后开始以问答方式向相对应的传感器发起通信连接请求，且期间数据传输采用Modbus-RTU规约，限定每帧报文信息不超过255字节。
通信连接模块202，用于利用所述智能传感器对所述报文信息进行解析，并与所述边缘终端建立通信连接响应；
本发明实施过程包括：
(1)从所述报文信息中解析出上行报文与下行报文，其中所述下行报文包括前期验证信息和后期验证信息；
具体的，所述前期验证信息包括传感器地址和报文校验码：所述传感器地址范围为001～247且广播地址为255(仅允许广播读、不允许广播写)；所述报文校验码的计算范围为缓冲区的第一字节至校验码的前一字节，主要采用CRC16-MODBUS校验算法。
具体的，所述后期验证信息包括报文类型(如表1所示)和存储数据长度(如表2所示)：
表1报文类型统计表
Figure BDA0002786408670000111
表2正常报文统计表
Figure BDA0002786408670000112
(2)基于所述下行报文与所述智能传感器相关信息的匹配验证结果，触发所述智能传感器响应所述上行报文并与所述边缘终端建立通信连接。
具体的，利用图2所示出的融合数据中心以及边缘计算APP可完成对所述下行报文的匹配验证，主要分为以下两步骤进行：
步骤1：将所述下行报文中的前期验证信息与所述智能传感器的通信地址进行匹配，判断所述前期验证信息是否正确，其判断结果包括：在判断所述前期验证信息正确之后，说明此刻已成功对接相对应的传感器，继续跳转步骤2执行；在判断所述前期验证信息不正确之后，说明此刻未有任何一个传感器可匹配传输条件，则触发所述边缘终端在等待超时的情况下重新发送报文信息；
步骤2：将所述下行报文中的后期验证信息与所述智能传感器的通信类型进行匹配，判断所述后期验证信息是否符合通信规范，其判断结果包括：在判断所述后期验证信息符合通信规范之后，则触发所述智能传感器响应所述上行报文并与所述边缘终端建立通信连接，此处所述上行报文的格式参照表2所示；在判断所述后期验证信息不符合通信规范之后，则触发所述智能传感器认证所述上行报文为异常报文，并在特定时间段内(本发明实施例限定所述特定时间段为500ms)作出异常响应，其目的在于向所述边缘终端反馈需要更新报文通信规格的告警信息。
其中，所述后期验证信息不符合通信规范的主要内容为存在不支持的报文类型或者数据地址越界，此时所述智能传感器认证所述上行报文为异常报文，其报文格式参照表3所示，且相对应的异常类型码如表4所示。
表3异常报文统计表
Figure BDA0002786408670000121
表4异常类型码对照表
异常类型码 含义 异常类型码 含义
01H 功能码类型无效 04H CRC校验错误
02H 寄存器起始地址无效
03H 数据长度越界 06H 智能传感器忙
数据传输模块203，用于基于所述智能传感器与所述边缘终端的通信连接关系，通过所述智能传感器向所述边缘终端发送传感数据。
在本发明实施例中，利用图2所示出的本地通信APP与所述智能传感器中任意一类传感器建立通信连接关系之后，由该类传感器开始发送传感数据，并由图2所示出的融合数据中心进行格式转换后经由远程通信APP传输至云端全域物联网平台进行实时采集，且在所述边缘终端的数据对接期间，内部融合数据中心的寄存器分配状态如表4所示。
表4寄存器分配状态表
Figure BDA0002786408670000131
Figure BDA0002786408670000141
Figure BDA0002786408670000151
在具体实施过程中，该类传感器的传感数据每10秒更新一次，当所述边缘终端自动扫描成功后，Modbus通讯协议的寄存器数据将会随之更新，反之所述边缘终端无法扫描数据时Modbus通讯协议的寄存器数据将维持不变，且此更新状态可由Modbus_Update_Flag表征出来，具体表现为：当Modbus_Update_Flag为1时说明该类传感器的传感数据在30秒内更新过，可作为有效数据；当Modbus_Update_Flag为0时说明该类传感器的传感数据超过30秒仍没有更新，并不能很好地反映实时数据，可作为过期数据。此外，设置Work_Status状态字节可直观反映出该类传感器监测点的停电状态、电流过载预警告警、运行参数以及是否已经进行相应的校准，其位定义如表5所示。
表5 Work_Status状态字节的位定义
Figure BDA0002786408670000152
在本发明实施例中，通过构建规范化的统一通信规约可实现各类数据在边缘终端与智能传感器之间的非通信网络传输，且保持各类数据的表达格式一致，以此提高低压配电网对智能传感器接入的适应性、可靠性和灵活性，从而降低人工巡视排查配电网故障的工作成本。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random AccessMemory)、磁盘或光盘等。
以上对本发明实施例所提供的一种实现智能传感器即插即用的交互方法及系统进行了详细介绍，本文中采用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种实现智能传感器即插即用的交互方法，其特征在于，所述方法包括：
基于智能传感器与边缘终端的物理连接关系，通过所述智能传感器接收所述边缘终端所发送的报文信息；
利用所述智能传感器对所述报文信息进行解析，并与所述边缘终端建立通信连接响应；
基于所述智能传感器与所述边缘终端的通信连接关系，通过所述智能传感器向所述边缘终端发送传感数据。
2.根据权利要求1所述的实现智能传感器即插即用的交互方法，其特征在于，所述利用所述智能传感器对所述报文信息进行解析，并与所述边缘终端建立通信连接响应包括：
从所述报文信息中解析出上行报文与下行报文；
基于所述下行报文与所述智能传感器相关信息的匹配验证结果，触发所述智能传感器响应所述上行报文并与所述边缘终端建立通信连接。
3.根据权利要求2所述的实现智能传感器即插即用的交互方法，其特征在于，所述下行报文包括前期验证信息和后期验证信息；
所述前期验证信息包括传感器地址和报文校验码，所述后期验证信息包括报文类型和存储数据长度。
4.根据权利要求3所述的实现智能传感器即插即用的交互方法，其特征在于，所述基于所述下行报文与所述智能传感器相关信息的匹配验证结果，触发所述智能传感器响应所述上行报文并与所述边缘终端建立通信连接包括：
将所述下行报文中的前期验证信息与所述智能传感器的通信地址进行匹配，判断所述前期验证信息是否正确；
在判断所述前期验证信息正确之后，继续将所述下行报文中的后期验证信息与所述智能传感器的通信类型进行匹配，判断所述后期验证信息是否符合通信规范；
若所述后期验证信息符合通信规范，则触发所述智能传感器响应所述上行报文并与所述边缘终端建立通信连接；
若所述后期验证信息不符合通信规范，则触发所述智能传感器认证所述上行报文为异常报文，并在特定时间段内作出异常响应。
5.根据权利要求4所述的实现智能传感器即插即用的交互方法，其特征在于，在判断所述前期验证信息是否正确之后，还包括：
若判断所述前期验证信息不正确，则触发所述边缘终端在等待超时的情况下重新发送报文信息。
6.一种实现智能传感器即插即用的交互系统，其特征在于，所述系统包括：
报文接收模块，用于基于智能传感器与边缘终端的物理连接关系，通过所述智能传感器接收所述边缘终端所发送的报文信息；
通信连接模块，用于利用所述智能传感器对所述报文信息进行解析，并与所述边缘终端建立通信连接响应；
数据传输模块，用于基于所述智能传感器与所述边缘终端的通信连接关系，通过所述智能传感器向所述边缘终端发送传感数据。
7.根据权利要求6所述的实现智能传感器即插即用的交互系统，其特征在于，所述通信连接模块包括：
报文解析单元，用于从所述报文信息中解析出上行报文与下行报文；
通信匹配单元，用于基于所述下行报文与所述智能传感器相关信息的匹配验证结果，触发所述智能传感器响应所述上行报文并与所述边缘终端建立通信连接。
8.根据权利要求7所述的实现智能传感器即插即用的交互系统，其特征在于，所述下行报文包括前期验证信息和后期验证信息；
所述前期验证信息包括传感器地址和报文校验码，所述后期验证信息包括报文类型和存储数据长度。
9.根据权利要求8所述的实现智能传感器即插即用的交互系统，其特征在于，所述通信匹配单元用于将所述下行报文中的前期验证信息与所述智能传感器的通信地址进行匹配，判断所述前期验证信息是否正确；在判断所述前期验证信息正确之后，继续将所述下行报文中的后期验证信息与所述智能传感器的通信类型进行匹配，判断所述后期验证信息是否符合通信规范；若所述后期验证信息符合通信规范，则触发所述智能传感器响应所述上行报文并与所述边缘终端建立通信连接；若所述后期验证信息不符合通信规范，则触发所述智能传感器认证所述上行报文为异常报文，并在特定时间段内作出异常响应。
10.根据权利要求9所述的实现智能传感器即插即用的交互系统，其特征在于，所述通信匹配单元还用于在判断所述前期验证信息不正确之后，触发所述边缘终端在等待超时的情况下重新发送报文信息。
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