CN112601209A - 一种电力检测设备的间歇式近场通讯方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电力检测设备的间歇式近场通讯方法和装置，方法包括：主设备控制模块向作为主设备的网关发送配置信息；主设备根据配置信息进行参数以及MAC地址设置，构件从设备队列和从设备设置信息队列；主设备在扫描时间内扫描；N个从设备在广播时间内广播；主设备在扫描过程中将处于广播状态的从设备加入希望连接队列，在结束扫描时，将位于希望连接队列中且仍处于广播状态的从设备作为在线从设备，并依次与所有的在线从设备进行连接和通讯；主设备将接受到的检测信息更新入上报队列，并在第一上报时间将检测信息发送给主设备控制模块；本发明的通讯方法和装置，实现了传感器和终端的数据交互，降低了网关与无线传感器的工作功耗。

Description

一种电力检测设备的间歇式近场通讯方法和装置
技术领域
本发明涉及电力检测设备通讯技术领域，尤其是一种电力检测设备的间歇式近场通讯方法和装置。
背景技术
随着物联网技术在电力行业的应用落地，要求对电力设备进行的多维、立体、实时在线监测，对分布式监测设备在低功耗及无线通讯技术方面提出了新的要求。在最新的行业规范中，电力物联网将分层为：感知层（包括传感器、汇聚节点，接入节点）、网络层、平台层、应用层。在一些分布式应用场景中，比如：电缆接头综合监控、智能接地箱、分布式杆塔综合监测等应用中，如何将众多的传感器的数据可靠、稳定的汇总，并及时上报，将是决定整个监测系统真正发挥作用的关键；但是，在一些应用现场无法提供稳定电源或者只能通过电池供电的情况下，如何保证系统的可靠、实时运行，是面临的一个挑战。
在现场的行业产品中，主要通过以下两种方式对多个传感器的数据进行上报：
一、每个传感器作为独立的节点，通过远距离通讯（如GPRS、NB-IoT、4G）等方式，直接上传到后台管理软件平台；
二、在有多传感器且比较集中的采集现场，布署一台网关，它的作用就是将各个传感器或采集器的数据通过有线的方式，如RS485、RJ45、AI信号线等方式进行汇总，再通过有线或无线的方式进行上传。
对于第一种方式，存在的主要问题有：1、每个传感器都要求有远距离通讯功能，增加了通讯费用；2、软件平台需要对每一个传感器进行单独的管理与配置，增加平台软件系统配置和管理的复杂性；3、由于每一个传感器都要求配置无线天线，并要求现场引有公网信号，现场布线比较复杂；4、传感器无法承担复杂的通讯协议、以及其它的边缘计算、扩展功能。针对第二种方案，存在的主要问题有：1、网关要求电源持续供电，以便能处于连续工作状态中，而这个条件在一些场合很难或根本不可能被满足；2、由于所有的传感器都要通过有线的方式接入到网关上，现场布线复杂，不利于后期的产品维护；因此需要寻找一种能够解决上述问题的方法。
发明内容
有鉴于此，需要克服现有技术中的上述缺陷中的至少一个，本发明提供了一种电力检测设备的间歇式近场通讯方法，包括以下步骤：主设备控制模块向作为主设备的网关发送配置信息，所述配置信息包括主设备管理信息以及从设备设置信息；主设备接收网管控制模块发送来的所述配置信息，并根据所述主设备管理信息进行参数以及MAC地设置，根据所述从设备设置信息构件从设备队列和从设备设置信息队列；所述主设备在扫描时间内进行扫描；N个从设备分别在其对应的广播时间内进行广播；所述主设备在扫描过程中将处于广播状态的从设备加入希望连接队列；一旦所述主设备结束扫描，所述主设备将位于所述希望连接队列中且当前处于广播状态的所有从设备均作为在线从设备，并依次与所有的所述在线从设备进行连接和通讯；所述主设备将接受到的检测信息更新入上报队列，并在预设的第一上报时间向所述主设备控制模块发送唤醒或中断信号；所述主设备控制模块被唤醒或中断后向所述主设备发送信息获取信号；所述主设备将上报队列中的所述检测信息发送给所述主设备控制模块，并进入休眠状态，其中，与所述在线从设备进行连接和通讯的方法包括：所述在线从设备将对应的检测信息发送给所述主设备；所述主设备判断所述设备设置信息中是否包含该在线从设备对应的子设置信息，一旦判断为包含，就将该子设置信息发送给所述在线从设备；否则向所述在线从设备发送收到反馈信息；所述主设备向所述在线从设备发送主设备断开连接信息；所述在线从设备完成检测信息的发送后向所述主设备发送从设备断开连接信息并与所述主设备断开连接；所述主设备接收到所述在线从设备发送来的所述从设备断开连接信息后与该在先从设备的连接。
根据本专利背景技术中对现有技术所述，目前对多个传感器的数据进行上报的方式主要为：将每个传感器作为独立的节点通过远距离通讯直接上传到后台管理软件平台，或者布署一台网关，通过该网关将各个传感器或采集器的数据通过有线的方式进行实时汇总上传，上述方式存在以下问题：采用第一种方式通讯成本高、终端系统配置和管理复杂、现场布线比较复杂、传感器无法承担复杂的通讯协议；采用第二种方案在部分现场无法满足持续供电的条件，且现场布线复杂；而本发明公开的电力检测设备的间歇式近场通讯方法，网关工作在主设备模式下，无线传感器工作在从设备模式下，主设备和从设备都处于间隙工作模式下，通过近场通讯方法进行通讯连接，从而达到数据交互的作用，一方面通过近场通讯方式，解决了有线接入的问题；另外一方面，通过网关与无线传感器之间的间歇工作模式，解决了网关需要一直工作的问题；同时进一步降低了网关与无线传感器的工作功耗。
另外，根据本发明公开的一种电力检测设备的间歇式近场通讯方法还具有如下附加技术特征：
进一步地，所述主设备控制模块为网关单片机，所述网关单片机与所述网关通过串口连接。
进一步地，所述主设备将位于所述希望连接队列中且当前处于广播状态的所有从设备均作为在线从设备，将位于所述希望连接队列中且当前不处于广播状态的所有从设备加入连接失败队列；所述主设备将接受到的检测信息更新入上报队列，根据所述连接失败队列中的从设备数量更新连接失败信息，将所述连接失败队列删除，并在预设的第二上报周期将上报队列中的所述连接失败信息发送给所述主设备控制模块，所述主设备控制模块根据所述连接失败信息更新所述从设备设置信息并将更新后的所述从设备设置信息发送给所述主设备。
根据连接失败信息实时调整扫描周期和广播周期以保证从设备在每个广播周期都能与主设备进行一次握手，数据交换。
进一步地，所述主设备管理信息包括扫描周期，每个所述扫描周期由扫描时间和扫描间隔时间构成；所述子设置信息包括所述从设备的地址及广播周期，所述从设备中预先存储有广播地址，如果主设备发送子设备信息中包括有新的广播周期，所述从设备将预设的广播周期更新为新的广播周期，每个所述广播周期由广播时间和广播间隔时间构成。
更进一步地，所述广播时间为连续广播时间，所述扫描时间为连续扫描时间。
更进一步地，所述广播周期为1s，所述连续广播时间为3ms，所述连续扫描时间为1.2s，所述扫描周期为1min。
网关工作在主设备模式下，要求每1分钟进行一次扫描，每次扫描时间不低于1.2秒；而从设备每1秒钟进行一次广播，这样可以保证主、从设备每1分钟进行一次握手，并进行数据交换，从而能够适用于被测参数变化快，监测系统实时性要求比较高的应用场合。
进一步地，所述广播时间由M个广播子周期构成，每个所述广播子周期由连续广播子时间和广播子间隔时间构成，所述扫描时间为连续扫描时间。
进一步地，所述广播周期为1h，所述广播时间为2min，所述广播子周期为1s，所述连续扫描时间为1.2s，所述扫描间隔时间为1min。
网关工作在主设备模式下，每1分钟进行一次扫描，每次扫描时间不低于1.2秒；而从设备在达到广播时间时，广播时间2分钟，广播间隔1秒，这样可以保证主、从设备在每一个广播周期内能够进行一次握手，并进行数据交换。
进一步地，所述扫描时间与所述广播时间同步；所述主设备每隔预定时间向所述从设备授时。
网关工作在主设备模式下，无线传感器工作在从设备模式下，双方在约定具体的某一时间点进行同步操作，主工作在扫描模式，从工作在广播模式，主设备会定期对从设备进行授时，以保证主从设备的同步性。
进一步地，一旦所述从设备检测到异常信号，所述从设备就将该所述异常信号实时发送给所述主设备；当所述主设备处于扫描状态并扫描到该从设备，所述主设备与该从设备进行连接和通讯，并判断当前是否处于上报时间，当不处于所述上报时间时，向所述主设备管理模块发送唤醒或中断信号；所述主设备控制模块被唤醒或中断后向所述主设备发送信息获取信号；所述主设备接收到所述信息获取信号将所述异常信息发送给所述主设备控制模块。
为了提高系统响应时间，当有非周期性信号（例如突发信号）时，从设备还可以即时的进行一段时间的广播。
进一步地，所述主设备与N个所述从设备通过无线通信方式连接。
进一步地，所述主设备与N个所述从设备通过近场通讯方式通信，所述近场通讯方式可以选择比如蓝牙BLE、ZigBee、2.4G-Lora。
进一步地，N为20。
根据本发明的另一方面，还提供了一种基于上述的一种电力检测设备的间歇式近场通讯方法的间歇式近场通讯装置，包括：用于与N个分别作为N个所述从设备的电力检测设备通信的主设备，所述主设备为所述网关；以及与所述主设备连接的主设备控制模块。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明的一个实施例中间歇式近场通讯装置的原理框图；
图2为本发明的一个实施例中主设备和从设备的通讯周期分布示意图；
图3为本发明的又一个实施例中主设备和从设备的通讯周期分布示意图；
图4为本发明的再一个实施例中主设备和从设备的通讯周期分布示意图；
图5为本发明的一个实施例中主设备和从设备的连接通讯建立示意图；以及
图6为本发明的一个实施例中电力检测设备的间歇式近场通讯方法的动作流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件；下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“底”、“顶”、“前”、“后”、“内”、“外”、“横”、“竖”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
本发明的构思如下，提供一种电力检测设备的间歇式近场通讯方法和通讯装置，网关工作在主设备模式下，无线传感器工作在从设备模式下，主设备和从设备都处于间隙工作模式下，通过近场通讯方法进行通讯连接，从而达到数据交互的作用，一方面通过近场通讯方式，解决了有线接入的问题；另外一方面，通过网关与无线传感器之间的间歇工作模式，解决了网关需要一直工作的问题；同时进一步降低了网关与无线传感器的工作功耗。
下面将参照附图来描述本发明的电力检测设备的间歇式近场通讯方法和通讯装置，图1为本发明的一个实施例中间歇式近场通讯装置的原理框图；图2为本发明的一个实施例中主设备和从设备的通讯周期分布示意图；图3为本发明的又一个实施例中主设备和从设备的通讯周期分布示意图；图4为本发明的再一个实施例中主设备和从设备的通讯周期分布示意图；图5为本发明的一个实施例中主设备和从设备的连接通讯建立示意图；以及图6为本发明的一个实施例中电力检测设备的间歇式近场通讯方法的动作流程图。
如图1、图5和图6所示，根据本发明的实施例，电力检测设备的间歇式近场通讯方法包括以下步骤：主设备控制模块向作为主设备的网关发送配置信息，所述配置信息包括主设备管理信息以及从设备设置信息；主设备接收网管控制模块发送来的所述配置信息，并根据所述主设备管理信息进行参数以及MAC地设置，根据所述从设备设置信息构件从设备队列和从设备设置信息队列；所述主设备在扫描时间内进行扫描；N个从设备分别在其对应的广播时间内进行广播；所述主设备在扫描过程中将处于广播状态的从设备加入希望连接队列；一旦所述主设备结束扫描，所述主设备将位于所述希望连接队列中且当前处于广播状态的所有从设备均作为在线从设备，并依次与所有的所述在线从设备进行连接和通讯；所述主设备将接受到的检测信息更新入上报队列，并在预设的第一上报时间向所述主设备控制模块发送唤醒或中断信号；所述主设备控制模块被唤醒或中断后向所述主设备发送信息获取信号；所述主设备将上报队列中的所述检测信息发送给所述主设备控制模块，并进入休眠状态，其中，与所述在线从设备进行连接和通讯的方法包括：所述在线从设备将对应的检测信息发送给所述主设备；所述主设备判断所述设备设置信息中是否包含该在线从设备对应的子设置信息，一旦判断为包含，就将该子设置信息发送给所述在线从设备；否则向所述在线从设备发送收到反馈信息；所述主设备向所述在线从设备发送主设备断开连接信息；所述在线从设备完成检测信息的发送后向所述主设备发送从设备断开连接信息并与所述主设备断开连接；所述主设备接收到所述在线从设备发送来的所述从设备断开连接信息后与该在先从设备的连接。
根据本专利背景技术中对现有技术所述，目前对多个传感器的数据进行上报的方式主要为：将每个传感器作为独立的节点通过远距离通讯直接上传到后台管理软件平台，或者布署一台网关，通过该网关将各个传感器或采集器的数据通过有线的方式进行实时汇总上传，上述方式存在以下问题：采用第一种方式通讯成本高、终端系统配置和管理复杂、现场布线比较复杂、传感器无法承担复杂的通讯协议；采用第二种方案在部分现场无法满足持续供电的条件，且现场布线复杂；而本发明公开的电力检测设备的间歇式近场通讯方法，网关工作在主设备模式下，无线传感器工作在从设备模式下，主设备和从设备都处于间隙工作模式下，通过近场通讯方法进行通讯连接，从而达到数据交互的作用，一方面通过近场通讯方式，解决了有线接入的问题；另外一方面，通过网关与无线传感器之间的间歇工作模式，解决了网关需要一直工作的问题；同时进一步降低了网关与无线传感器的工作功耗。
另外，根据本发明公开的一种电力检测设备的间歇式近场通讯方法还具有如下附加技术特征：
根据本发明的一些实施例，所述主设备控制模块为网关单片机，所述网关单片机与所述网关通过串口连接。
根据本发明的一些实施例，所述主设备将位于所述希望连接队列中且当前处于广播状态的所有从设备均作为在线从设备，将位于所述希望连接队列中且当前不处于广播状态的所有从设备加入连接失败队列；所述主设备将接受到的检测信息更新入上报队列，根据所述连接失败队列中的从设备数量更新连接失败信息，将所述连接失败队列删除，并在预设的第二上报周期将上报队列中的所述连接失败信息发送给所述主设备控制模块，所述主设备控制模块根据所述连接失败信息更新所述从设备设置信息并将更新后的所述从设备设置信息发送给所述主设备。
根据连接失败信息实时调整扫描周期和广播周期以保证从设备在每个广播周期都能与主设备进行一次握手，数据交换。
根据本发明的一些实施例，所述主设备管理信息包括扫描周期，每个所述扫描周期由扫描时间和扫描间隔时间构成；所述子设置信息包括所述从设备的地址及广播周期，所述从设备中预先存储有广播地址，如果主设备发送子设备信息中包括有新的广播周期，所述从设备将预设的广播周期更新为新的广播周期，每个所述广播周期由广播时间和广播间隔时间构成。
根据本发明的一些实施例，所述广播时间为连续广播时间，所述扫描时间为连续扫描时间。
根据本发明的一个实施例，所述广播周期为1s，所述连续广播时间为3ms，所述连续扫描时间为1.2s，所述扫描周期为1min，如图2所示。
网关工作在主设备模式下，要求每1分钟进行一次扫描，每次扫描时间不低于1.2秒；而从设备每1秒钟进行一次广播，这样可以保证主、从设备每1分钟进行一次握手，并进行数据交换，从而能够适用于被测参数变化快，监测系统实时性要求比较高的应用场合。
根据本发明的一些实施例，所述广播时间由M个广播子周期构成，每个所述广播子周期由连续广播子时间和广播子间隔时间构成，所述扫描时间为连续扫描时间。
根据本发明的一个实施例，所述广播周期为1h，所述广播时间为2min，所述广播子周期为1s，所述连续扫描时间为1.2s，所述扫描间隔时间为1min，如图3所示。
网关工作在主设备模式下，每1分钟进行一次扫描，每次扫描时间不低于1.2秒；而从设备在达到广播时间时，广播时间2分钟，广播间隔1秒，这样可以保证主、从设备在每一个广播周期内能够进行一次握手，并进行数据交换。
根据本发明的一些实施例，所述扫描时间与所述广播时间同步；所述主设备每隔预定时间向所述从设备授时，如图4所示。
网关工作在主设备模式下，无线传感器工作在从设备模式下，双方在约定具体的某一时间点进行同步操作，主工作在扫描模式，从工作在广播模式，主设备会定期对从设备进行授时，以保证主从设备的同步性。
根据本发明的一些实施例，一旦所述从设备检测到异常信号，所述从设备就将该所述异常信号实时发送给所述主设备；当所述主设备处于扫描状态并扫描到该从设备，所述主设备与该从设备进行连接和通讯，并判断当前是否处于上报时间，当不处于所述上报时间时，向所述主设备管理模块发送唤醒或中断信号；所述主设备控制模块被唤醒或中断后向所述主设备发送信息获取信号；所述主设备接收到所述信息获取信号将所述异常信息发送给所述主设备控制模块，如图3所示。
为了提高系统响应时间，当有非周期性信号（例如突发信号）时，从设备还可以即时的进行一段时间的广播。
根据本发明的一些实施例，所述主设备与N个所述从设备通过无线通信方式连接。
根据本发明的一些实施例，所述主设备与N个所述从设备通过近场通讯方式通信，所述近场通讯方式可以选择比如蓝牙BLE、ZigBee、2.4G-Lora。
根据本发明的一些实施例，N为20。
根据本发明的另一方面，还提供了一种基于上述的一种电力检测设备的间歇式近场通讯方法的间歇式近场通讯装置，包括：用于与N个分别作为N个所述从设备的电力检测设备通信的主设备，所述主设备为所述网关；以及与所述主设备连接的主设备控制模块。
任何提及“一个实施例”、“实施例”、“示意性实施例”等意指结合该实施例描述的具体构件、结构或者特点包含于本发明的至少一个实施例中。在本说明书各处的该示意性表述不一定指的是相同的实施例。而且，当结合任何实施例描述具体构件、结构或者特点时，所主张的是，结合其他的实施例实现这样的构件、结构或者特点均落在本领域技术人员的范围之内。
尽管参照本发明的多个示意性实施例对本发明的具体实施方式进行了详细的描述，但是必须理解，本领域技术人员可以设计出多种其他的改进和实施例，这些改进和实施例将落在本发明原理的精神和范围之内；具体而言，在前述公开、附图以及权利要求的范围之内，可以在零部件和/或者从属组合布局的布置方面作出合理的变型和改进，而不会脱离本发明的精神；除了零部件和/或布局方面的变型和改进，其范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种电力检测设备的间歇式近场通讯方法，其特征在于，包括以下步骤：
主设备控制模块向作为主设备的网关发送配置信息，所述配置信息包括主设备管理信息以及从设备设置信息；
主设备接收网管控制模块发送来的所述配置信息，并根据所述主设备管理信息进行参数以及MAC地址设置，根据所述从设备设置信息构件从设备队列和从设备设置信息队列；
所述主设备在扫描时间内进行扫描；
N个从设备分别在其对应的广播时间内进行广播；
所述主设备在扫描过程中将处于广播状态的从设备加入希望连接队列；
一旦所述主设备结束扫描，所述主设备将位于所述希望连接队列中且当前处于广播状态的所有从设备均作为在线从设备，并依次与所有的所述在线从设备进行连接和通讯；
所述主设备将接受到的检测信息更新入上报队列，并在预设的第一上报时间向所述主设备控制模块发送唤醒或中断信号；
所述主设备控制模块被唤醒或中断后向所述主设备发送信息获取信号；
所述主设备将上报队列中的所述检测信息发送给所述主设备控制模块，
其中，与所述在线从设备进行连接和通讯的方法包括：
所述在线从设备将对应的检测信息发送给所述主设备；
所述主设备判断所述设备设置信息中是否包含该在线从设备对应的子设置信息，一旦判断为包含，就将该子设置信息发送给所述在线从设备；否则向所述在线从设备发送收到反馈信息；
所述主设备向所述在线从设备发送主设备断开连接信息；
所述在线从设备完成检测信息的发送后向所述主设备发送从设备断开连接信息并与所述主设备断开连接；
所述主设备接收到所述在线从设备发送来的所述从设备断开连接信息后与该在先从设备的连接。
2.根据权利要求1所述的一种电力检测设备的间歇式近场通讯方法，其特征在于，所述主设备将位于所述希望连接队列中且当前处于广播状态的所有从设备均作为在线从设备，将位于所述希望连接队列中且当前不处于广播状态的所有从设备加入连接失败队列；
所述主设备将接受到的检测信息更新入上报队列，根据所述连接失败队列中的从设备数量更新连接失败信息，将所述连接失败队列删除，并在预设的第二上报周期将上报队列中的所述连接失败信息发送给所述主设备控制模块，所述主设备控制模块根据所述连接失败信息更新所述从设备设置信息并将更新后的所述从设备设置信息发送给所述主设备。
3.根据权利要求1所述的一种电力检测设备的间歇式近场通讯方法，其特征在于，所述主设备管理信息包括扫描周期，每个所述扫描周期由扫描时间和扫描间隔时间构成；所述子设置信息包括所述从设备的地址及广播周期，每个所述广播周期由广播时间和广播间隔时间构成。
4.根据权利要求3所述的一种电力检测设备的间歇式近场通讯方法，其特征在于，所述广播时间为连续广播时间，所述扫描时间为连续扫描时间。
5.根据权利要求4所述的一种电力检测设备的间歇式近场通讯方法，其特征在于，所述广播周期为1s，所述连续广播时间为3ms，所述连续扫描时间为1.2s，所述扫描周期为1min。
6.根据权利要求3所述的一种电力检测设备的间歇式近场通讯方法，其特征在于，所述广播时间由M个广播子周期构成，每个所述广播子周期由连续广播子时间和广播子间隔时间构成，所述扫描时间为连续扫描时间。
7.根据权利要求6所述的一种电力检测设备的间歇式近场通讯方法，其特征在于，所述广播周期为1h，所述广播时间为2min，所述广播子周期为1s，所述连续扫描时间为1.2s，所述扫描间隔时间为1min。
8.根据权利要求3所述的一种电力检测设备的间歇式近场通讯方法，其特征在于，所述扫描时间与所述广播时间同步；所述主设备每隔预定时间向所述从设备授时。
9.根据权利要求1所述的一种电力检测设备的间歇式近场通讯方法，其特征在于，
所述主设备与N个所述从设备通过无线通信方式连接。
10.一种基于权利要求1至9中任意一项所述的一种电力检测设备的间歇式近场通讯方法的间歇式近场通讯装置，其特征在于，包括：用于与N个分别作为N个所述从设备的电力检测设备通信的主设备，所述主设备为所述网关；以及与所述主设备连接的主设备控制模块。
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