CN112822174A - 一种数据采集智能模组、数据采集箱及数据采集方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种数据采集智能模组、数据采集箱及数据采集方法。所述数据采集智能模组，包括终端本体（1）和多个数据采集模块（2），所述的终端本体（1）和多个数据采集模块（2）分别连接；终端本体（1）通过首层协议与各个数据采集模块（2）进行通信。本申请解决了不同终端产品的同类功能的重复开发导致资源浪费的问题，也即避免了研发测试、生产工艺、场合使用的重复浪费。

Description

一种数据采集智能模组、数据采集箱及数据采集方法
技术领域
本申请涉及数据采集领域，尤其是涉及一种数据采集智能模组、数据采集箱及数据采集方法。
背景技术
随着物联网技术的快速发展，各类物联网终端产品的应用市场也不断扩大，相应的出现了很多针对物联网终端产品数据采集、分析及控制的需求。
目前，针对各类物联网终端采集监测产品，由于其适用场合和功能结构的差异，需要制备与之匹配的不同通信模块的终端产品进行数据采集。
针对上述中的相关技术，发明人认为存在有仅因适用场合和功能结构的局部差异便需选配不同通信模块的终端产品，造成不同终端同类功能的重复开发，导致资源浪费的问题。
发明内容
为了解决针对各类物联网终端采集监测产品，不同终端产品的同类功能的重复开发导致资源浪费的问题，本申请提供一种数据采集智能模组、数据采集箱及数据采集方法。
第一方面，本申请提供的一种数据采集智能模组，采用如下的技术方案：
一种数据采集智能模组，包括终端本体和多个数据采集模块，所述的终端本体和多个数据采集模块分别连接；终端本体通过首层协议与各个数据采集模块进行通信。
通过采用以上技术方案，将适用于不同终端的数据采集模块单独抽离出来，与一个终端本体连接，组成一个数据采集智能模组，可以适用于多种场合多种终端的数据采集，在实际应用过程中，可根据不同的需求选择相应的数据采集模块进行替换。从而解决了不同终端产品的同类功能的重复开发导致资源浪费的问题。
优选的，所述的终端本体和多个数据采集模块之间通过USB通用串行总线连接。
通过采用以上技术方案，从而可以便于实现即插即用以及热插拔，而且USB通用串行总线可以经过集线器(Hub)进行树状连接，最多可达5层，该总线上可接127个设备，为实现数据采集智能模组的可扩展性提供了条件；此外所述的终端本体和多个数据采集模块之间通过USB通用串行总线连接，使得该数据采集智能模组便于携带，而且传输速度快。
优选的，所述的多个数据采集模块包括：HPLC模块、遥信模块、通信模块、RS485模块、遥控模块和/或MBUS模块。
通过采用以上技术方案，从而可以满足各种终端数据采集的需求，使得本申请的数据采集智能模组的普适性更高。
更有选的，所述的多个数据采集模块从左至右依次排列，HPLC模块安装于最左侧的两个槽位中。
HPLC模块是从电力线采集数据信号的模块，通过采用以上技术方案，从而便于HPLC模块接强电(正常的外部电源)。
第二方面，本申请提供一种数据采集箱，采用如下的技术方案：
一种数据采集箱，包括箱体和前述的数据采集智能模组，所述的数据采集智能模组封装于箱体中。
通过采用上述技术方案，从而便于对所述的数据采集智能模组进行携带。
第三方面，本申请提供一种数据采集方法，采用如下的技术方案：
采用前述的数据采集智能模组进行数据采集的方法，包括以下步骤：
配置终端本体和数据采集模块之间进行通信的首层协议，将数据采集模块信息加入首层协议的数据域中；所述的首层协议的帧格式包括：标志、长度域、控制域、数据域、帧校验FCS和标志；其中，所述的数据域内包括各个数据采集模块本身的通信协议；
相应的数据采集模块上电或重新拔插后，其通过首层协议帧向终端本体发送模块信息；
终端本体识别数据采集模块的类型，并根据所述类型确定所述数据采集模块的内部通信协议；
根据所述内部通信协议的报文格式对所述数据采集模块采集的数据进行解析。
通过采用以上技术方案，从而实现了数据采集智能模组的可扩展性——可以根据使用环境和需求，将相应的数据采集模块快速灵活接入终端本体或替换其他的数据采集模块，进行采集数据和控制；而且在数据采集模块接入终端本体后，均可实现即插即用，即插入或更换模块后，即可立即利用该模块用下数据采集并解析，不需要重启，自动识别。
优选的，通过设置虚拟通道的方式实现终端本体和多个数据采集模块进行通信。
通过采用以上技术方案，从而可以扩充到最多127个模块，而且使得通信速率达到480Mb/s。
优选的，虚拟通道1为虚拟管理通道，对应CDC-ACM串口设备；其他虚拟通道为数据传输通道。
通过采用以上技术方案，通过设置特定的虚拟通道1为虚拟管理通道，并对应CDC-ACM串口设备，从而可以实现通过CDC-ACM串口设备对所有的虚拟通道进行高效管控。
优选的，若增加数据采集模块，则采用共用虚拟通道的方式进行分时采集。
通过采用以上技术方案，从而可以实现数据采集智能模组的有效扩展。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.本申请将适用于不同终端的数据采集模块单独抽离出来，与一个终端本体连接，组成一个数据采集智能模组，可以适用于多种场合多种终端的数据采集，在实际应用过程中，可根据不同的需求选择相应的数据采集模块进行替换。从而解决了不同终端产品的同类功能的重复开发导致资源浪费的问题，也即避免了研发测试、生产工艺、场合使用的重复浪费。
2.本申请实现了数据采集智能模组的可扩展性——可以根据使用环境和需求，将相应的数据采集模块快速灵活接入终端本体或替换其他的数据采集模块，进行采集数据和控制；而且在数据采集模块接入终端本体后，均可实现即插即用，即插入或更换模块后，即可立即利用该模块用下数据采集并解析，不需要重启，自动识别。
附图说明
图1是本申请实施例中数据采集智能模组的结构连接示意图。
图2是本申请实施例中数据采集箱的结构示意图。
图3是本申请实施例中数据采集方法的方法流程图。
图4是本申请实施例中首层协议的信息交换模型。
图5为终端主动请求链路协商时序图。
附图标记说明：1、终端本体；2、数据采集模块。
具体实施方式
以下结合附图1-5对本申请作进一步详细说明。
本申请实施例公开一种数据采集智能模组。参照图1，一种数据采集智能模组，包括终端本体1和多个数据采集模块2，所述的终端本体1和多个数据采集模块2分别连接；终端本体1通过首层协议与各个数据采集模块2进行通信。
所述的首层协议，规定了模组化数据采集模块2接口的通信架构、数据链路层以及数据采集模块2应用层数据传输协议。适用于终端本体1、数据采集模块2之间的通信数据交换。
数据采集模块2与终端本体1之间的物理通信通道为USB(通用串行总线)。终端本体1作为主设备(USB Host)，数据采集模块2作为从设备(USB Device),功能模块设计为USB组合设备，数据采集模块2应至少支持1个以上子设备接口。
其中，功能模块子设备接口类型可分为如下三种：
虚拟串口设备—CDC-ACM模式；
ECM网口设备—CDC-ECM模式；
人机接口设备—HID模式。
所述的首层协议的信息交换模型如图4所示。
数据采集模块2的USB接口实现为USB Composite Device，每一个子设备接口对应一个虚拟通道，数据采集模块2子设备接口特征及数量由数据采集模块2定义，虚拟通道1对应子设备接口1，为虚拟管理通道，必须为“CDC-ACM串口设备”，其他虚拟通道为数据传输通道。
本协议定义了终端本体1与数据采集模块2之间通过虚拟通道1传输的接口控制协议。通过数据传输通道传输的数据命令协议，由各数据采集模块2定义。所有的虚拟通道均为全双工接口，可采用平衡传输规则。
终端本体1检测到数据采集模块2接入后，主动发起链路会话协商，如图5所示。数据采集模块2和终端本体1链路会话协商完成之后，双方可以基于协商后的通信模式进行数据传输以及控制命令传输。
数据链路层的链路层帧的基本单元为8位字节，传输顺序为低位在前，高位在后；低字节在前，高字节在后。
所述的首层协议帧格式如下：
标志(68H)
长度域
控制域
数据域
帧校验FCS
标志(16H)
(1)，所述的长度域L由2字节组成，可采用BIN编码，定义如下表1：
表1长度域L定义
Figure BDA0002874679430000041
其中：
bit0…bit11：数据域信息字节数；
bit12…bit15：保留。
(2)所述的控制域C为2个字节，按位或位的组合使用，定义如表2所示：
表2控制域C定义
Figure BDA0002874679430000042
所述的传输方向位及启动标志位定义：
传输方向位：bit7＝0表示此帧是由终端本体1发出的；bit7＝1表示此帧是由数据采集模块2发出的；
启动标志位：bit6＝0表示此帧是由数据采集模块2发起的；bit6＝1表示此帧是由终端本体1发起的。
传输方向位DIR和启动标志位PRM组合意义见表3：
表3传输方向位DIR和启动标志位PRM组合意义
Figure BDA0002874679430000043
所述的帧序号从0开始，循环使用，启动站(终端本体1或数据采集模块2，主动发起请求的就是启动站)每发送1帧报文，帧序号加1，重发帧则不加1；响应报文帧序号应与请求报文帧序号一致。
所述的控制码，采用BIN编码，定义如表4：
表4控制码定义
Figure BDA0002874679430000044
(3)数据域
所述的数据域内可以是各个模块本身的通信协议，比如如果是载波PLC/微功率无线模块，则对应的是376.2协议，如果是485模块则根据感知层设备协议去填充，比如可以是645协议或698协议等等。
终端本体1的关键程序对象modManager，根据首层协议获取并提供数据采集模块2的设备基本信息，实现数据采集模块2即插即用。
各个数据采集模块2的外观尺寸可以统一设计，以便根据现场需求可以随意更换其他模块。
所述的确认帧，无数据域。否认帧数据域，定义如表5所示：
表5否认帧定义
数据内容 数据格式 字节数
错误信息码 BIN 1
所述的信息帧的数据域包含一个完整应用数据单元APDU。
所述的应用数据单元(APDU)的数据类型定义见表6：
表6应用数据单元(APDU)定义
Figure BDA0002874679430000051
LinkRequest数据单元定义：链路协商请求的数据类型定义见表7：
表7 LinkRequest数据类型定义
Figure BDA0002874679430000052
Figure BDA0002874679430000061
GetRequest数据单元定义：请求读取信息类的数据类型定义见表8：
表8 GetRequest数据类型定义
Figure BDA0002874679430000062
SetRequest数据单元定义：请求设置信息类的数据类型定义见表9：
表9 SetRequest数据类型定义
Figure BDA0002874679430000063
ReportNotification数据单元定义：通知上报信息类的数据类型定义见表10：
表10 rtNotification数据类型定义
Figure BDA0002874679430000064
LinkResponse数据单元定义：链路协商响应的数据类型定义见表11：
表11 Response数据类型定义
Figure BDA0002874679430000065
Figure BDA0002874679430000071
GetResponse数据单元定义：响应读取信息类的数据类型定义见表12：
表12 GetResponse数据类型定义
Figure BDA0002874679430000072
Figure BDA0002874679430000081
SetResponse数据单元定义：响应设置信息类的数据类型定义见表13：
表13 SetResponse数据类型定义
Figure BDA0002874679430000082
ReportResponse数据单元定义：响应上报信息类的数据类型定义见表14：
表14 ReportResponse数据类型定义
Figure BDA0002874679430000083
(4)帧校验FCS
帧校验FCS为2字节，是对整帧不包含起始字符、结束字符和FCS本身的所有字节的校验，校验算法如下：
Figure BDA0002874679430000084
Figure BDA0002874679430000091
Figure BDA0002874679430000101
Figure BDA0002874679430000111
校验表发生器
Figure BDA0002874679430000112
Figure BDA0002874679430000121
应用层
应用层数据单元(APDU)的标记规则遵循ASN.1的抽象语法，详见GB/T 16262.1—2006。应用层数据单元(APDU)的编码规则遵循A-XDR，详见DL/T 790.6—2010。
接口类及对象实例使用的数据类型见表15：
表15接口类及对象实例使用的数据类型定义
Figure BDA0002874679430000122
Figure BDA0002874679430000131
数据类型定义
Data的数据类型定义见表16：
表16 Data数据类型定义
Figure BDA0002874679430000132
Figure BDA0002874679430000141
浮点数据类型包括float32以及float64，格式定义见GB/T 17966—2000。
日期时间date_time的数据类型定义见表17：
表17 date_time数据类型定义
Figure BDA0002874679430000142
日期时间date_time_s的数据类型定义见表18：
表18 date_time_s数据类型定义
Figure BDA0002874679430000143
Figure BDA0002874679430000151
日期date的数据类型定义见表19：
表19 date数据类型定义
Figure BDA0002874679430000152
时间time的数据类型定义见表20：
表20 time数据类型定义
Figure BDA0002874679430000153
信息类标识数据类型DT定义见表21：
表21 DT数据类型定义
数据类型定义 说明
DT∷＝long-unsigned
数据访问结果DAR(Data Access Result)的数据类型定义见表22：
表22 DAR数据类型定义
Figure BDA0002874679430000154
Figure BDA0002874679430000161
换算及单位Scaler_Unit的数据类型定义见表23
表23 Scaler_Unit数据类型定义
Figure BDA0002874679430000162
信息类标识定义
信息类标识格式定义
信息类标识DT结构定义见表24：
表24信息类DT定义
Figure BDA0002874679430000163
信息类标识按字节划分为DTA和DTB，DTA按位划分为DTA1和DTA2。本标准采用分类编码的方式定义各个数据单元标识，未定义的标识编码保留。
DTA1规则定义：0H表示为通用数据单元标识，1～8分别对应不同功能模块数据单元标识；
DTA2规则定义：
0H表示信息类标识只读(支持查询或通知)；
1H表示信息类标识可读/写(支持查询和设置)；
2H表示信息类标识只写(不支持查询操作)。
其中，DTA1＝0H定义为通用信息类标识，数据单元标识定义见表25：
表25 DTA1＝0H数据单元标识定义
Figure BDA0002874679430000164
Figure BDA0002874679430000171
通用信息类定义如下表所示：
Figure BDA0002874679430000172
Figure BDA0002874679430000181
DTA1＝1H定义为远程通信模块信息类标识，远程通信模块设备子接口定义见表26：
表26远程通信模块子接口定义
Figure BDA0002874679430000182
Figure BDA0002874679430000191
远程通信模块的数据传输协议应符合《Q/GDW1376.3—2013电力用户用电信息采集系统通信协议：采集终端远程通信模块接口协议》。
DTA1＝2H定义为本地通信模块信息类标识，本地通信模块设备子接口定义见表27：
表27本地通信模块设备子接口定义
虚拟通道号 接口形式 功能定义
1 虚拟串口 管理通道
2 HID 数据传输通道
3 ECM网口 数据传输通道
本体通信模块的数据传输协议应符合《Q/GDW1376.2—2013电力用户用电信息采集系统通信协议：集中器本地通信模块接口协议》。
DTA1＝3H定义为RS-485模块信息类标识，RS-485通信模块设备子接口定义见表28：
表28 RS-485通信模块设备子接口定义
虚拟通道号 接口形式 功能定义
1 虚拟串口 管理通道
2 虚拟串口 485-1通道
… 虚拟串口 …
N+1 虚拟串口 485-N通道
RS-485通信模块的数据传输通道数量由功能模块(即数据采集模块2)型式规范约定。模块需支持RS-485通道通信参数直接设置。RS-485通信模块的数据传输通采用字节流传输。
DTA1＝4H定义为遥信脉冲模块信息类标识，遥信脉冲模块设备子接口定义见表29：
表29遥信脉冲模块子接口定义
虚拟通道号 接口形式 功能定义
1 虚拟串口 管理通道
2 虚拟串口 数据传输通道
遥信脉冲模块的数据传输接口协议遵循本协议，信息类定义如表30所示：
表30信息类定义
Figure BDA0002874679430000192
Figure BDA0002874679430000201
DTA1＝5H定义为CAN通信信息类标识。CAN通信模块的数据传输采用字节流。
DTA1＝6H定义为M-Bus通信模块信息类标识。M-Bus通信模块的数据传输采用字节流传输。
DTA1＝7H定义为控制模块信息类标识，控制模块通信模块设备子接口定义见表31
表31控制模块子接口定义
虚拟通道号 接口形式 功能定义
1 虚拟串口 管理通道
2 虚拟串口 数据传输通道
控制模块的数据传输协议应符合《Q/GDW1375.1—2013电力用户用电信息采集系统型式规范：专变采集终端型式规范》。
信息类定义如表32所示：
表32电力用户用电信息采集系统型式规范：专变采集终端型式规范》。
信息类定义
Figure BDA0002874679430000211
DTA1＝8H定义为模拟量采集模块信息类标识，模拟量采集模块通信模块设备子接口定义见表33：
表33模拟量采集模块子接口定义
虚拟通道号 接口形式 功能定义
1 虚拟串口 管理通道
2 虚拟串口 数据传输通道
模拟量采集模块的数据传输协议遵循本接口协议，信息类定义见表34：
表34信息类定义
Figure BDA0002874679430000212
表35物理单位枚举定义
Figure BDA0002874679430000213
Figure BDA0002874679430000221
Figure BDA0002874679430000231
Figure BDA0002874679430000241
本申请中，终端本体1与各个数据采集模块2之间的接口通信协议采用USB协议，各个数据采集模块2与终端本体1之间的物理通信通道为USB通用串行总线。终端本体1作为主设备(USB Host)，各个数据采集模块2作为从设备(USB Device),各个数据采集模块2设计为USB组合设备。
所述的终端本体1和多个数据采集模块2之间还可以通过TTL、UART等方式进行通信。
可选的，所述的多个数据采集模块2包括：HPLC模块、遥信模块、通信模块、RS485模块、遥控模块和/或MBUS模块。
所述的遥信模块、RS485模块和遥控模块采用插拔式与终端本体1连接；对于通信模块，SIM卡安装于模块底部，可实现双4G远程通信和多模本地通信。
在具体实施时，所述的数据采集模块2的种类和个数根据适用的场合进行选择使用，数据采集模块2上设有与所采集终端连接的数据接口，比如可通过在该数据接口中插入数据线的方式来采集终端的数据。比如适用终端场合是在电力行业集抄终端，那么所述的数据采集模块2可以选择1个本地通信模块，2个远程通信模块，1个遥信脉冲模块，1个RS485通信模块。还可以扩展到其他任意物联网终端领域。
可选的，所述的多个数据采集模块2从左至右依次排列，为了便于连接强电，HPLC模块安装于最左侧的两个槽位中。
本申请实施例还公开一种数据采集箱。参照图2，一种数据采集箱，包括箱体3和上述的数据采集智能模组，所述的数据采集智能模组封装于箱体3中。
本申请实施例还公开一种数据采集方法，如图3所示，包括以下步骤：
S1，配置终端本体1和数据采集模块2之间进行通信的首层协议，将数据采集模块2信息加入首层协议的数据域中；所述的首层协议的帧格式包括：标志、长度域、控制域、数据域、帧校验FCS和标志；其中，所述的数据域内包括各个数据采集模块(2)本身的通信协议；
S2，相应的数据采集模块2上电或重新拔插后，其通过首层协议帧向终端本体1发送模块信息；
S3，终端本体1识别数据采集模块2的类型，并根据所述类型确定所述数据采集模块2的内部通信协议；
S4，根据所述内部通信协议的报文格式对所述数据采集模块2采集的数据进行解析。
可选的，如图4所示，通过设置虚拟通道的方式实现终端本体1和多个数据采集模块2进行通信。
多个数据采集模块2的USB接口实现为USB Composite Device，每一个数据采集模块2接口对应一个虚拟通道，具体的接口特征及数量由数据采集模块2定义。终端本体1与数据采集模块2之间通过虚拟通道传输的接口控制协议；通过数据传输通道传输的数据命令协议，由各数据采集模块2定义。
可选的，若增加数据采集模块2，则采用共用虚拟通道的方式进行分时采集。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、方法、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种数据采集智能模组，其特征在于，包括终端本体(1)和多个数据采集模块(2)，所述的终端本体(1)和多个数据采集模块(2)分别连接；终端本体(1)通过首层协议与各个数据采集模块(2)进行通信。
2.根据权利要求1所述的数据采集智能模组，其特征在于，所述的终端本体(1)和多个数据采集模块(2)之间通过USB通用串行总线连接。
3.根据权利要求1所述的数据采集智能模组，其特征在于，所述的多个数据采集模块(2)包括：HPLC模块、遥信模块、通信模块、RS485模块、遥控模块和/或MBUS模块。
4.根据权利要求3所述的数据采集智能模组，其特征在于，所述的多个数据采集模块(2)从左至右依次排列，HPLC模块安装于最左侧的两个槽位中。
5.一种数据采集箱，其特征在于，包括箱体(3)和权利要求1-4任一项所述的数据采集智能模组，所述的数据采集智能模组封装于箱体(3)中。
6.一种采用权利要求1-4任一项所述的数据采集智能模组进行数据采集的方法，其特征在于，包括以下步骤：
配置终端本体(1)和数据采集模块(2)之间进行通信的首层协议，将数据采集模块(2)信息加入首层协议的数据域中；所述的首层协议的帧格式包括：标志、长度域、控制域、数据域、帧校验FCS和标志；其中，所述的数据域内包括各个数据采集模块(2)本身的通信协议；
相应的数据采集模块(2)上电或重新拔插后，其通过首层协议帧向终端本体(1)发送模块信息；
终端本体(1)识别数据采集模块(2)的类型，并根据所述类型确定所述数据采集模块(2)的内部通信协议；
根据所述内部通信协议的报文格式对所述数据采集模块(2)采集的数据进行解析。
7.根据权利要求6所述的数据采集方法，其特征在于，通过设置虚拟通道的方式实现终端本体(1)和多个数据采集模块(2)进行通信。
8.根据权利要求7所述的数据采集方法，其特征在于，虚拟通道1为虚拟管理通道，对应CDC-ACM串口设备；其他虚拟通道为数据传输通道。
9.根据权利要求6所述的数据采集方法，其特征在于，若增加数据采集模块(2)，则采用共用虚拟通道的方式进行分时采集。
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