CN112905414A - 一种复用触摸屏蜂鸣器进行数据传递的方法 - Google Patents

一种复用触摸屏蜂鸣器进行数据传递的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及工业触摸屏技术领域，具体是一种复用触摸屏蜂鸣器进行数据传递的方法，包括数据采集模块采集系统数据，并将所述系统数据打包压缩，得压缩数据；对所述压缩数据进行加密，得加密数据；对所述加密数据进行编码，并转换成声波数据；所述蜂鸣器将所述声波数据发送至所述手机端；所述手机端接收所述声波数据后，根据采样频率进行持续采样、量化，得超声波采集数据，并存取至所述手机端的缓存区；对所述超声波采集数据提取基频并解码、解密，得采集数据；对所述采集数据解压整合并还原，得所述系统数据文件。本方法在工业现场可不借助PC机及不对触摸屏进行其他物理操作，且在不触碰触摸屏本身情况，可实现对触摸屏运行状态的实时监控。

Description

一种复用触摸屏蜂鸣器进行数据传递的方法
技术领域
本发明涉及工业触摸屏技术领域，尤其涉及一种复用触摸屏蜂鸣器进行数据传递的方法。
背景技术
在工业控制领域中，了解相关系统性能参数及通信状态是非常必要的。查看CPU使用率可以清晰了解运行的程序占用的CPU资源，可以反应程序的设计优良情况等。内存使用率则可以直观的反映此进程开销的内容，当某一程序占用内存过大时，会影响到机器的整体性能。通过对flash使用情况的实时监控，可以预防数据丢失及损坏，可起到提醒客户作用；通过了解CPU温度可以判断是否是硬件温度过高而导致机器死机等突发情况；同时对于通信状态的了解也是至关重要的，通信成功失败超时次数可以判断是由于硬件连接问题还是由于干扰或其他导致的通信问题；在工业控制领域中，实时了解系统信息及故障信息就显得尤为重要。
现有工业触摸屏中查看系统信息方式都需要操作显示器本身或通过PC机进行连接查看；并且对于故障诊断来说，更是需要通过PC机连接触摸屏来进行调试诊断。而在工业控制现场，如出现需要查看HMI系统信息及通信状态情况，但现场无法对HMI本身进行调试诊断操作或是现场不具备PC机条件的情况下就无法实现查看其系统性能参数，更无法对其进行故障诊断。现有的对于系统信息的查看及故障诊断对于工业控制现场中尤为不利。
因此，急需一种新的技术方案来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的问题，提供了一种复用触摸屏蜂鸣器进行数据传递的方法，在保留原本蜂鸣器作为一功能发生器件的基础上，通过提高蜂鸣器发出声音频率，将其发出的超声波作为信息载体，实时传递触摸屏运行情况下的CPU使用率、内存使用率、 flash使用情况、CPU运行温度、通信状态及故障信息等给手机端，方便操作人员实时了解触摸屏的实时状态，便于维护。
上述目的是通过以下技术方案来实现：
一种复用触摸屏蜂鸣器进行数据传递的方法，包括设置于所述触摸屏内的数据采集模块、手机端和声波接收器，数据采集模块通过蜂鸣器将采集的系统数据以超声波的形式向外发送，所述手机端通过声波接收器接收所述超声波，包括如下步骤：
数据采集模块采集系统数据，并将所述系统数据打包压缩，得压缩数据；
对所述压缩数据进行加密，得加密数据；
对所述加密数据进行编码，并转换成声波数据；
所述蜂鸣器将所述声波数据发送至所述手机端；
所述手机端接收所述声波数据后，根据采样频率进行持续采样、量化，得超声波采集数据，并存取至所述手机端的缓存区；
对所述超声波采集数据提取基频并解码、解密，得采集数据；
对所述采集数据解压整合并还原，得所述系统数据文件。
进一步地，所述系统数据包括CPU使用率、内存使用率、flash使用情况、CPU运行温度、通信状态及故障信息。
进一步地，所述超声波的频率＞20Khz。
进一步地，将所述系统数据打包压缩，得压缩数据，具体为：对所述系统数据打包并采用无损压缩，所述无损压缩包括：Deflate、Zip、RAR、GZIP。
进一步地，还包括对所述压缩数据进行计算校验和，保证数据的完整性和准确性。
进一步地，对所述压缩数据进行加密，和对所述超声波采集数据提取基频并解码、解密，具体为：
所述加密与解密采用非对称加密算法，包括：
在超声波数据传输过程中，所述触摸屏与所述手机端会产生一对用于加密和解密的公钥和私钥；
所述触摸屏产生的私钥用于保密，且将自身产生的公钥告知所述手机端；
所述手机端的私钥用于保密，且将自身产生的公钥告知所述触摸屏；
在发送所述超声波数据时，所述触摸屏用所述手机端的公钥对所述超声波数据进行加密；
所述手机端用自身的私钥对触摸屏传输的所述超声波数据进行解密。
进一步地，对所述加密数据进行编码，并转换成声波数据，具体为：将所述加密数据中汉字、英文字母和数字0-9进行编码，每4位为一个码字，汉字用4个码表示，英文字母用2个码表示，数字用1个码表示，生成CRC校验码及RS纠错码，对连续重复的码字用不同的频率替代，使得发送时任意两个相邻的椭球波的频率不同，根据椭球波函数将产生离散的声波数据进行发送。
进一步地，所述手机端接收所述声波数据后，根据采样频率进行持续采样、量化，得超声波采集数据，具体为：所述手机端将随声波信号进行连续的FFT，得到噪声能量的平均值，以此值的2倍作为判断超声波信号的阈值，并将后续进行的FFT的平均能量与平均值做比较，若后续连续3个FFT中20Khz频率点的能量大于阈值时，则认为声波信号到达，即得超声波采集数据。
进一步地，对所述超声波采集数据提取基频并解码，具体为：通过声波信号中的基频，并根据编码表对应基频码字，随后对码字进行恢复重复码字，之后对恢复后的码字使用RS 纠错函数纠错，并调用CRC对每一帧信息检错，解码完成。
进一步地，所述蜂鸣器将所述声波数据发送至所述手机端，具体为：当所述蜂鸣器不作为普通发声部件的情况下，所述蜂鸣器定时将所述声波数据发送至所述手机端。
有益效果
本发明所提供的一种复用触摸屏蜂鸣器进行数据传递的方法，在保留原本蜂鸣器作为一功能发生器件的基础上，通过提高蜂鸣器发出声音频率，将其发出的超声波作为信息载体，实时传递触摸屏运行情况下的CPU使用率、内存使用率、flash使用情况、CPU运行温度、通信状态及故障信息等给手机端，方便操作人员实时了解触摸屏的实时状态，便于触摸屏的维护。
具体实施方式
下面根据实施例对本发明作进一步详细说明。
一种复用触摸屏蜂鸣器进行数据传递的方法，包括设置于所述触摸屏内的数据采集模块、手机端和声波接收器，数据采集模块通过蜂鸣器将采集的系统数据以超声波的形式向外发送，所述手机端通过声波接收器接收所述超声波，具体包括如下步骤：
步骤(1)数据采集模块采集系统数据，并将所述系统数据打包压缩，得压缩数据；具体的，所述系统数据包括CPU使用率、内存使用率、flash使用情况、CPU运行温度、通信状态及故障信息；
步骤(2)对所述压缩数据进行加密，得加密数据；具体的，在不丢失信息的前提下，为缩减数据量，减少存储控件，提高传输及处理的效率，对需传输的数据进行压缩，由于我们需要传输的系统信息必须可完整还原；本步骤中对所述系统数据打包并采用无损压缩，所述无损压缩包括：Deflate、Zip、RAR、GZIP等；
步骤(3)对所述加密数据进行编码，并转换成声波数据；
步骤(4)所述蜂鸣器将所述声波数据发送至所述手机端；
步骤(5)所述手机端接收所述声波数据后，根据采样频率进行持续采样、量化，得超声波采集数据，并存取至所述手机端的缓存区；
步骤(6)所述手机端对所述超声波采集数据提取基频并解码、解密，得采集数据；
步骤(7)所述手机端对所述采集数据解压整合并还原，得所述系统数据文件。
上述步骤中，所述蜂鸣器将所述声波数据发送至所述手机端，具体为：当所述蜂鸣器不作为普通发声部件的情况下，所述蜂鸣器定时将所述声波数据发送至所述手机端，所述蜂鸣器采用提高频率的方式向外传播超声波，所述超声波的频率＞20Khz。
作为本实施例的优化，步骤(1)中以Deflate为例，Deflate同时使用了lz77算法与哈尔夫曼编码，首先使用lz77算法进行压缩，对得到的结果再使用huffman编码的方法再进行压缩，还包括对所述压缩数据进行计算校验和，可在远距离通信中保证数据的完整性和准确性。
本方案中，由于涉及到触摸屏隐私信息，为保证该秘密数据传输时不被泄露和篡改，所以在此技术方案中对所需发送的数据进行加密解密处理，本方案中所述加密与解密采用非对称加密算法，非对称加密算法需要两个密钥：公开密钥和私有密钥。公钥与私钥是一对，如果用公钥对数据进行加密，只有用对应的私钥才能解密。此加密体系不要求通信双方实现传递密钥或有任何约定就能完成保密通信，并且密钥管理方便，使得此技术方案应用更为方便。具体到本方案中，应用如下所示：
在超声波数据传输过程中，所述触摸屏与所述手机端会产生一对用于加密和解密的公钥和私钥；
所述触摸屏产生的私钥用于保密，且将自身产生的公钥告知所述手机端；
所述手机端的私钥用于保密，且将自身产生的公钥告知所述触摸屏；
在发送所述超声波数据时，所述触摸屏用所述手机端的公钥对所述超声波数据进行加密；
所述手机端用自身的私钥对触摸屏传输的所述超声波数据进行解密。
本加密解密方法增加了数据传输的安全性，其他所有收到此报文的人都无法对信息进行解密，只有此手机端才有它自身的私钥。
作为本实施例中各步骤的进一步优化，如下：
所述步骤(3)中对所述加密数据进行编码，并转换成声波数据，具体为：将所述加密数据中汉字、英文字母和数字0-9进行编码，每4位为一个码字，汉字用4个码表示，英文字母用2个码表示，数字用1个码表示，生成CRC校验码及RS纠错码，对连续重复的码字用不同的频率替代，使得发送时任意两个相邻的椭球波的频率不同，根据椭球波函数将产生离散的声波数据进行发送。
所述步骤(5)中所述手机端接收所述声波数据后，根据采样频率进行持续采样、量化，得超声波采集数据，具体为：所述手机端将随声波信号进行连续的FFT(快速傅里叶变换)，得到噪声能量的平均值，以此值的2倍作为判断超声波信号的阈值，并将后续进行的FFT的平均能量与平均值做比较，若后续连续3个FFT中20Khz频率点(作为起使标志)的能量大于阈值时，则认为声波信号到达，即得超声波采集数据。
所述步骤(6)中对所述超声波采集数据提取基频并解码，具体为：通过声波信号中的基频，并根据编码表对应基频码字，随后对码字进行恢复重复码字，之后对恢复后的码字使用RS纠错函数纠错，并调用CRC对每一帧信息检错，解码完成。
以上所述仅为说明本发明的实施方式，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种复用触摸屏蜂鸣器进行数据传递的方法，其特征在于：数据采集模块通过蜂鸣器将采集的系统数据以超声波的形式发送至手机端，包括如下步骤：
数据采集模块采集系统数据，并将所述系统数据打包压缩，得压缩数据；
对所述压缩数据进行加密，得加密数据；
对所述加密数据进行编码，并转换成声波数据；
所述蜂鸣器将所述声波数据发送至所述手机端；
所述手机端接收所述声波数据后，根据采样频率进行持续采样、量化，得超声波采集数据，并存取至所述手机端的缓存区；
对所述超声波采集数据提取基频并解码、解密，得采集数据；
对所述采集数据解压整合并还原，得所述系统数据文件。
2.根据权利要求1所述的一种复用触摸屏蜂鸣器进行数据传递的方法，其特征在于：所述系统数据包括CPU使用率、内存使用率、flash使用情况、CPU运行温度、通信状态及故障信息。
3.根据权利要求1所述的一种复用触摸屏蜂鸣器进行数据传递的方法，其特征在于：所述超声波的频率＞20Khz。
4.根据权利要求1所述的一种复用触摸屏蜂鸣器进行数据传递的方法，其特征在于：将所述系统数据打包压缩，得压缩数据，具体为：
对所述系统数据打包并采用无损压缩，所述无损压缩包括：Deflate、Zip、RAR、GZIP。
5.根据权利要求4所述的一种复用触摸屏蜂鸣器进行数据传递的方法，其特征在于：还包括对所述压缩数据进行计算校验和，保证数据的完整性和准确性。
6.根据权利要求1所述的一种复用触摸屏蜂鸣器进行数据传递的方法，其特征在于：对所述压缩数据进行加密，和对所述超声波采集数据提取基频并解码、解密，具体为：
所述加密与解密采用非对称加密算法，包括：
在超声波数据传输过程中，所述触摸屏与所述手机端会产生一对用于加密和解密的公钥和私钥；
所述触摸屏产生的私钥用于保密，且将自身产生的公钥告知所述手机端；
所述手机端的私钥用于保密，且将自身产生的公钥告知所述触摸屏；
在发送所述超声波数据时，所述触摸屏用所述手机端的公钥对所述超声波数据进行加密；
所述手机端用自身的私钥对触摸屏传输的所述超声波数据进行解密。
7.根据权利要求1所述的一种复用触摸屏蜂鸣器进行数据传递的方法，其特征在于：对所述加密数据进行编码，并转换成声波数据，具体为：
将所述加密数据中汉字、英文字母和数字0-9进行编码，每4位为一个码字，汉字用4个码表示，英文字母用2个码表示，数字用1个码表示，生成CRC校验码及RS纠错码，对连续重复的码字用不同的频率替代，使得发送时任意两个相邻的椭球波的频率不同，根据椭球波函数将产生离散的声波数据进行发送。
8.根据权利要求1所述的一种复用触摸屏蜂鸣器进行数据传递的方法，其特征在于：所述手机端接收所述声波数据后，根据采样频率进行持续采样、量化，得超声波采集数据，具体为：
所述手机端将随声波信号进行连续的FFT，得到噪声能量的平均值，以此值的2倍作为判断超声波信号的阈值，并将后续进行的FFT的平均能量与平均值做比较，若后续连续3个FFT中20Khz频率点的能量大于阈值时，则认为声波信号到达，即得超声波采集数据。
9.根据权利要求1所述的一种复用触摸屏蜂鸣器进行数据传递的方法，其特征在于：对所述超声波采集数据提取基频并解码，具体为：通过声波信号中的基频，并根据编码表对应基频码字，随后对码字进行恢复重复码字，之后对恢复后的码字使用RS纠错函数纠错，并调用CRC对每一帧信息检错，解码完成。
10.根据权利要求1所述的一种复用触摸屏蜂鸣器进行数据传递的方法，其特征在于：所述蜂鸣器将所述声波数据发送至所述手机端，具体为：当所述蜂鸣器不作为普通发声部件的情况下，所述蜂鸣器定时将所述声波数据发送至所述手机端。
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