CN113219870A - 一种用于工业仪表数据智能采集共享器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于工业仪表数据智能采集共享器，属于工业仪表数据采集技术领域。该共享器分别与主控设备、共享设备、工业仪表相连接；所述共享器内置主板电路包括STM32芯片电路，电源供电电路，RS485串口通信电路以及FLASH存储电路；所述共享器外部有四个端子；所述COM1口与主控设备连接，将主控设备的采集指令传递至共享器，共享器会自动存储采集指令，同时共享器也通过COM1口将数据传递至主控设备；所述COM2口与共享设备连接，共享器通过COM2口将数据传递至共享设备；所述COM3口与工业仪表连接，共享器通过COM3口将采集指令传递至工业仪表，工业仪表将数据报文通过COM3口发送至共享器，解决485半双工通信的无法同时采集数据的问题。

Description

一种用于工业仪表数据智能采集共享器

技术领域

本发明涉及工业仪表数据采集技术领域，具体为一种用于工业仪表数据智能采集共享器。

背景技术

随着技术的发展，自动化、智能化的提高以及企业信息化的需要，企业在仪表的选择过程中的一个必要条件就是联网通信功能，而RS485是现在最流行的一种布网方式之一。RS485接口是一种常用的串口，具有网络连接方便、抗干扰性能好、传输距离远的优点，在RS485通信网络中一般采用的是主从通信方式，即一个主机带多个从机。并且使用完全相同的异步串行通信协议，但是由于RS485是差分通信，因此接收数据和发送数据不能同时进行，也就是一种半双工通信，因此，导致无法两个及以上的主机控制从机。

在工业现场数据采集系统项目中，随着自动化程度的提高和系统组网的需求，需要多个监控中心或者系统获取仪表数据，而RS485半双工通信的机制，影响以及制约着多个系统数据的采集。因此，为满足现场遇到两个系统或者主控设备同时采集仪表数据时，急需解决485半双工通信无法同时通信的问题。

另外，工业仪表的数据属于工业现场的机密数据，为防止数据被窃取，通常会采用一定的加密手段，目前最常用的就是人脸识别方式，然而人脸识别在工业场景下往往存在以下问题，例如工业场景下工作人员可能会频繁出入共享设备室，或者带有头盔，而由于人脸识别的特殊性，工作人员需要坐在采集单元前进行识别，极其不方便，而且带有头盔也可能造成人脸识别出错，基于以上的情况，人们需要一种能够进行远程人脸识别并同时解决485半双工通信无法同时通信的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于工业仪表数据智能采集共享器，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种用于工业仪表数据智能采集共享器，该共享器分别与主控设备、共享设备、工业仪表相连接；

所述共享器内置主板电路包括STM32芯片电路，电源供电电路，RS485串口通信电路以及FLASH存储电路；所述共享器外部有四个端子；

所述STM32芯片电路用于接入电源进行供电，芯片的自动复位和程序的烧写以及控制FLASH的读写；所述电源供电电路用于储能和电源滤波，保护芯片安全以及查看供电情况；所述RS485串口通信电路用于进行串口通信，控制芯片的接收和发送状态；所述FLASH存储电路用于在主控设备采集指令消失时，定时不间断向工业仪表发送自身存储的采集指令，并将数据报文返回至共享设备，从而保证共享设备数据不间断；

所述四个端子包括3个485通信的COM端子以及一个电源端子，其中3个485通信的COM端子分别记为COM1口、COM2口、COM3口；

所述COM1口与主控设备连接，将主控设备的采集指令传递至共享器，共享器会自动存储采集指令，同时共享器也通过COM1口将数据传递至主控设备；

所述COM2口与共享设备连接，共享器通过COM2口将数据传递至共享设备；

所述COM3口与工业仪表连接，共享器通过COM3口将采集指令传递至工业仪表，工业仪表将数据报文通过COM3口发送至共享器。

其中，COM1口与主控设备连接，将主控设备的采集指令传递至采集共享器，共享器会自动存储采集指令，并通过COM3口传送至工业仪表。工业仪表将数据报文通过COM3口发送至数据采集共享器，共享器通过COM1口和COM2口将数据同时传递至主控设备与共享设备。在工作中，数据采集共享器会实时检测COM1口采集指令，如果检测到COM1口主控设备采集指令消失时，共享器会自动切换主控设备，读取FLASH，定时不间断向工业仪表发送自身存储的采集指令，并将数据报文返回至共享设备，从而保证共享设备数据不间断。在共享器监测到COM1口的采集指令时，会自动切换主动权，恢复主控设备采集指令的传递

根据上述技术方案，所述STM32芯片电路包括最小系统，USART串口驱动和SPI读写FLASH；

所述的最小系统包括供电电路，复位电路，时钟电路，启动模式选择以及下载电路；

所述供电电路用于进行供电；所述复位电路用于进行芯片的自动复位；所述时钟电路用于保障芯片正常运行，并降低芯片能耗；所述启动模式选择以及下载电路用于启动芯片，并进行芯片程序的烧写；

所述USART串口驱动电路用于控制芯片收发；所述的SPI读写电路用于控制FLASH的读写。

根据上述技术方案，所述电源供电电路包括共模电感滤波电路、LM2575转换电路以及AMS1117稳压电路；

所述共模电感滤波电路用于有效的保护共模电感不受瞬态高压尖峰脉冲的冲击，同时，防止不慎接反电源引起芯片损坏；

所述LM2575转换电路用于转换电压，在电源暂时断电的情况下，使得电压逐渐下降不会影响输出电压；

所述AMS1117稳压电路用于保证输出电压的稳定性。

根据上述技术方案，所述共享设备包括采集单元、远程人脸识别单元、距离测试单元、数据处理单元、开启单元、时间单元；

所述采集单元用于采集工作人员的走路姿势、身高、衣着特征；所述远程人脸识别单元用于远程进行人脸检测并给出识别效果；所述距离测试单元用于绑定采集单元采集数据的距离情况，判断权重；所述数据处理单元用于基于上述数据进行数据处理；所述开启单元用于进行共享设备的开启与预警；所述时间单元用于进行计量时间，在时间达到阈值情况下，发出息屏指令到达开启单元；

所述采集单元的输出端与所述远程人脸识别单元的输入端相连接；所述远程人脸识别单元的输出端与所述距离测试单元的输入端相连接；所述距离测试单元的输出端与所述数据处理单元的输入端相连接；所述数据处理单元的输出端与所述开启单元的输入端相连接；所述时间单元的输出端与所述开启单元的输入端相连接。

根据上述技术方案，所述采集单元包括走路姿势采集单元、身高采集单元、衣着特征采集单元、判断单元；

所述走路姿势采集单元用于采集进门的工作人员的走路姿势，形成视频与图片进行相似度分析；所述身高采集单元用于采集进门的工作人员的身高状态；所述衣着特征采集单元用于采集进门的工作人员的衣着特征，进行衣着特征的对比，确定工作人员的身份；所述判断单元用于根据衣着特征判断是否需要开启身高采集单元及走路姿势采集单元；

所述衣着特征采集单元的输出端与所述判断单元的输入端相连接；所述判断单元的输出端与所述走路姿势采集单元、所述身高采集单元的输入端相连接；所述走路姿势采集单元、身高采集单元的输出端与所述远程人脸识别单元的输入端相连接；

所述判断单元进行判断的过程如下：

S5-1、选取工厂内部工作人员的服饰作为标准参照，调取其中i项特征分别记为集合A₁＝{x₁、x₂、x₃、…、x_i}；

S5-2、选取衣着特征采集单元采集得到的衣着数据，调取步骤S5-1中i项特征中的任意数量，记为n，其中1＜n≤i，在当前的衣着数据中采集n项特征，并将其记为集合A₂＝{y₁、y₂、y₃、…、y_n}；

S5-3、从步骤S5-1中选取与步骤S5-2相对应的n项特征，根据公式：

其中，dist(X,Y)即为当前进入的人员身上的衣着特征与工作人员的衣着特征之间的相似程度；

S5-4、设置阈值为dist_min(X,Y)，若dist(X,Y)未超出dist_min(X,Y)，则判断单元关闭走路姿势采集单元、身高采集单元的采集入口；若dist(X,Y)超出dist_min(X,Y)，则走路姿势采集单元、身高采集单元继续进行采集。

在这一方案中，先对衣着进行判断，若衣着不能够达到相似度，则说明其不是工作人员，因此后续的采集判断没有必要，所以设置判断单元对后续采集进行控制，能够有效减少数据传输的容量，提高传输速度，降低资源消耗。

根据上述技术方案，所述远程人脸识别单元包括识别单元、效果单元；

所述识别单元用于远程进行识别人脸，并将人脸发送至效果单元；所述效果单元用于根据识别单元发送的图像清晰程度，结合身高采集单元的输出数据，给出一定的判断效果情况；

所述识别单元的输出端与所述效果单元的输入端相连接；所述效果单元的输出端与所述距离测试单元的输入端相连接；

所述效果单元进行效果评估的步骤如下：

S6-1、接收来自于识别单元的人脸图像，基于清晰程度对数据库内所有的存储人脸模型进行比对，标记所有符合的人脸图像；

S6-2、对所有符合的人脸图像进行身高的筛选，设置身高筛选阈值为h_max，根据公式：

Δh＝|h_采集-h_标定|

其中，Δh为身高差值；h_采集为身高采集单元的采集数据；h_标定为数据库内存储人脸模型对应的身高标定；

S6-3、对S6-1中标记的所有符合的人脸图像进行身高标定的筛选，若存在Δh大于h_max，则对这一差值的图像进行删除；

S6-4、效果单元对剩余符合的图像根据人脸识别程度给出相应评估，即可识别程度为m％，则评估分数为m。

根据上述技术方案，所述距离测试单元包括测距单元、分析单元；

所述测距单元用于测量在采集图像时刻该人员与采集单元的距离；所述分析单元用于分析得出判断权重；

所述测距单元的输出端与所述分析单元的输入端相连接；所述分析单元的输出端与所述数据处理单元的输入端相连接；

所述分析单元的分析方式为根据公式：

w₁＝s_s*k₁

其中，w₁为远程人脸识别单元判断的权重；s_s为采集时图像与采集单元的距离；k₁为分析系数1。

这一方案中，由于人员距离采集单元的远近影像识别的清晰度，因此距离越近，识别的越清楚，那么其在最终的判断中所占有的权重比例也越大，反之，在距离远时，其识别不够清楚，因此其相应的权重比也会降低，设置了相应的权重调节机制，使得最后的评分更加精准。

根据上述技术方案，所述数据处理单元进行数据处理包括以下步骤：

S8-1、数据处理单元接收采集单元传输的走路姿势数据，同时根据远程人脸识别单元得出的符合图像调取数据库内相对应存储的走路姿势数据；

S8-2、建立相似度的特征对比，计算最终的远程识别分数，根据公式：

P＝w₁*m*k₂+w₂*d*k₃

其中，P为最终的远程识别分数；k₂、k₃为调节系数；d为走路姿势的相似度；

w₁根据距离发生改变；w₂根据w₁发生改变，始终满足w₁+w₂＝1。

根据上述技术方案，所述开启单元进行开启的方式为：

设置远程识别分数阈值为P_min，若P超出P_min，则控制开启单元对共享设备的屏幕进行开启，查看数据报文。

根据上述技术方案，所述时间单元控制开启单元的方式为：

时间单元用于计算共享设备无操作时间，若时间满足时间阈值t_max，则时间单元发出息屏指令给到开启单元，开启单元对共享设备进行息屏处理。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

1、本发明能够实时检测主控设备端口，检测到主控设备采集指令停止时，采集共享器自动切换采集主控方，采集共享器自动发送存储的采集指令，进行数据采集，保证共享设备数据传输的连续性与稳定性。因此，采集共享器解决了仪表485通信接口占用时，其他设备无法采集数据的问题，从而解决485半双工通信的无法同时采集数据的问题；

2、本发明能够有效约束工作人员在工作期间遵守公司规定，穿好工作服进行工作，避免出现衣物原因导致工作设备受到影响，同时能够在非工作人员进入时，不动用其他采集单元，减少传输和存储的数据量，降低系统运行负荷，节约资源；

3、本发明提供了共享设备的加密方式，并且结合工业环境下的特殊性，能够实现远程的人脸识别，基于人的衣着、姿势、身高等多方面判定，实现工作人员无需坐在采集单元前就可以实现屏幕的解锁；

4、本发明还提供时间单元根据时间阈值自动对屏幕进行熄灭，防止资源外泄，同时也能节约电量。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明一种用于工业仪表数据智能采集共享器的连接示意图；

图2是本发明一种用于工业仪表数据智能采集共享器的电路板分布图；

图3是本发明一种用于工业仪表数据智能采集共享器的主芯片引脚接线图；

图4是本发明一种用于工业仪表数据智能采集共享器的电源供电电路图；

图5是本发明一种用于工业仪表数据智能采集共享器的FLASH电路图；

图6是本发明一种用于工业仪表数据智能采集共享器的RS485串口通信电路图。

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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-6，本发明提供技术方案：一种用于工业仪表数据智能采集共享器，该共享器分别与主控设备、共享设备、工业仪表相连接；

所述共享器内置主板电路包括STM32芯片电路，电源供电电路，RS485串口通信电路以及FLASH存储电路；所述共享器外部有四个端子；

所述STM32芯片电路用于接入电源进行供电，芯片的自动复位和程序的烧写以及控制FLASH的读写；所述电源供电电路用于储能和电源滤波，保护芯片安全以及查看供电情况；所述RS485串口通信电路用于进行串口通信，控制芯片的接收和发送状态；所述FLASH存储电路用于在主控设备采集指令消失时，定时不间断向工业仪表发送自身存储的采集指令，并将数据报文返回至共享设备，从而保证共享设备数据不间断；

所述四个端子包括3个485通信的COM端子以及一个电源端子，其中3个485通信的COM端子分别记为COM1口、COM2口、COM3口；

所述COM1口与主控设备连接，将主控设备的采集指令传递至共享器，共享器会自动存储采集指令，同时共享器也通过COM1口将数据传递至主控设备；

所述COM2口与共享设备连接，共享器通过COM2口将数据传递至共享设备；

所述COM3口与工业仪表连接，共享器通过COM3口将采集指令传递至工业仪表，工业仪表将数据报文通过COM3口发送至共享器。

根据上述技术方案，所述STM32芯片电路包括最小系统，USART串口驱动和SPI读写FLASH；

所述的最小系统包括供电电路，复位电路，时钟电路，启动模式选择以及下载电路；

所述供电电路用于进行供电；所述复位电路用于进行芯片的自动复位；所述时钟电路用于保障芯片正常运行，并降低芯片能耗；所述启动模式选择以及下载电路用于启动芯片，并进行芯片程序的烧写；

所述USART串口驱动电路用于控制芯片收发；所述的SPI读写电路用于控制FLASH的读写。

所述电源供电电路包括共模电感滤波电路、LM2575转换电路以及AMS1117稳压电路；

所述共模电感滤波电路用于有效的保护共模电感不受瞬态高压尖峰脉冲的冲击，同时，防止不慎接反电源引起芯片损坏；

所述LM2575转换电路用于转换电压，在电源暂时断电的情况下，使得电压逐渐下降不会影响输出电压；

所述AMS1117稳压电路用于保证输出电压的稳定性。

所述共享设备包括采集单元、远程人脸识别单元、距离测试单元、数据处理单元、开启单元、时间单元；

所述采集单元用于采集工作人员的走路姿势、身高、衣着特征；所述远程人脸识别单元用于远程进行人脸检测并给出识别效果；所述距离测试单元用于绑定采集单元采集数据的距离情况，判断权重；所述数据处理单元用于基于上述数据进行数据处理；所述开启单元用于进行共享设备的开启与预警；所述时间单元用于进行计量时间，在时间达到阈值情况下，发出息屏指令到达开启单元；

所述采集单元的输出端与所述远程人脸识别单元的输入端相连接；所述远程人脸识别单元的输出端与所述距离测试单元的输入端相连接；所述距离测试单元的输出端与所述数据处理单元的输入端相连接；所述数据处理单元的输出端与所述开启单元的输入端相连接；所述时间单元的输出端与所述开启单元的输入端相连接。

所述采集单元包括走路姿势采集单元、身高采集单元、衣着特征采集单元、判断单元；

所述走路姿势采集单元用于采集进门的工作人员的走路姿势，形成视频与图片进行相似度分析；所述身高采集单元用于采集进门的工作人员的身高状态；所述衣着特征采集单元用于采集进门的工作人员的衣着特征，进行衣着特征的对比，确定工作人员的身份；所述判断单元用于根据衣着特征判断是否需要开启身高采集单元及走路姿势采集单元；

所述衣着特征采集单元的输出端与所述判断单元的输入端相连接；所述判断单元的输出端与所述走路姿势采集单元、所述身高采集单元的输入端相连接；所述走路姿势采集单元、身高采集单元的输出端与所述远程人脸识别单元的输入端相连接；

所述判断单元进行判断的过程如下：

S5-1、选取工厂内部工作人员的服饰作为标准参照，调取其中i项特征分别记为集合A₁＝{x₁、x₂、x₃、…、x_i}；

S5-2、选取衣着特征采集单元采集得到的衣着数据，调取步骤S5-1中i项特征中的任意数量，记为n，其中1＜n≤i，在当前的衣着数据中采集n项特征，并将其记为集合A₂＝{y₁、y₂、y₃、…、y_n}；

S5-3、从步骤S5-1中选取与步骤S5-2相对应的n项特征，根据公式：

其中，dist(X,Y)即为当前进入的人员身上的衣着特征与工作人员的衣着特征之间的相似程度；

S5-4、设置阈值为dist_min(X,Y)，若dist(X,Y)未超出dist_min(X,Y)，则判断单元关闭走路姿势采集单元、身高采集单元的采集入口；若dist(X,Y)超出dist_min(X,Y)，则走路姿势采集单元、身高采集单元继续进行采集。

所述远程人脸识别单元包括识别单元、效果单元；

所述识别单元用于远程进行识别人脸，并将人脸发送至效果单元；所述效果单元用于根据识别单元发送的图像清晰程度，结合身高采集单元的输出数据，给出一定的判断效果情况；

所述识别单元的输出端与所述效果单元的输入端相连接；所述效果单元的输出端与所述距离测试单元的输入端相连接；

所述效果单元进行效果评估的步骤如下：

S6-1、接收来自于识别单元的人脸图像，基于清晰程度对数据库内所有的存储人脸模型进行比对，标记所有符合的人脸图像；

S6-2、对所有符合的人脸图像进行身高的筛选，设置身高筛选阈值为h_max，根据公式：

Δh＝|h_采集-h_标定|

其中，Δh为身高差值；h_采集为身高采集单元的采集数据；h_标定为数据库内存储人脸模型对应的身高标定；

S6-3、对S6-1中标记的所有符合的人脸图像进行身高标定的筛选，若存在Δh大于h_max，则对这一差值的图像进行删除；

S6-4、效果单元对剩余符合的图像根据人脸识别程度给出相应评估，即可识别程度为m％，则评估分数为m。

所述距离测试单元包括测距单元、分析单元；

所述测距单元用于测量在采集图像时刻该人员与采集单元的距离；所述分析单元用于分析得出判断权重；

所述测距单元的输出端与所述分析单元的输入端相连接；所述分析单元的输出端与所述数据处理单元的输入端相连接；

所述分析单元的分析方式为根据公式：

w₁＝s_s*k₁

其中，w₁为远程人脸识别单元判断的权重；s_s为采集时图像与采集单元的距离；k₁为分析系数1。

所述数据处理单元进行数据处理包括以下步骤：

S8-1、数据处理单元接收采集单元传输的走路姿势数据，同时根据远程人脸识别单元得出的符合图像调取数据库内相对应存储的走路姿势数据；

S8-2、建立相似度的特征对比，计算最终的远程识别分数，根据公式：

P＝w₁*m*k₂+w₂*d*k₃

其中，P为最终的远程识别分数；k₂、k₃为调节系数；d为走路姿势的相似度；

w₁根据距离发生改变；w₂根据w₁发生改变，始终满足w₁+w₂＝1。

根据上述技术方案，所述开启单元进行开启的方式为：

设置远程识别分数阈值为P_min，若P超出P_min，则控制开启单元对共享设备的屏幕进行开启，查看数据报文。

所述时间单元控制开启单元的方式为：

时间单元用于计算共享设备无操作时间，若时间满足时间阈值t_max，则时间单元发出息屏指令给到开启单元，开启单元对共享设备进行息屏处理。

在本实施例中：

主板电路主要包括STM32芯片电路，电源供电电路，RS485串口通信电路，以及FLASH存储电路。共享器外部共有四个端子，分别为3个485通信的COM端子以及一个电源端子。其中，COM1口与主控设备连接，将主控设备的采集指令传递至采集共享器，共享器会自动存储采集指令，并通过COM3口传送至工业仪表。工业仪表将数据报文通过COM3口发送至数据采集共享器，共享器通过COM1口和COM2口将数据同时传递至主控设备与共享设备。在工作中，数据采集共享器会实时检测COM1口采集指令，如果检测到COM1口主控设备采集指令消失时，共享器会自动切换主控设备，读取FLASH，定时不间断向工业仪表发送自身存储的采集指令，并将数据报文返回至共享设备，从而保证共享设备数据不间断。在共享器监测到COM1口的采集指令时，会自动切换主动权，恢复主控设备采集指令的传递。

如图3所示，STM32芯片接线电路，主要包括最小系统，USART串口驱动和SPI读写FLASH。所述的最小系统包括供电电路，复位电路，时钟电路，启动模式选择以及下载电路。其中，芯片采用3.3V供电，复位电路连接主芯片的第7引脚，即复位引脚，通过电阻R101与3.3V电源连接，以及与C6电容连接接地，当上电的一瞬间，C6相当于通路接地，芯片自动复位，之后VCC稳定，C6相当于断路，复位端一直为高电平；时钟电路采用8MHz晶振Y1与主芯片的第5引脚和第6引脚连接，同时晶振两端分别连接C7、C8两个20pF的电容；启动模式选择主闪存存储器，通过第60引脚也就是BOOT0引脚通过电阻R100接地，此时BOOT0引脚为低电平；下载电路采用SWD，主芯片的第46引脚、第49引脚以及第7引脚分别于SWD端口连接，用于芯片程序的烧写。所述的USART串口驱动电路通过PA9、PA10以及PA11控制485芯片U7收发，通过PA2、PA3和PA1控制485芯片U8收发，通过PB10、PB11以及PB1控制485芯片U9收发。所述的SPI读写电路通过STM芯片的SPI1功能引脚PA5、PA6、PA7以及PC4引脚与芯片W25Q64连接，控制FLASH的读写。

该工业仪表数据智能采集共享器使用时采用24V直流供电，电源电路分为共模电感滤波、LM2575转换电路以及AMS1117稳压电路。所述的共模电感滤波电路包括TVS二极管D1、二极管D3、电容C20、C21以及共模电感L1，通过接线端子将24V电源接入共模电感L1，在接入L1之前，正负两极之间并入TVS二极管D1，能有效的保护共模电感不受瞬态高压尖峰脉冲的冲击。同时，正极输入端串联一个二极管D3，防止不慎接反电源引起芯片损坏。其中，电容C20、C21并入L1的1、3管脚和2、4管脚。所述的LM2575转换电路是将24V电压转换为5V电压VCC，电路包括芯片LM2575、电容C22，C23、二极管D2以及电感L2。其中，所述的电容C22起储能和电源滤波的作用，如果电源暂时断电，稳压电路前面的电压逐渐下降不会影响输出电压；所述的二极管D2，电感L2以及电容C23组成滤波电路，能有效减少输出电压的波纹。输出的VCC输入稳压芯片AMS1117的输入端，即引脚3。所述的稳压电路包括稳压芯片AMS1117，电容C24、C25，电阻R102。电容C24连接AMS1117的1脚和3脚，电容C25与电阻R102并联接入AMS1117的2脚和1脚，保证输出电压的稳定性。通过稳压电路将电压由5V降低为3.3V，给单片机芯片以及其它元器件供电。为了能直观了解供电情况，在3.3V与GND之间接一个发光二极管D0，可通过发光二极管直接观察到共享器外部是否供电。

所述的RS485串口通信电路包含3路串行通讯口，分别与芯片STM32的UART1、UART2、UART3功能引脚连接。其中串口1连接主控设备，用于发送采集指令以及接收仪表数据返回；串口2连接共享设备，用于接收主控设备的采集指令和仪表数据报文；串口3连接仪表设备，将指令传送给仪表并将仪表数据发送返回至主控设备与共享设备。如图6所示，所述的RS485串口通信电路利用MAX485芯片将TTL电平转换为RS—485电平的功能。RO和DI端分别MAX485芯片输出端和输入端，与单片机RXD和TXD功能相连即可；RE与DE端分别为接收和发送的使能端，控制芯片的接收和发送状态，将芯片的2、3引脚并联，并与单片机的任一GPIO引脚相连；A端和B端分别为接收和发送的信号端，通过接线端子与外部设备相连。

所述的FLASH存储电路采用W25Q64芯片，引脚与STM32芯片的SPI1功能引脚连接，通过SPI接口，按照标准的SPI协议发送相应指令给FLASH，然后FLASH根据命令进行各种相关操作。该芯片具有64M的存储容量，满足数据采集共享器MODBUS地址、通信参数、采集指令、数据报文的存储。所述的W25Q64芯片的DI0与D0为串行数据输入、输出引脚，分别于单片机的SPI1功能引脚中MOSI和MISO引脚相连，即STM32芯片中PA7和PA6引脚，CLK为串行时钟引脚，与STM32芯片SPI1时钟引脚，即PA5连接，为输入输出提供时钟脉冲，在CLK引脚的上升沿捕获数据，将数据、地址和命令从DI0引脚输入到芯片，在CLK引脚下降沿输出去数据。CS引脚为片选引脚，与STM32芯片的PC4引脚连接，用于W25Q64芯片提供低电平。

因此，该共享器可以实时检测主控设备端口，检测到主控设备采集指令停止时，采集共享器自动切换采集主控方，采集共享器自动发送存储的采集指令，进行数据采集，保证共享设备数据传输的连续性与稳定性。因此，采集共享器解决了仪表485通信接口占用时，其他设备无法采集数据的问题。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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)

1.一种用于工业仪表数据智能采集共享器，其特征在于：该共享器分别与主控设备、共享设备、工业仪表相连接；

所述共享器内置主板电路包括STM32芯片电路，电源供电电路，RS485串口通信电路以及FLASH存储电路；所述共享器外部有四个端子；

所述STM32芯片电路用于接入电源进行供电，芯片的自动复位和程序的烧写以及控制FLASH的读写；所述电源供电电路用于储能和电源滤波，保护芯片安全以及查看供电情况；所述RS485串口通信电路用于进行串口通信，控制芯片的接收和发送状态；所述FLASH存储电路用于在主控设备采集指令消失时，定时不间断向工业仪表发送自身存储的采集指令，并将数据报文返回至共享设备，从而保证共享设备数据不间断；

所述四个端子包括3个485通信的COM端子以及一个电源端子，其中3个485通信的COM端子分别记为COM1口、COM2口、COM3口；

所述COM1口与主控设备连接，将主控设备的采集指令传递至共享器，共享器会自动存储采集指令，同时共享器也通过COM1口将数据传递至主控设备；

所述COM2口与共享设备连接，共享器通过COM2口将数据传递至共享设备；

所述COM3口与工业仪表连接，共享器通过COM3口将采集指令传递至工业仪表，工业仪表将数据报文通过COM3口发送至共享器。

2.根据权利要求1所述的一种用于工业仪表数据智能采集共享器，其特征在于：所述STM32芯片电路包括最小系统，USART串口驱动和SPI读写FLASH；

所述的最小系统包括供电电路，复位电路，时钟电路，启动模式选择以及下载电路；

所述供电电路用于进行供电；所述复位电路用于进行芯片的自动复位；所述时钟电路用于保障芯片正常运行，并降低芯片能耗；所述启动模式选择以及下载电路用于启动芯片，并进行芯片程序的烧写；

所述USART串口驱动电路用于控制芯片收发；所述的SPI读写电路用于控制FLASH的读写。

3.根据权利要求1所述的一种用于工业仪表数据智能采集共享器，其特征在于：所述电源供电电路包括共模电感滤波电路、LM2575转换电路以及AMS1117稳压电路；

所述共模电感滤波电路用于有效的保护共模电感不受瞬态高压尖峰脉冲的冲击，同时，防止不慎接反电源引起芯片损坏；

所述LM2575转换电路用于转换电压，在电源暂时断电的情况下，使得电压逐渐下降不会影响输出电压；

所述AMS1117稳压电路用于保证输出电压的稳定性。

4.根据权利要求1所述的一种用于工业仪表数据智能采集共享器，其特征在于：所述共享设备包括采集单元、远程人脸识别单元、距离测试单元、数据处理单元、开启单元、时间单元；

所述采集单元用于采集工作人员的走路姿势、身高、衣着特征；所述远程人脸识别单元用于远程进行人脸检测并给出识别效果；所述距离测试单元用于绑定采集单元采集数据的距离情况，判断权重；所述数据处理单元用于基于上述数据进行数据处理；所述开启单元用于进行共享设备的开启与预警；所述时间单元用于进行计量时间，在时间达到阈值情况下，发出息屏指令到达开启单元；

所述采集单元的输出端与所述远程人脸识别单元的输入端相连接；所述远程人脸识别单元的输出端与所述距离测试单元的输入端相连接；所述距离测试单元的输出端与所述数据处理单元的输入端相连接；所述数据处理单元的输出端与所述开启单元的输入端相连接；所述时间单元的输出端与所述开启单元的输入端相连接。

5.根据权利要求4所述的一种用于工业仪表数据智能采集共享器，其特征在于：所述采集单元包括走路姿势采集单元、身高采集单元、衣着特征采集单元、判断单元；

所述走路姿势采集单元用于采集进门的工作人员的走路姿势，形成视频与图片进行相似度分析；所述身高采集单元用于采集进门的工作人员的身高状态；所述衣着特征采集单元用于采集进门的工作人员的衣着特征，进行衣着特征的对比，确定工作人员的身份；所述判断单元用于根据衣着特征判断是否需要开启身高采集单元及走路姿势采集单元；

所述衣着特征采集单元的输出端与所述判断单元的输入端相连接；所述判断单元的输出端与所述走路姿势采集单元、所述身高采集单元的输入端相连接；所述走路姿势采集单元、身高采集单元的输出端与所述远程人脸识别单元的输入端相连接；

所述判断单元进行判断的过程如下：

S5-1、选取工厂内部工作人员的服饰作为标准参照，调取其中i项特征分别记为集合A₁＝{x₁、x₂、x₃、…、x_i}；

S5-2、选取衣着特征采集单元采集得到的衣着数据，调取步骤S5-1中i项特征中的任意数量，记为n，其中1＜n≤i，在当前的衣着数据中采集n项特征，并将其记为集合A₂＝{y₁、y₂、y₃、…、y_n}；

S5-3、从步骤S5-1中选取与步骤S5-2相对应的n项特征，根据公式：

其中，dist(X,Y)即为当前进入的人员身上的衣着特征与工作人员的衣着特征之间的相似程度；

S5-4、设置阈值为dist_min(X,Y)，若dist(X,Y)未超出dist_min(X,Y)，则判断单元关闭走路姿势采集单元、身高采集单元的采集入口；若dist(X,Y)超出dist_min(X,Y)，则走路姿势采集单元、身高采集单元继续进行采集。

6.根据权利要求5所述的一种用于工业仪表数据智能采集共享器，其特征在于：所述远程人脸识别单元包括识别单元、效果单元；

所述识别单元用于远程进行识别人脸，并将人脸发送至效果单元；所述效果单元用于根据识别单元发送的图像清晰程度，结合身高采集单元的输出数据，给出一定的判断效果情况；

所述识别单元的输出端与所述效果单元的输入端相连接；所述效果单元的输出端与所述距离测试单元的输入端相连接；

所述效果单元进行效果评估的步骤如下：

S6-1、接收来自于识别单元的人脸图像，基于清晰程度对数据库内所有的存储人脸模型进行比对，标记所有符合的人脸图像；

S6-2、对所有符合的人脸图像进行身高的筛选，设置身高筛选阈值为h_max，根据公式：

Δh＝|h_采集-h_标定|

其中，Δh为身高差值；h_采集为身高采集单元的采集数据；h_标定为数据库内存储人脸模型对应的身高标定；

S6-3、对S6-1中标记的所有符合的人脸图像进行身高标定的筛选，若存在Δh大于h_max，则对这一差值的图像进行删除；

S6-4、效果单元对剩余符合的图像根据人脸识别程度给出相应评估，即可识别程度为m％，则评估分数为m。

7.根据权利要求6所述的一种用于工业仪表数据智能采集共享器，其特征在于：所述距离测试单元包括测距单元、分析单元；

所述测距单元用于测量在采集图像时刻该人员与采集单元的距离；所述分析单元用于分析得出判断权重；

所述测距单元的输出端与所述分析单元的输入端相连接；所述分析单元的输出端与所述数据处理单元的输入端相连接；

所述分析单元的分析方式为根据公式：

w₁＝s_s*k₁

其中，w₁为远程人脸识别单元判断的权重；s_s为采集时图像与采集单元的距离；k₁为分析系数1。

8.根据权利要求7所述的一种用于工业仪表数据智能采集共享器，其特征在于：所述数据处理单元进行数据处理包括以下步骤：

S8-1、数据处理单元接收采集单元传输的走路姿势数据，同时根据远程人脸识别单元得出的符合图像调取数据库内相对应存储的走路姿势数据；

S8-2、建立相似度的特征对比，计算最终的远程识别分数，根据公式：

P＝w₁*m*k₂+w₂*d*k₃

其中，P为最终的远程识别分数；k₂、k₃为调节系数；d为走路姿势的相似度；

w₁根据距离发生改变；w₂根据w₁发生改变，始终满足w₁+w₂＝1。

9.根据权利要求4所述的一种用于工业仪表数据智能采集共享器，其特征在于：所述开启单元进行开启的方式为：

设置远程识别分数阈值为P_min，若P超出P_min，则控制开启单元对共享设备的屏幕进行开启，查看数据报文。

10.根据权利要求9所述的一种用于工业仪表数据智能采集共享器，其特征在于：所述时间单元控制开启单元的方式为：

时间单元用于计算共享设备无操作时间，若时间满足时间阈值t_max，则时间单元发出息屏指令给到开启单元，开启单元对共享设备进行息屏处理。

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