CN113438619A - 一种基于物联网多数据源信息采集系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种基于物联网多数据源信息采集系统，应用于分布式嵌入式系统多数据源采集，包括：至少一个主机和至少一个从机；从机采集数据信号并对外发送数据包；主机接收所有从机的数据包并在本地采集数据信号，主机将从机的数据包以及主机本地数据进行拼接为复合数据包，主机对外发送复合数据包；云服务器存储模块将接收到的复合数据包根据时间戳的先后顺序，进行分包存储，实现分布式嵌入式系统的数据远程观测和实时共享。

Description

一种基于物联网多数据源信息采集系统及其方法

技术领域

本发明涉及信息采集领域，特别涉及分布式嵌入式系统的基于物联网多数据源信息采集系统及其方法。

背景技术

目前，在嵌入式领域的信号采集模块多为单板卡设计，且采集的信号多为板卡内部逻辑判断使用。然而，随着物联网大数据技术的发展，智能设备终端之间的联系越来越紧密，有时候需要复杂的组网系统，才能完成系统整体工作，信号采集不仅仅局限于板卡内部使用，对信号的远程实时监控和历史记录的查询成为新的需求。

单板卡信号采集模块对板卡传感器的状态信息缺少实时的跟踪和反馈系统，在信号采集性能的评估和状态感知方面，缺少全方位的信息结构。且目前对基于物联网的信息组网式采集方面的研究较少。单板卡信号采集不能适用于多点分布式采集的应用场景，无法对采集单元进行复杂的组网，使得目前的信息采集系统的信息互联程度和智能化程度有待提高。

现有的信息采集系统缺少物联网大数据技术的支撑，而在信息数据与云端服务器交互、数据入库查询等方面的需求程度日益提高。且目前的信息发布系统缺少对信号质量干扰和丢包率等方面的性能优化。当环境信号质量较差与服务器断开连接后，只能通过重新上电的方式再次与服务器连接，无法自动重新与服务器建立连接。当受噪声干扰导致某些数据包没有发布成功时，数据包会丢失，难以保证信息数据的完整性。

因此，当前如何提出一种基于物联网多数据源信息采集系统及其方法，同时该采集系统及其采集方法能够有效弥补现有技术中存在的只针对传统单板卡信息采集的问题，并且能够弥补现有技术在智能终端的互联互通、实时数据监控和数据存储等方面的不足，依然存在巨大的困难。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出的一种基于物联网多数据源信息采集系统及其方法，该系统及其方法能够有效弥补现有技术中存在的只针对传统单板卡信息采集的问题，并且能够弥补现有技术在智能终端的互联互通、实时数据监控和数据存储等方面的不足。

本申请一些实施例中，提供一种基于物联网多数据源信息采集系统，应用于分布式嵌入式系统多数据源采集，包括：

至少一个从机：采集数据信号并对外发送数据包；

至少一个主机：连接从机，主机用于接收从机的数据包并在本地采集数据信号，主机将从机的数据包以及主机本地数据进行拼接为复合数据包，主机对外发送复合数据包；

云服务器存储模块：连接主机，云服务器存储模块用于将接收到的复合数据包根据时间戳的先后顺序，进行分包存储，实现分布式嵌入式系统的数据远程观测和实时共享。

作为优选，上述基于物联网多数据源信息采集系统，还包括：

上位机：连接主机，上位机用于接收复合数据包，并根据复合数据包绘制曲线，实现用户对数据的可视化需求。

作为优选，上述主机与从机，均包括：

信息采集模块：用于通过传感器采集数据信号；

信息发送模块：连接于信息采集模块，信息发送模块用于实时将数据信号基于通信协议对外发送数据包；

数据及故障存储模块：连接于信息采集模块及信息发送模块，用于将信息发送模块未发送成功的数据存储到临时存储区，在信息发送模块发送空闲时间段将未发送成功的数据进行再次发送，以保证数据的完整性，减小丢包率。

作为优选，上述基于物联网多数据源信息采集系统，主机与从机均包括：

电源模块：连接于信息采集模块、信息发送模块和数据及故障存储模块，电源模块用于将直流电转换成多种电压，给信息采集模块、信息发送模块和数据及故障存储模块提供供电使用。

作为优选，上述主机的信息发送模块，包括：

主从通信模块：用于将从机采集的数据信号发送至主机；

云端通信模块：用于将主机的复合数据包发布到云端服务器；

上位机通信模块：用于将主机与从机采集的数据信号上传到上位机。

本发明一些实施例提供一种基于物联网多数据源信息采集方法，应用于分布式嵌入式系统多数据源采集，采用如上所述基于物联网多数据源信息采集系统，包括：

从机操作步骤：通过信息采集模块采集数据信号，并通过信息发送模块对外发送数据包；

主机操作步骤：接收从机的数据包，主机通过信息采集模块采集数据信号，主机将从机的数据包以及主机本地数据进行拼接为复合数据包，主机对外发送复合数据包；

云服务器存储步骤：将接收到的复合数据包根据时间戳的先后顺序，进行分包存储，实现用户按需检索。

作为优选，上述基于物联网多数据源信息采集方法，还包括：

上位机操作步骤：接收复合数据包，并根据复合数据包绘制曲线，实现用户对数据的可视化需求。

作为优选，上述主机操作步骤和从机操作步骤，均包括：

信息采集步骤：通过传感器采集数据信号；

信息发送步骤：实时将数据信号基于通信协议对外发送数据包；

数据及故障存储步骤：将信息发送模块未发送成功的数据存储到临时存储区，在信息发送模块发送空闲时间段将未发送成功的数据进行再次发送，以保证数据的完整性，减小丢包率。

作为优选，上述基于物联网多数据源信息采集方法，上述主机操作步骤和从机操作步骤，还包括：

电源供电步骤：将直流电转换成多种电压，给信息采集模块、信息发送模块和数据及故障存储模块提供供电使用。

作为优选，上述主机操作步骤的信息发送步骤，包括：

主从通信步骤：将从机采集的数据信号发送至主机；

云端通信步骤：将主机的复合数据包发布到云端服务器；

上位机通信步骤：将主机与从机采集的数据信号上传到上位机。

本发明的突出技术效果和优点在于：

1、提高信息采集的可扩展性，系统为一主多从的设计，从机数量可以灵活配置，对环境的适应能力较强，适用于大型分布式嵌入式系统的信息采集；

2、适用于多点分布式采集的场合，系统的主从数据板卡可以分布在不同的位置，分别进行信息采集，主从板卡之间通过LoRa进行信息交互，提高了系统的互联性；

3、多点组网式设计扩大了信息的采集面，使得采集的信息具备立体性；

4、加快了信号采集系统的信息化和智能化进程。信息采集与物联网大数据技术结合，采集的信息可以通过MQTT协议发布到服务器，提高了信息的共享性。

附图说明

图1为本发明实施例信息采集系统结构示意图；

图2为本发明实施例主机与从机的示意图；

图3为本发明实施例主机和从机信息发送模块示意图；

图4为本发明具体实施例采集系统的功能框图；

图5为本发明具体实施例采集系统框图；

图6为本发明具体实施例从机数据包格式示意图；

图7为本发明具体实施例主机数据包格式示意图

图8为本发明具体实施例-10mV-20mV电压采集电路原理图；

图9为本发明具体实施例4mA-20mA电流采集电路原理；

图10为本发明具体实施例0-5V电压采集电路；

图11为本发明具体实施例0-10V电压采集电路原理；

图12为本发明具体实施例开关量采集电路原理；

图13为本发明实施例信息采集系统结构示意图；

图14为本发明具体实施例主机程序流程图；

图15为本发明具体实施例从机程序流程图。

以上图中：

10、基于物联网多数据源信息采集系统

20、从机 30、主机

40、云服务器存储模块 50、上位机

201、信息采集模块 202、信息发送模块

203、数据及故障存储模块 204、电源模块

301、信息采集模块 302、信息发送模块

303、数据及故障存储模块 304、电源模块

305、主从通信模块 306、云端通信模块

307、上位机通信模块

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。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。

显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其他类似情景。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本申请公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本申请揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本申请公开的内容不充分。在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域普通技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例在不冲突的情况下，可以与其它实施例相结合。除非另作定义，本申请所涉及的技术术语或者科学术语应当为本申请所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请所涉及的“一”、“一个”、“一种”、“该”等类似词语并不表示数量限制，可表示单数或复数。本申请所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；例如包含了一系列步骤或模块(单元)的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可以还包括没有列出的步骤或单元，或可以还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。本申请所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电气的连接，不管是直接的还是间接的。

本申请所涉及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。本申请所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序。

本发明旨在提供一种多数据源信息采集系统及其方法，为弥补传统的只针对传统单板卡信息采集在智能终端的互联互通和实时数据监控和数据存储等方面的不足，本发明具体实施例中基于物联网MQTT协议，开发了一种面向多数据源的信息采集与发布系统。多数据源信息采集系统作为一种新型的信息采集系统，打破了传统的单板卡设计，本设计由多个板卡组成，并可以以一主多从的方式进行组网，可以完成多点信息采集，适用于大范围组网式的信息采集系统，同时该系统可以通过MQTT协议将信息发布到云端服务器，并存入数据库，实现了数据的远程观测和实时共享。同时本系统具备4G模块掉线重连功能，可适应不同的网络环境。同时，spiFLASH可以将4G模块重启时的数据或者未发布成功的数据进行记录，并在空闲时间再次发布，大大减小了丢包率。

下面结合附图对本申请提供的一种基于物联网多数据源信息采集系统及其方法做进一步说明。

图1为本发明实施例信息采集系统结构示意图，如图1所示，本发明实施例提供一种基于物联网多数据源信息采集系统10，应用于分布式嵌入式系统多数据源采集，采用一个主机对应多个从机的组网方式，可以完成多点信息采集，包括：至少一个从机20，至少一个主机30和云服务器存储模块40；

其中，从机20采集数据信号并对外发送数据包；

主机30连接多个从机20，主机30接收从机20的数据包并在本地采集数据信号，主机30将从机20的数据包以及主机30本地数据进行拼接为复合数据包，主机30对外发送复合数据包；

云服务器存储模块40连接主机30，云服务器存储模块40将接收到的复合数据包根据时间戳的先后顺序，进行分包存储，实现分布式嵌入式系统的数据远程观测和实时共享。

进一步的，上述基于物联网多数据源信息采集系统10，还包括：

上位机50连接主机30，上位机50接收主机30发送的复合数据包，并根据复合数据包绘制曲线，实现用户对数据的可视化需求。

图2为本发明实施例主机与从机的示意图，如图2所示，从机20包括：信息采集模块201，信息发送模块202和数据及故障存储模块203；

信息采集模块201通过传感器采集数据信号；

信息发送模块202连接于信息采集模块201，信息发送模块202实时将数据信号基于通信协议对外发送数据包；

数据及故障存储模块203连接于信息采集模块201及信息发送模块202，数据及故障存储模块203将信息发送模块202未发送成功的数据存储到临时存储区，在信息发送模块202发送空闲时间段将未发送成功的数据进行再次发送，以保证数据的完整性，减小丢包率。

进一步的，从机20还包括电源模块204；

电源模块204连接于信息采集模块201、信息发送模块202和数据及故障存储模块203，电源模块204将直流电转换成多种电压，给信息采集模块201、信息发送模块202和数据及故障存储模块203提供供电使用。

其中，主机30包括：信息采集模块301，信息发送模,302和数据及故障存储模块303；

信息采集模块301通过传感器采集数据信号；

信息发送模块302连接于信息采集模块301，信息发送模块302实时将数据信号基于通信协议对外发送数据包；

数据及故障存储模块303连接于信息采集模块301及信息发送模块302，数据及故障存储模块303将信息发送模块302未发送成功的数据存储到临时存储区，在信息发送模块302发送空闲时间段将未发送成功的数据进行再次发送，以保证数据的完整性，减小丢包率。

进一步的，主机30还包括电源模块304；

电源模块304连接于信息采集模块301、信息发送模块302和数据及故障存储模块303，电源模块304将直流电转换成多种电压，给信息采集模块301、信息发送模块302和数据及故障存储模块303提供供电使用。

图3为本发明实施例主机和从机信息发送模块示意图，如图3所示，从机20的信息发送模块202包括主从通信模块205；主从通信模块205将从机20采集的数据信号发送至主机30；

主机30的信息发送模块302包括：主从通信模块305、云端通信模块306和上位机通信模块307；

主从通信模块305将从机20采集的数据信号发送至主机30；

云端通信模块306将主机30的复合数据包发布到云端服务器存储模块40；

上位机通信模块307将主机30与从机20采集的数据信号上传到上位机50。

下面结合附图对本申请具体实施例提供的一种基于物联网多数据源信息采集系统做进一步说明。

图4为本发明具体实施例采集系统的功能框图，如图4所示信息采集系统功能框图，本发明基于物联网多数据源信息采集系统分为主机和从机两部分，主机和从机同时通过传感器采集信息，从机可以将采集的传感器的值通过ZM470SX-M模块，采用LoRa专利调制技术将传感器的数据发送至主机，主机将所有从机的数据包以及自身本地数据进行拼接为复合数据包，然后EC20模块采用4G通信技术将数据包发布到云端服务器。同时主机还可以将传感器数据通过CAN总线协议上传至电脑上位机，上位机可以根据传感器数据绘制出实时的曲线。同时，本系统可以对EC20未发布成功的数据包进行存储，在板卡运行的空闲时间再将未发布成功的数据发布，从而减少丢包率，本系统也根据采集的传感器数据经过逻辑处理得出的错误状态进行故障记录，以便于对板卡故障的记录和排查。EC20模块在4G网络环境信号较弱或受噪声干扰出现数据发送错误时，可以进行重启操作，重新完成与服务器的连接，进而进行再次数据发布。

图5为本发明具体实施例采集系统框图，如图5所示，一种基于物联网MQTT协议的多数据源信号采集与发布单元，包括电源模块，信息采集模块，LoRa通信模块，4G通信模块，云服务器存储模块，CAN通信模块，数据及故障存储模块。电源模块将110V直流电转换成24V、12V、5V、3.3V等电压，供给系统各模块供电使用。信息采集模块采集信息的范围可包括4-20mA的传感器电流信号，0-10V的传感器电压信号，0-5V的传感器电压信号，-10mV-20mV的传感器电压信号，24V的开关量信号，环境温湿度等。主机和从机进行信息采集，采集通过LoRa模块将采集到的信息传送给主机。主机对数据包进行拼接整合，然后通过4G通信模块将信息发布到服务器。云服务器存储模块可以将接收到的数据根据时间戳的先后顺序，进行分包存储。用户可以在需要时进入数据库进行检索相应的信息。CAN通信模块可以实时上传采集的数据信息至电脑上位机，上位机根据收到的数据可以绘制出曲线，用户可以直观地观测到数据的变化。数据及故障存储模块可以在系统运行过程中4G模块没有发送成功的数据存储至spiFLASH，在4G发送空闲时间段将未发送成功的数据进行再次发送，从而保证了服务器接收数据的完整性，减小了丢包率。spiFLASH还可以记录本地逻辑所判断的故障信息，进行故障记录，以便于对历史故障的查询。

系统由主机和从机两部分组成。主机和从机的数量是可配置的，主机的数量和从机的数量为至少一个，并可以通过LoRa无线模块灵活组网。在安全需求等级较高的场合下，一个采集区域内，可以配置两个主机和若干节点的从机。两个主机同时接收所有从机节点的数据，并将各自组合的数据包通过4G模块向服务器发布。两个主机互为补充，确保在一个主机故障时，还有另外一个主机仍然能够正常通信，降低系统功能失效的概率，提高了可靠性。主机与从机正式通信之前，首先进行一次握手操作，握手成功后，从机开始向主机发送数据。

本发明具体实施例中系统采用的是1主机多从机的模式，主机和从机之间采用无线LoRa模块进行通信，从机在与主机握手成功后，开始向主机发送数据。主机进行数据接收，并将接收的数据和自身数据进行整合，整合后的数据通过4G模块，采用MQTT协议发送至服务器，进行入库存储。从机通过Lora模块，每隔100ms发送一个数据包，主机每100ms接收一次数据包，主从收发频率保持为一致。主机和从机的数据包为面向多数据源的传感器数据。每类数据源对应一个通道。主机的数据源分为9个通道，每隔10ms对各通道数据进行一次采集更新，并将每次的采集值放入对应的数组字节偏移位置。从机的数据源分为5个通道，每隔10ms对各通道数据进行一次采集更新，在到达100ms时刻，将采集的数据组合成数据包发送。

图6为本发明具体实施例从机数据包格式示意图，如图6所示，从机数据包包含52个字节，第0到第1字节为包头，第2到第21字节为通道1数据，第22到第41字节为通道2的数据，第42到第43字节为通道3的数据，第44到第45字节为通道4的数据，第46到第47字节为通道5的数据，第49到第50个字节为包尾，第51字节为数据校验值。

图7为本发明具体实施例主机数据包格式示意图，如图7所示，主机接收到从机数据包之后，进行整体数据的组合。主机数据在前，从机节点数据在后，具体为：第0个到第1个字节为数据包头，第2到第5个字节为消息计数，第6字节为通信协议版本号，第7到第8字节为数据长度，第9到第14字节为时间戳，包括年月日时分秒，第15到第16字节为备用字节，第7到第23字节为区号项目号，第24到第26字节为区域号，第27字节为主机数量，第28字节为从机数量，第29到第31字节为设备号，第32到第34字节为主设备号，第35到第36字节为主机数据包数，第37到第38字节为主机数据包单包工况数，第39到第40字节为主机数据长度，第41到第280字节为主机有效数据，第281到第283字节为从设备号，第284到第285字节为从机数据包数，第286到第287字节为从机数据单包工况数，第288到第289字节为从机数据长度，第290字节为从机同步计数，第291到第508为第一个从机的数据。如果扩展更多的从机，则所有从机的数据格式按照第281到第508字节的格式拼接在上一个从机数据之后，最后在数据包最后加上校验和包尾，完成系统整个数据包的组合。不同主机和从机的数据以设备号作区分。主从数据包每个通道会有多个数据，这些数据在不同的时间片里进行采集，数据个数根据采样率决定，最大采样率50HZ，1秒内可以采集50个不同周期的数据。在达到1秒的时刻，主机将组合的数据包以MQTT协议通过4G模块向服务器发布。

1、电源模块负责给整个系统供给电压。电源模块为110V的供电输入，经过电压转换芯片可以对板卡供给24V、12V、5V、3.3V等级别的电压，其中24V作为传感器的供电电压。

2、12V作为仪表放大器AD8220的供电电压，5V作为CAN通信电路的供电电压，3.3V作为STM32及外围电路的供电电压。

3、信息采集模块可以采集4-20mA的电流传感器信号，0-10V的电压传感器信号，0-5V的电压传感器信号，-10mV-20mV的电压传感器信号，24V的开关量信号，环境温湿度等，其中-10mV-20mV的电压传感器信号为差分信号，差分信号经过仪表放大器进行放大，输出单端信号，经过RC滤波电路，作为STM32 ADC采集电路的输入，其电路原理如图8所示。4-20mA的电流传感器信号为电流型传感器的输出信号，输出电流经过150欧姆的采样电阻采样，将电流信号转换成电压信号，电压信号经过比例运放电路进行调理，经RC滤波电路滤波，进入STM32的内置ADC进行采集,其电路原理如图9所示。

4、0-5V的电压传感器信号可以在传感器动作时输出0-5V的电压，经过比例运放电路调理，经RC滤波电路滤波，进入STM32的ADC进行采集，其电路原理如图10所示。

5、0-10V的电压传感器信号为电压型传感器的输出，传感器动作时输出0-10V的信号电压，经由比例运放电路调理，经RC滤波电路，作为STM32 ADC采样电路的输入，其电路原理如图11所示。

6、开关量信号可以对24V和0V的电压值做出判断，输入为24V时，电路输出为0，输入0V时，电路输出为1，输入电压经过开关量调理电路，进入STM32的GPIO进行读取，其电路原理如图12所示。

7、温湿度传感器为HDC2080模块，可以测量车钩环境温度和湿度，分别由11位的二进制数表示，量程分别为-40℃-125℃和0％-100％，由STM32实时读取。

下面结合附图对本申请实施例提供的一种基于物联网多数据源信息采集方法做进一步说明。

图13为本发明实施例信息采集方法流程示意图，如图13所示，本发明实施例还提供一种基于物联网多数据源信息采集方法，应用于分布式嵌入式系统多数据源采集，采用如上所述基于物联网多数据源信息采集系统10，包括：

从机操作步骤：通过信息采集模块采集数据信号，并通过信息发送模块对外发送数据包；

主机操作步骤：接收从机的数据包，主机通过信息采集模块采集数据信号，主机将从机的数据包以及主机本地数据进行拼接为复合数据包，主机对外发送复合数据包；

云服务器存储步骤：将接收到的复合数据包根据时间戳的先后顺序，进行分包存储，实现用户按需检索。

基于物联网多数据源信息采集方法，还包括：

上位机操作步骤：接收复合数据包，并根据复合数据包绘制曲线，实现用户对数据的可视化需求。

主机操作步骤和从机操作步骤均包括：

信息采集步骤：通过传感器采集数据信号；

信息发送步骤：实时将数据信号基于通信协议对外发送数据包；

数据及故障存储步骤：将信息发送模块未发送成功的数据存储到临时存储区，在信息发送模块发送空闲时间段将未发送成功的数据进行再次发送，以保证数据的完整性，减小丢包率。

进一步的，主机操作步骤和从机操作步骤均包括：

电源供电步骤：将直流电转换成多种电压，给信息采集模块、信息发送模块和数据及故障存储模块提供供电使用。

作为优选，上述主机操作步骤的信息发送步骤，包括：

主从通信步骤：将从机采集的数据信号发送至主机；

云端通信步骤：将主机的复合数据包发布到云端服务器；

上位机通信步骤：将主机与从机采集的数据信号上传到上位机。

下面结合附图对本申请具体实施例提供的一种基于物联网多数据源信息采集方法做进一步说明。

为实现本系统方案，设计出程序的实现流程，实现流程分为主机程序流程和从机程序流程两部分，图14为本发明主机程序流程示意图，如图14所示，主机程序设计流程为：系统上电进行软硬件初始化配置，包括时钟初始化、DMA(Direct Memory Access直接内存存取)初始化、定时器初始化、串口初始化、spi通信初始化、ADC(Analogue-digitalconverter模数转换器)采集初始化、RTC(Real Time Clock实时时钟时钟)初始化、CAN(Controller Area Network控制器局域网络)初始化、spiFLASH(spi接口的闪存)初始化、LoRa(Long Range Radio远距离无线电)初始化等，然后程序启动模拟量采集的DMA模式，然后MCU(Microcontroller Unit微控制单元)通过串口通信控制EC20(移远通信推出的4G网络无线通信模块)与服务器建立连接，并通过AT指令获取网络时间，然后启动定时器调度任务，然后从spiFLASH中读取上次操作的读写地址。

定时器调度任务启动后程序将按照定时周期进入定时器回调函数执行相应的任务。其中定时器2每10ms进入一次，执行读取模拟量和开关量信号，读取之后整合进MQTT(Message Queuing Telemetry Transport消息队列遥测传输协议)数据包，在定时器计时1秒时，进行MQTT数据包的发送，MQTT数据包还包括从机的数据。定时器3每10ms进入一次，进行温湿度的采集，同时接收来自从机的LoRa数据包，从机的数据包将被整合到主机MQTT协议数据包中。定时器5每200毫秒进入一次，进行EC20发送错误或重启的检测，如果检测到EC20发送错误或重启，MCU将控制spiFLASH写入EC20未成功发送的数据或在重启阶段的数据；若没有检索到EC20发送数据错误或者重启，则进行板卡故障状态的查询，出现故障则向spiFLASH写入故障数据，没有出现故障则向spiFLASH写入当前的读写地址。定时器7每5毫秒进入一次，进行CAN通信任务调度。main函数作为整个程序的入口函数，进行RTC时间的获取和EC20数据发送错误的检测，如果检测到EC20发送错误，则控制EC20进行重启。

从机设计流程为：从机上电进入初始化环节，包括时钟初始化、DMA初始化、定时器初始化、spi通信初始化、ADC采集初始化、CAN初始化、spiFLASH初始化、LoRa初始化等。初始化完成之后，启动模拟量采集的DMA模式，然后启动定时器，然后通过spi通信读取spiFLASH的上次故障记录地址，然后进行主从LoRa的同步握手操作。其中定时器2调度任务每10ms进入一次，执行读取模拟量和开关量任务，定时器计时累加到100ms时，整合从机LoRa数据包，准备发送。定时器3每5ms调度一次任务，进行CAN通信操作。定时器5每隔200ms调度一次，检测故障记录标志位如果为1，则向spiFLASH写入故障记录数据，否则等待计时满1s,向spiFLASH写入当前写操作地址。main函数作为整个程序的入口函数，每500ms执行一次读温湿度操作，主函数当检索到LoRa发送标志位置1，进行LoRa数据的发送。

图15为本发明从机程序流程示意图，如图15所示，本发明采用一主多从组网式信息采集系统，可实现一主机多从机的信息采集，具备多点分布式信息采集能力，突破了传统信息的单点采集方式，使得信息采集具备组网式立体结构。信息采集量更大，采集内容更丰富。主机与从机之间通过LoRa模块进行通信，从机将采集的数据传输至主机，主机进行数据拼接和整合。从机数量可以根据应用场景而增加或减少，环境适应性强，具备灵活配置能力。

本发明和物联网大数据技术相结合，采用物联网协议MQTT进行数据的传输。传输机制为MCU通过串口通信协议驱动4G模块EC20，使其与服务器建立连接并进行数据发布，从而实现了对数据的监控，同时服务器可将接收的数据存储至数据库，实现了对历史数据的查询。

4G模块EC20具备重启机制，4G模块向服务器发布数据过程中，因信号较弱或受噪声干扰而传输出错时，可以自动重启，重新与服务器建立连接，再次进行数据的发布，从而使4G模块传输数据时的环境适应性和抗干扰能力大为提升。

系统可以通过spiFLASH存储模块存储EC20因信号质量或噪声干扰而未发布成功的数据，在EC20发送空闲时间将记录的数据重新发送，极大地减小了丢包率，保证了服务器接收数据的完整性。

本系统可以通过CAN通信将采集的信息实时上传至电脑上位机，上位机可以对信息进行解析并绘制出实时的曲线图，可以形象地观测传感器采集数据的变化。

1、提高信息采集的可扩展性，系统为一主多从的设计，从机数量可以灵活配置，对环境的适应能力较强。

2、适用于多点分布式采集的场合，系统的主从数据板卡可以分布在不同的位置，分别进行信息采集，主从板卡之间通过LoRa进行信息交互，提高了系统的互联性。多点组网式设计扩大了信息的采集面，使得采集的信息具备立体性。

3、加快了信号采集系统的信息化和智能化进程。信息采集与物联网大数据技术结合，采集的信息可以通过MQTT协议发布到服务器，提高了信息的共享性。

本发明提出的一种基于物联网多数据源信息采集系统及其方法，为弥补传统的只针对传统单板卡信息采集在智能终端的互联互通和实时数据监控和数据存储等方面的不足，本发明基于物联网MQTT协议，开发了一种面向多数据源的信息采集与发布系统。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于物联网多数据源信息采集系统，应用于分布式嵌入式系统多数据源采集，其特征在于，包括：

至少一个从机：采集数据信号并对外发送数据包；

至少一个主机：连接所述从机，所述主机用于接收所述从机的数据包并在本地采集数据信号，所述主机将所述从机的数据包以及所述主机本地数据进行拼接为复合数据包，所述主机对外发送所述复合数据包；

云服务器存储模块：连接所述主机，所述云服务器存储模块用于将接收到的所述复合数据包根据时间戳的先后顺序，进行分包存储，实现分布式嵌入式系统的数据远程观测和实时共享。

2.根据权利要求1所述基于物联网多数据源信息采集系统，其特征在于，还包括：

上位机：连接所述主机，所述上位机用于接收所述复合数据包，并根据所述复合数据包绘制曲线，实现用户对数据的可视化需求。

3.根据权利要求1所述基于物联网多数据源信息采集系统，其特征在于，所述主机与所述从机均包括：

信息采集模块：用于通过传感器采集数据信号；

信息发送模块：连接于所述信息采集模块，所述信息发送模块用于实时将所述数据信号基于通信协议对外发送数据包；

数据及故障存储模块：连接于所述信息采集模块及所述信息发送模块，用于将所述信息发送模块未发送成功的数据存储到临时存储区，在所述信息发送模块发送空闲时间段将所述未发送成功的数据进行再次发送，以保证数据的完整性，减小丢包率。

4.根据权利要求3所述基于物联网多数据源信息采集系统，其特征在于，所述主机与所述从机均包括：

电源模块：连接于所述信息采集模块、信息发送模块和数据及故障存储模块，所述电源模块用于将直流电转换成多种电压，给所述信息采集模块、信息发送模块和数据及故障存储模块提供供电使用。

5.根据权利要求3所述基于物联网多数据源信息采集系统，其特征在于，所述主机的所述信息发送模块包括：

主从通信模块：用于基于Lora通信协议将所述从机采集的所述数据信号发送至所述主机；

云端通信模块：用于基于MQTT通信协议将所述主机的复合数据包发布到所述云端服务器；

上位机通信模块：用于基于CAN通信协议将所述主机与所述从机采集的数据信号上传到所述上位机。

6.一种基于物联网多数据源信息采集方法，应用于分布式嵌入式系统多数据源采集，采用如权利要求1-5中任意一项所述多数据源信息采集系统，其特征在于，包括：

从机操作步骤：通过所述信息采集模块采集数据信号，并通过所述信息发送模块对外发送所述数据包；

主机操作步骤：接收所述从机的数据包，所述主机通过所述信息采集模块采集数据信号，所述主机将所述从机的数据包以及所述主机本地数据进行拼接为复合数据包，所述主机对外发送所述复合数据包；

云服务器存储步骤：将接收到的所述复合数据包根据时间戳的先后顺序，进行分包存储，实现用户按需检索。

7.根据权利要求6所述基于物联网多数据源信息采集方法，其特征在于，还包括：

上位机操作步骤：接收所述复合数据包，并根据所述复合数据包绘制曲线，实现用户对数据的可视化需求。

8.根据权利要求6所述基于物联网多数据源信息采集方法，其特征在于，所述主机操作步骤和所述从机操作步骤，均包括：

信息采集步骤：通过传感器采集数据信号；

信息发送步骤：实时将所述数据信号基于通信协议对外发送数据包；

数据及故障存储步骤：将所述信息发送模块未发送成功的数据存储到临时存储区，在所述信息发送模块发送空闲时间段将所述未发送成功的数据进行再次发送，以保证数据的完整性，减小丢包率。

9.根据权利要求6所述基于物联网多数据源信息采集方法，其特征在于，所述主机操作步骤和所述从机操作步骤还包括：

电源供电步骤：将直流电转换成多种电压，给所述信息采集模块、信息发送模块和数据及故障存储模块提供供电使用。

10.根据权利要求8所述基于物联网多数据源信息采集方法，其特征在于，所述主机操作步骤的所述信息发送步骤包括：

主从通信步骤：基于Lora通信协议将所述从机采集的所述数据信号发送至所述主机；

云端通信步骤：基于MQTT通信协议将所述主机的复合数据包发布到所述云端服务器；

上位机通信步骤：基于CAN通信协议将所述主机与所述从机采集的数据信号上传到所述上位机。

Images