CN114003022B - 一种基于数据流的设备监控平台 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于数据流的设备监控平台，属于数据实时监控技术领域，设备监控平台进行分层设计，从下到上包括驱动层、协议层以及功能层，所述驱动层为协议层提供统一的数据访问接口，所述协议层为功能层提供统一的数据访问接口，所述功能层基于统一的协议层接口实现设备监控平台的顶层应用功能，可以进行功能扩展，以及进一步的数据应用。该基于数据流的设备监控平台，通过设置驱动层，通过统一的接口封装，实现CAN帧数据流的输入，这样做封装了各种类型CAN卡硬件类型的差异，包括离线CAN帧文件的导入和在线实时CAN帧的输入。封装成统一输入，减少了协议层实现的复杂度，协议层软件实现更清晰，更简洁，运行效率更高。

Description

一种基于数据流的设备监控平台
技术领域
本发明属于数据实时监控技术领域，具体为一种基于数据流的设备监控平台。
背景技术
现有的监控平台具有设备通信访问、通信协议解析、设备状态和告警显示、设备控制、历史数据查看等功能。传统监控软件会依据所监控的每个设备类型进行相关的协议代码实现，状态显示，并根据支持的相关状态进行特定显示窗口的设计和呈现。同时，现有的监控平台具有以下问题：
1)对于设备的通信访问、数据呈现、设备控制，及其数据分析可视化，缺乏通用性，和设备类型强相关，导致监控平台通用性不强，开放性和可扩展性不够。对于所在的新能源汽车行业，车辆很多电气设备都挂在不同的车辆CAN总线上，各车厂的通信协议，及其各车型的通信协议多有不同，传统监控平台很难快速适配各个项目的开发和测试需求。
2)传统监控设备方案由于软件框架层次性不足或模糊，导致软件可维护性、运行效率、稳定性，都需要耗费比较大的人力成本。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于数据流的设备监控平台，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于数据流的设备监控平台，设备监控平台进行分层设计，从下到上包括驱动层、协议层以及功能层，所述驱动层为协议层提供统一的数据访问接口，所述协议层为功能层提供统一的数据访问接口，所述功能层基于统一的协议层接口实现设备监控平台的顶层应用功能，可以进行功能扩展，以及进一步的数据应用；
所述驱动层，通过软件虚拟CAN卡的封装方式以及物理硬件CAN卡基类的封装方式，通过在线和离线两种不同方式获得的数据，放入统一无差别的CAN帧数据流上，包括实时在线数据和来自于文件的历史数据；
所述协议层，用于对来自于驱动层CAN帧数据流的解码，转换成为应用信号流，并对来自于功能层下行数据的打包，转换成为CAN帧数据流，CAN帧支持标准帧、扩展帧，数据格式支持Intel/Little-endian格式和Motorola/Big-endian格式；
所述功能层，包括多种功能模块，用于数据示波器可视化、原始CAN帧数据流显示进行通信故障排查、历史数据可视化浏览用于故障现场分析、测试环节的设备命令模拟以及设备实时数据监控。
进一步优化本技术方案，所述驱动层抽象出CAN卡设备对象的基类，基于该CAN卡基类的实现对各个不同型号的CAN卡类型进行驱动封装。
进一步优化本技术方案，所述设备监控平台的输入数据来自于封装的CAN卡基类，设备在线实时调试，连接物理CAN卡，包括本地调试和远程调试；对抓取的现场故障数据包进行数据可视化分析，查找故障点设备状态，采用软件虚拟CAN卡，把来自于其他总线数据记录仪的历史数据文件，注入到软件虚拟CAN卡。
进一步优化本技术方案，所述协议层包括设备监控平台的CAN帧信号数据库，通过Microsoft Excel/WPS Office可配置的协议定义，可以对每个设备的帧，及其模拟量、状态量、告警量进行定义。
进一步优化本技术方案，所述功能层的多种功能模块包括示波器数据的有效解析、设备状态解析；包括信号量的数据格式、数据单位、故障和状态名称自动解析；对于需要监控的设备，添加其CAN帧后重新加载配置文件；定时发送指定的数据帧，进行模拟量、状态量、告警量的数据设定；模拟VCU设备发送相关控制命令，同时对电控设备反馈的数据状态进行监视。
进一步优化本技术方案，所述驱动层采用正则表达式技术对抓取保存的CAN文本帧数据进行解包，以达到对一个CAN帧各数据元的识别和提取，无视CAN文本帧格式数据包差异，使用时无需手动配置包软件类型。
进一步优化本技术方案，所述功能层在对原始CAN帧数据流进行显示时，支持总线所有CAN帧数据实时显示，支持总线数据实时写入文件，支持总线所有CAN帧canid列表统计以及支持特定canid数据帧显示过滤。
进一步优化本技术方案，所述功能层在对设备命令模拟以及设备实时数据监控时，支持总线设备数据的实时显示、解析，支持异常数据高亮显示，支持设备命令模拟以及支持excel/WPS编辑协议配置文件。
与现有技术相比，本发明提供了一种基于数据流的设备监控平台，具备以下有益效果：
1、该基于数据流的设备监控平台，通过设置驱动层，通过统一的接口封装，实现CAN帧数据流的输入，这样做封装了各种类型CAN卡硬件类型的差异，包括离线CAN帧文件的导入和在线实时CAN帧的输入。封装成统一输入，减少了协议层实现的复杂度，协议层软件实现更清晰，更简洁，运行效率更高。
2、该基于数据流的设备监控平台，通过设置功能层，在数据呈现上充分利用开源平台的优势，进行设备数据的可视化，支持多通道数据的缩放、横向时间轴上的平移，具有运行效率高，图形缩放迅速灵活，同时支持大数量长时间波形加载，大大提高了数据波形操作流畅度。
附图说明
图1为本发明提出的一种基于数据流的设备监控平台的结构示意图；
图2为本发明提出的一种基于数据流的设备监控平台的实时示波器的监控界面；
图3为本发明提出的一种基于数据流的设备监控平台的示波器的通道配置示意图；
图4为本发明提出的一种基于数据流的设备监控平台的设备参数配置示意图；
图5为本发明提出的一种基于数据流的设备监控平台的CAN帧数据流监控界面；
图6为本发明提出的一种基于数据流的设备监控平台的设备实时数据监控、设备命令模拟示意图；
图7为本发明提出的一种基于数据流的设备监控平台的离线文件数据可视化分析界面；
图8为本发明提出的一种基于数据流的设备监控平台的鼠标滚动参数调节界面；
图9为本发明提出的一种基于数据流的设备监控平台的CAN卡类型选择界面。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，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。
实施例一：
请参阅图1，一种基于数据流的设备监控平台，设备监控平台进行分层设计，从下到上包括驱动层、协议层以及功能层，所述驱动层为协议层提供统一的数据访问接口，所述协议层为功能层提供统一的数据访问接口，所述功能层基于统一的协议层接口实现设备监控平台的顶层应用功能，可以进行功能扩展，以及进一步的数据应用；
所述驱动层，通过软件虚拟CAN卡的封装方式以及物理硬件CAN卡基类的封装方式，通过在线和离线两种不同方式获得的数据，放入统一无差别的CAN帧数据流上，包括实时在线数据和来自于文件的历史数据；
所述协议层，用于对来自于驱动层CAN帧数据流的解码，转换成为应用信号流，并对来自于功能层下行数据的打包，转换成为CAN帧数据流，CAN帧支持标准帧、扩展帧，数据格式支持Intel/Little-endian格式和Motorola/Big-endian格式；
所述功能层，包括多种功能模块，用于数据示波器可视化、原始CAN帧数据流显示进行通信故障排查、历史数据可视化浏览用于故障现场分析、测试环节的设备命令模拟以及设备实时数据监控。
具体的，所述驱动层抽象出CAN卡设备对象的基类，基于该CAN卡基类的实现对各个不同型号的CAN卡类型进行驱动封装。
具体的，所述设备监控平台的输入数据来自于封装的CAN卡基类，设备在线实时调试，连接物理CAN卡，包括本地调试和远程调试；对抓取的现场故障数据包进行数据可视化分析，查找故障点设备状态，采用软件虚拟CAN卡，把来自于其他总线数据记录仪的历史数据文件，注入到软件虚拟CAN卡。
具体的，所述协议层包括设备监控平台的CAN帧信号数据库，通过MicrosoftExcel/WPS Office可配置的协议定义，可以对每个设备的帧，及其模拟量、状态量、告警量进行定义。
具体的，所述功能层的多种功能模块包括示波器数据的有效解析、设备状态解析；包括信号量的数据格式、数据单位、故障和状态名称自动解析；对于需要监控的设备，添加其CAN帧后重新加载配置文件；定时发送指定的数据帧，进行模拟量、状态量、告警量的数据设定；模拟VCU设备发送相关控制命令，同时对电控设备反馈的数据状态进行监视。
具体的，所述驱动层采用正则表达式技术对抓取保存的CAN文本帧数据进行解包，以达到对一个CAN帧各数据元的识别和提取，无视CAN文本帧格式数据包差异，使用时无需手动配置包软件类型。
具体的，所述功能层在对原始CAN帧数据流进行显示时，支持总线所有CAN帧数据实时显示，支持总线数据实时写入文件，支持总线所有CAN帧canid列表统计以及支持特定canid数据帧显示过滤。
具体的，所述功能层在对设备命令模拟以及设备实时数据监控时，支持总线设备数据的实时显示、解析，支持异常数据高亮显示，支持设备命令模拟以及支持excel/WPS编辑协议配置文件。
实施例二：
基于实施例一中的基于数据流的设备监控平台，驱动层抽象出CAN卡设备对象的基类，基于该CAN卡基类的实现对经典、通用普及型的各厂家CAN卡类型进行驱动封装。同时包括软件虚拟CAN卡，可以模拟产生随机数据，主要用于离线数据帧文件的价值。通过驱动层可以获得CAN帧数据流，包括实时在线数据和来自于文件的历史数据。驱动层为协议层提供了统一的数据访问接口。
协议层构成了设备的CAN帧信号数据库，实现了对来自于驱动层CAN帧数据流的解码，转换成为应用信号流，用于上层功能层的具体应用。也实现了对来自于功能层下行数据的打包，转换成为CAN帧数据流，以便提交到当前打开的驱动层CAN卡。协议层为功能层提供了统一的数据访问接口。
功能层实现监控平台的顶层应用功能，包括数据示波器可视化、原始CAN帧数据流显示用于通信故障排查、历史数据可视化浏览用于故障现场分析、测试环节的设备命令模拟等。功能层基于统一的协议层接口，随时可以进行功能扩展，以及进一步的数据应用。
其中，整个监控平台的输入数据来自于封装的CAN卡基类，其包括物理硬件CAN卡，和软件虚拟CAN卡两种方式。设备在线实时调试，连接物理CAN卡，包括本地调试(调试电脑通过USB电缆连接物理CAN卡)和远程(调试电脑通过Internet TCP/IP网络连接现场的基于4G网络的物理CAN卡)调试。对抓取的现场故障数据包进行数据可视化分析，查找故障点设备状态，采用软件虚拟CAN卡。把来自于其他总线数据记录仪的历史数据文件，注入到该软件虚拟CAN卡。通过这种虚拟CAN卡的封装方式，和CAN卡基类的封装方式，实现了在线和离线两种不同方式获得的数据，放入统一无差别的CAN帧数据流上，供上层协议层处理。
其中，通过Microsoft Excel/WPS Office可配置的协议定义，可以对每个设备的帧，及其模拟量、状态量、告警量进行定义，构成了整个应用平台可识别的设备帧数据库。CAN帧支持标准帧、扩展帧，数据格式支持Intel/Little-endian格式和Motorola/Big-endian格式。该统一的设备数据帧定义，应用到所有的上层功能模块，包括示波器数据的有效解析、设备状态解析等，包括信号量的数据格式、数据单位、故障和状态名称自动解析。对于需要监控的设备，添加其CAN帧后重新加载配置文件即可。同时支持对这些设备的简单模拟，能够定时发送指定的数据帧，可以进行模拟量、状态量、告警量的数据设定。模拟设备发送数据，对于设备测试非常方便，电控厂家可以在设备生产环节，模拟VCU设备发送相关控制命令，同时对电控设备反馈的数据状态进行监视。
在对于各种软件平台抓取保存的CAN文本帧数据解包时，采用了正则表达式技术，以达到对一个CAN帧各数据元的识别和提取，具有解包代码实现简单，以及无视各平台CAN文本帧格式数据包差异，使用时无需手动配置包软件类型，简化使用提高了效率。
实施例三：
基于实施例一中的基于数据流的设备监控平台，对于特定的电机标定场合，需要根据其他仪器显示的参数值实时手动连续调整电机参数值。传统方式采用电位器进行调节，因为电位器是带有旋转机构的点子器件，容易磨损、老化，以及精度问题导致参数调整连续性不好。而采用软件界面，采用滚动鼠标中键实现参数连续调整，根据鼠标光标所在的区域，实现滚动一次有不同的调整步距，满足快速调整和精细调整的需求，做到参数调整随心所欲，而且流畅。避免了模拟器件输入的不连续性、精度误差达、已损坏等问题，同时大大提高了电机标定效率，能够做到单人调整参数，同时自己保存参数的操作。
基于数据流的设备监控平台搭载应用程序，如图2所示为实时示波器的监控界面，根据下位机设备的处理速度，所有通道数据最小刷新周期为2ms；可持续监控和缓冲30分钟以上实时数据；支持波形数据导出、加载；所有数据量实时解析，包括精度、单位、名称。
如图3所示为示波器的通道配置示意图，示波器通道信号选择和属性定义。
如图4所示为设备参数配置示意图，支持多参数组的参数配置；支持参数的导入、导出；支持当前参数与导出的参数文件比较，及其差异项高亮显示；支持全选，鼠标右键取消选择；支持批量自动读取、写入，及其操作结果统计显示。
如图5所示为CAN帧数据流监控界面，支持总线所有CAN帧数据实时显示；支持总线数据实时写入文件，当长时间抓取时自动分文件处理，避免单个文件尺寸过大，造成打开文件困难；支持总线所有CAN帧canid列表统计；支持特定canid数据帧显示过滤。
如图6所示为设备实时数据监控、设备命令模拟示意图，支持总线设备数据的实时显示、解析；支持异常数据高亮显示；支持设备命令模拟；支持excel/WPS编辑协议配置文件。
如图7所示为离线文件数据可视化分析界面，支持纵向信号显示自动缩放坐标轴；支持滚动鼠标中键缩放横向时间轴，便于从细微时序分析信号先后变化状态；支持任意多通道数据同时显示(建议采用纵向显示器可以显示更多通道)；支持数据文件拖放自动解码；任意选择自己感兴趣的信号进行显示。
如图8所示为鼠标滚动参数调节界面，支持模拟量参数连续调整，快速输入；支持不同步距值快速调整；支持快速清零。
如图9所示，系统界面中可以选择CAN卡类型。
本发明的有益效果是：
1、该基于数据流的设备监控平台，通过设置驱动层，通过统一的接口封装，实现CAN帧数据流的输入，这样做封装了各种类型CAN卡硬件类型的差异，包括离线CAN帧文件的导入和在线实时CAN帧的输入。封装成统一输入，减少了协议层实现的复杂度，协议层软件实现更清晰，更简洁，运行效率更高。
2、该基于数据流的设备监控平台，通过设置功能层，在数据呈现上充分利用开源平台的优势，进行设备数据的可视化，支持多通道数据的缩放、横向时间轴上的平移，具有运行效率高，图形缩放迅速灵活，同时支持大数量长时间波形加载，大大提高了数据波形操作流畅度。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种基于数据流的设备监控平台，设备监控平台进行分层设计，其特征在于，从下到上包括驱动层、协议层以及功能层，所述驱动层为协议层提供统一的数据访问接口，所述协议层为功能层提供统一的数据访问接口，所述功能层基于统一的协议层接口实现设备监控平台的顶层应用功能，可以进行功能扩展，以及进一步的数据应用；
所述驱动层，通过在线和离线两种不同方式获得的数据，放入统一无差别的CAN帧数据流上，包括实时在线数据和来自于文件的历史数据；
所述协议层，用于对来自于驱动层CAN帧数据流的解码，转换成为应用信号流，并对来自于功能层下行数据的打包，转换成为CAN帧数据流；
所述功能层，包括多种功能模块，用于数据示波器可视化、原始CAN帧数据流显示进行通信故障排查、历史数据可视化浏览用于故障现场分析、测试环节的设备命令模拟以及设备实时数据监控；
所述驱动层抽象出CAN卡设备对象的基类，基于该CAN卡基类的实现对各个不同型号的CAN卡类型进行驱动封装；
所述设备监控平台的输入数据来自于封装的CAN卡基类，设备在线实时调试，连接物理CAN卡，包括本地调试和远程调试；对抓取的现场故障数据包进行数据可视化分析，查找故障点设备状态，采用软件虚拟CAN卡，把来自于其他总线数据记录仪的历史数据文件，注入到软件虚拟CAN卡。
2.根据权利要求1所述的一种基于数据流的设备监控平台，其特征在于，所述协议层包括设备监控平台的CAN帧信号数据库，可以对每个设备的帧，及其模拟量、状态量、告警量进行定义。
3.根据权利要求1所述的一种基于数据流的设备监控平台，其特征在于，所述功能层的多种功能模块包括示波器数据的有效解析、设备状态解析；包括信号量的数据格式、数据单位、故障和状态名称自动解析；对于需要监控的设备，添加其CAN帧后重新加载配置文件；定时发送指定的数据帧，进行模拟量、状态量、告警量的数据设定；模拟VCU设备发送相关控制命令，同时对电控设备反馈的数据状态进行监视。
4.根据权利要求1所述的一种基于数据流的设备监控平台，其特征在于，所述驱动层抓取保存的CAN文本帧数据进行解包，以达到对一个CAN帧各数据元的识别和提取。
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