CN114979828B

CN114979828B - 基于Modbus的物联网通信模块流量控制方法及系统

Info

Publication number: CN114979828B
Application number: CN202210539787.3A
Authority: CN
Inventors: 王涛; 黄安; 谭浩龙
Original assignee: Chengdu Anxin Zhifu Technology Co ltd
Current assignee: Chengdu Anxin Zhifu Technology Co ltd
Priority date: 2022-05-18
Filing date: 2022-05-18
Publication date: 2023-03-10
Anticipated expiration: 2042-05-18
Also published as: CN114979828A

Abstract

本发明公开了基于Modbus的物联网通信模块流量控制方法及系统，包括：根据物联网平台用户发送的阈值配置参数指令，物联网通信模块对所述阈值配置参数指令进行存储，并根据Modbus协议下发采集数据指令至气体检测装置；气体检测装置根据采集数据指令进行数据采集，并返回采集数据指令对应的气体检测设备数据至物联网通信模块；物联网通信模块根据气体检测设备数据，采用检测数据计算法计算气体检测设备的检测数据，并与上一次检测数据进行比较，得到数据变化范围；对数据变化范围进行判断：若数据变化范围的绝对值超过设定阈值，且检测数据与检测状态匹配，则将检测数据上传至物联网平台。本发明减少不必要的数据上传，节约通信流量。

Description

基于Modbus的物联网通信模块流量控制方法及系统

技术领域

本发明涉及气体检测技术领域，具体涉及基于Modbus的物联网通信模块流量控制方法及系统。

背景技术

在气体检测领域里，物联网通信模块(以下简称为通信模块)通常是基于Modbus协议完成对设备数据采集，再将采集到的数据通过特定协议上传到物联网平台。

当前各个气体设备厂家处理通信模块端到物联网平台端的数据大都采用变化数据上传的方法，一方面是在气体检测领域需要快速采样，以便及时判断是否存在气体泄露，另一方面是为了减少Modbus协议一问一答的数据采集方式带来的流量和服务器资源的损耗。

但是以上现有方法在气体检测领域还是存在一些缺点，其一：受气体检测设备自身灵敏度和检测环境气体浓度抖动影响，通信模块采集到的检测设备数据变化频率很高，通过变化数据上传的方式也无济于事；其二：气体检测设备运行过程中，随着自身的特性：譬如老化、零点漂移等，都会产生一些无效的数据，也会增加通信模块的流量。以上均会造成通信流量过高的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有燃气行业对实时气体检测上存在气体检测数据不精准问题，本发明目的在于提供基于Modbus的物联网通信模块流量控制方法及系统，本发明采用检测数据计算法计算气体检测设备的检测数据，在考虑了阈值系数的情况下使检测数据更加精准，进而保证实时检测数据在与上一次检测数据进行比较时得到的数据变化范围来控制气体检测场景数据流量的控制；同时减少了不必要的数据上传，达到节约通信流量的目的。

本发明通过下述技术方案实现：

第一方面，本发明提供了基于Modbus协议的物联网通信模块流量控制方法，该方法包括：

获取物联网平台用户发送的自定义阈值配置参数指令，物联网通信模块对所述阈值配置参数指令进行存储，并根据Modbus协议下发采集数据指令至气体检测装置；

气体检测装置根据收到的采集数据指令进行数据采集，并返回采集数据指令对应的气体检测设备数据至物联网通信模块；

物联网通信模块根据所述气体检测设备数据，采用检测数据计算法计算气体检测设备的检测数据，并与上一次检测数据进行比较，得到数据变化范围；

对所述数据变化范围进行判断：若所述数据变化范围的绝对值超过所述阈值配置参数指令中的设定阈值，且检测数据与检测状态匹配，则将所述检测数据上传至物联网平台进行存储和界面显示。

工作原理是：基于当前燃气行业的通信模块虽然可以满足设备数据采集并上传数据到物联网平台的要求，但都存在通信流量高的问题。(1)通过采用设备检测数据和检测状态匹配算法R＝F(X,Y)进行匹配判断，过滤掉异常的数据上传；(2)通过自定义设置检测数据变化阈值，过滤掉检测设备自身灵敏度和检测环境气体浓度抖动产生的无效数据上传；(3)根据气体检测设备的历史检测数据，采用数据统计分析法并结合气体检测设备自身特性，对所述历史检测数据进行分析，得到动态调整的阈值系数，过滤掉因检测设备自身特性产生的无效数据上传。

相比较现有燃气行业基于Modbus协议通信模块采用数据变化上传而导致通信流量过高的缺陷，本发明用户可根据应用场景自定义模块数据变化阈值，只有数据变化达到或超过阈值，才会上传数据，同时运用浓度状态匹配算法和数据统计分析技术过滤掉检测设备运行中自身产生的无效数据，从而有效地达到节约通信流量的目的。

进一步地，该方法还包括：

根据气体检测设备的历史检测数据，物联网平台采用数据统计分析法并结合气体检测设备自身特性，对所述历史检测数据进行分析，得到动态调整的阈值系数；

若所述阈值系数不等于零，则自动将所述阈值系数下发至物联网通信模块；若所述阈值系数等于零，则不自动将所述阈值系数下发至物联网通信模块；

物联网通信模块根据收到的所述阈值系数进行处理，并基于Modbus协议下发采集数据指令至气体检测装置；

进一步地，所述物联网平台用户发送的阈值配置参数指令为预设(即自定义)阈值配置参数指令，所述预设(自定义)阈值配置参数指令中的预设(自定义)阈值是物联网平台用户通过配置软件进行设置的设定阈值。

进一步地，所述检测数据计算法的计算公式为：

X＝(1-K)*M*F(xH,xL)

其中，X为气体检测设备的检测数据，K为阈值系数，默认值为0；M为气体检测设备自身的精度系数，由设备量程决定；F(xH,xL)表达式为用于计算出原始的检测数据，在Modbus协议中，通常检测数据包含两个字节，数值为16进制，表达式中xH表示高字节数据值，xL表示低字节数值，F(xH,xL)表达式按高字节在前，低字节在后计算出两个字节对应的10进制数值。

进一步地，所述阈值系数的计算模型为：

其中，K为阈值系数，X为气体检测设备的检测数据，μ为历史检测数据得到样本集并应用统计检验方法取得的均值。

以上技术方案，本发明在通过采用设备检测数据和检测状态匹配算法R＝F(X,Y)进行匹配判断，过滤掉异常的数据上传的基础上，采用检测数据计算法计算气体检测设备的检测数据，在考虑了阈值系数的情况下使检测数据更加精准，进而保证实时检测数据在与上一次检测数据进行比较时得到的数据变化范围来控制气体检测场景数据流量的控制；同时减少了不必要的数据上传，达到节约通信流量的目的。

进一步地，所述的检测数据与检测状态匹配是采用设备检测数据和检测状态匹配算法进行匹配判断，具体为：

R＝F(X,Y)

其中，R表示匹配结果(True或False)，X表示气体检测设备的检测数据，Y表示检测状态；当Y值为报警时，则X不能低于报警阀值；当Y值为正常时，X不能高于报警阀值；

只有当匹配结果R(R＝True)为真时，该条数据才是有效的，才会正常上传，否则就会被过滤掉，以减少通信流量。

进一步地，该方法还包括：所述物联网通信模块对所述阈值配置参数指令进行处理，并返回设置结果至物联网平台。

第二方面，本发明还提供了基于Modbus协议的物联网通信模块流量控制系统，该系统支持所述的基于Modbus协议的物联网通信模块流量控制方法，该系统包括：物联网平台、物联网通信模块和气体检测装置；

所述物联网平台，用于下发用户自定义阈值配置参数指令至物联网通信模块，及用于接收气体检测设备变化的数据，并进行设备数据的存储和界面显示；

所述物联网通信模块，用于获取物联网平台下发的用户自定义阈值配置参数指令，对所述阈值配置参数指令进行存储，并根据Modbus协议下发采集数据指令至气体检测装置；及用于根据所述气体检测设备数据，采用检测数据计算法计算气体检测设备的检测数据，并与上一次检测数据进行比较，得到数据变化范围；对所述数据变化范围进行判断：若所述数据变化范围的绝对值超过所述阈值配置参数指令中的设定阈值，且检测数据与检测状态匹配，则将所述检测数据上传至物联网平台；

所述气体检测装置，用于接收从所述物联网通信模块下发的采集数据指令，并根据所述采集数据指令进行数据采集，并返回采集数据指令对应的气体检测设备数据至物联网通信模块。

进一步地，所述物联网平台，还用于根据气体检测设备的历史检测数据，采用数据统计分析法并结合气体检测设备自身特性，对所述历史检测数据进行分析，得到动态调整的阈值系数；若所述阈值系数不等于零，则自动将所述阈值系数下发至物联网通信模块；若所述阈值系数等于零，则不自动将所述阈值系数下发至物联网通信模块；

所述物联网通信模块，还用于根据收到的所述阈值系数进行处理，并基于Modbus协议下发采集数据指令至气体检测装置；及用于根据所述气体检测设备数据，采用检测数据计算法计算气体检测设备的检测数据，并与上一次检测数据进行比较，得到数据变化范围；对所述数据变化范围进行判断：若所述数据变化范围的绝对值超过所述阈值配置参数指令中的设定阈值，且检测数据与检测状态匹配，则将所述检测数据上传至物联网平台；

所述气体检测装置，还用于接收从所述物联网通信模块下发的采集数据指令，根据收到的采集数据指令进行数据采集，并返回采集数据指令对应的气体检测设备数据至物联网通信模块。

进一步地，所述物联网通信模块中的检测数据计算法的计算公式为：

X＝(1-K)*M*F(xH,xL)

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明采用检测数据计算法计算气体检测设备的检测数据，在考虑了阈值系数的情况下使检测数据更加精准，进而保证实时检测数据在与上一次检测数据进行比较时得到的数据变化范围来控制气体检测场景数据流量的控制。

2、相比较现有燃气行业基于Modbus协议通信模块采用数据变化上传而导致通信流量过高的缺陷，本发明用户可根据应用场景自定义模块数据变化阈值，只有数据变化达到或超过阈值，才会上传数据，同时运用浓度状态匹配算法和数据统计分析技术过滤掉检测设备运行中自身产生的无效数据，从而有效地达到节约通信流量的目的。

3、本发明设计的基于Modbus协议的物联网通信模块流量控制方法，(1)通过采用设备检测数据和检测状态匹配算法R＝F(X,Y)进行匹配判断，过滤掉异常的数据上传；(2)通过自定义设置检测数据变化阈值，过滤掉检测设备自身灵敏度和检测环境气体浓度抖动产生的无效数据上传；(3)根据气体检测设备的历史检测数据，采用数据统计分析法并结合气体检测设备自身特性，对所述历史检测数据进行分析，得到动态调整的阈值系数，过滤掉因检测设备自身特性产生的无效数据上传。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明基于Modbus协议的物联网通信模块流量控制方法流程图。

图2为本发明基于Modbus协议的物联网通信模块流量控制方法的业务流程图。

图3为本发明基于Modbus协议的物联网通信模块流量控制系统结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

基于当前燃气行业的通信模块虽然可以满足设备数据采集并上传数据到物联网平台的要求，但都存在通信流量高的问题。本发明设计了基于Modbus协议的物联网通信模块流量控制方法，(1)通过采用设备检测数据和检测状态匹配算法R＝F(X,Y)进行匹配判断，过滤掉异常的数据上传；(2)通过自定义设置检测数据变化阈值，过滤掉检测设备自身灵敏度和检测环境气体浓度抖动产生的无效数据上传；(3)根据气体检测设备的历史检测数据，采用数据统计分析法并结合气体检测设备自身特性，对所述历史检测数据进行分析，得到动态调整的阈值系数，过滤掉因检测设备自身特性产生的无效数据上传。

如图1、图2所示，本发明基于Modbus协议的物联网通信模块流量控制方法，该方法包括：

本实施例中，该方法还包括：

本实施例中，本发明采用预设(即自定义)阈值的方式来消除检测设备自身灵敏度和检测环境气体浓度波动导致数据变化频繁的影响，以达到节约通信流量的目的。具体方案是：物联网平台用户通过配套软件对模块进行预设阈值参数设置,设置完成后，模块一旦采集到数据后，将数据变化范围的绝对值与设置的阈值进行比较，只有达到或超过阈值范围且满足设备检测数据和检测状态匹配算法的数据才会上传到物联网平台，灵活的解决不同场景下设备数据变化频率高但范围小引起的流量过高的问题。

本实施例中，根据气体检测设备的历史检测数据，物联网平台采用数据统计分析法并结合气体检测设备自身特性，对所述历史检测数据进行分析，得到动态调整的阈值系数，过滤掉因检测设备自身特性产生的无效数据上传。具体方案为：物联网平台根据设备历史检测数据通过数据统计分析方法得出阈值系数K(默认为0)，当K值不为0时，物联网平台自动将该系数下发至物联网通信模块中。物联网通信模块根据公式(1)获取校准后的检测数据，再判断其与上一次检测数据差值的绝对值是否达到或超过设定的阀值且是否满足设备检测数据和检测状态匹配算法来确定数据是否需要上传，最终过滤掉设备自身特性产生的无效数据，以减少通信流量。

具体地，所述检测数据计算法的计算公式为：

X＝(1-K)*M*F(xH,xL) (1)

具体地，所述阈值系数的计算模型为：

所述阈值系数的计算模型的建立过程为：

a.典型情况下，气体检测设备的寿命为5年，第1年的检测数值最为准确，随着时间的推移，气体检测设备会出现老化、零点漂移等现象从而影响采集数据的准确度，因此物联网平台通过统计气体检测设备第1年上报的检测状态为正常时对应的历史检测数据得到样本集A，对样本集A应用统计检验方法，通常其服从正态分布N(μ，σ²)，其中μ为均值，可作为该设备在当前环境下检测数据的基准值，σ为标准差。

b.根据正态分布的特性，99.7％的正常检测数据在落在区间[μ-3σ,μ+3σ],因而当检测数据X在区间[μ-3σ,μ+3σ]内，设定K＝0；

c.当检测数据X<μ-3σ时或X>μ+3σ，通过以下公式计算K值：

本实施例中，所述的检测数据与检测状态匹配是采用设备检测数据和检测状态匹配算法进行匹配判断，过滤掉异常的数据上传。具体为：

R＝F(X,Y)

譬如：某检测设备的量程为0～100％LEL，报警阀值为50％LEL，表明：检测数据0％LEL≦X<50％LEL时，检测状态Y值应为正常；检测数据50％％LEL≦X≦100％LEL时检测状态Y值应为报警。基于设备这种特性，匹配判断示例：

(1)检测数据X为60％LEL，检测状态Y值为报警，这种情况下，匹配结果R＝True，该条数据是有效的，会上传；

(2)检测数据X为60％LEL，检测状态Y值为正常，这种情况下，匹配结果R＝False，该条数据是无效的，不会上传。

(3)检测数据X为30％LEL，检测状态Y值为正常，这种情况下，匹配结果R＝True，该条数据是有效的，会上传；

(4)检测数据X为30％LEL，检测状态Y值为报警，这种情况下，匹配结果R＝False，该条数据是无效的，不会上传。

本实施例中，该方法还包括：所述物联网通信模块对所述阈值配置参数指令进行处理，并返回设置结果至物联网平台。

实施例2

如图3所示，本实施例与实施例1的区别在于，本实施例提供了基于Modbus协议的物联网通信模块流量控制系统，该系统支持实施例1所述的基于Modbus协议的物联网通信模块流量控制方法，该系统包括：物联网平台、物联网通信模块和气体检测装置；

作为进一步地实施，所述物联网平台，还用于根据气体检测设备的历史检测数据，采用数据统计分析法并结合气体检测设备自身特性，对所述历史检测数据进行分析，得到动态调整的阈值系数；若所述阈值系数不等于零，则自动将所述阈值系数下发至物联网通信模块；若所述阈值系数等于零，则不自动将所述阈值系数下发至物联网通信模块；

作为进一步地实施，所述物联网通信模块中的检测数据计算法的计算公式为：

X＝(1-K)*M*F(xH,xL)

物联网平台、物联网通信模块和气体检测装置的执行过程按照实施例1所述的基基于Modbus协议的物联网通信模块流量控制方法流程步骤执行即可，此实施例中不再一一赘述。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.基于Modbus协议的物联网通信模块流量控制方法，其特征在于，该方法包括：

根据物联网平台用户发送的阈值配置参数指令，物联网通信模块对所述阈值配置参数指令进行存储，并根据Modbus协议下发采集数据指令至气体检测装置；

对所述数据变化范围进行判断：若所述数据变化范围的绝对值超过所述阈值配置参数指令中的设定阈值，且检测数据与检测状态匹配，则将所述检测数据上传至物联网平台进行存储和界面显示；

所述检测数据计算法的计算公式为：

X＝(1-K)*M*F(xH,xL)

其中，X为气体检测设备的检测数据，K为阈值系数，M为气体检测设备自身的精度系数，由设备量程决定；F(xH,xL)表达式为用于计算出原始的检测数据，表达式中xH表示高字节数据值，xL表示低字节数值。

2.根据权利要求1所述的基于Modbus协议的物联网通信模块流量控制方法，其特征在于，该方法还包括：

根据气体检测设备的历史检测数据，物联网平台采用数据统计分析法并结合气体检测设备自身特性，对所述历史检测数据进行分析，得到阈值系数；

3.根据权利要求1所述的基于Modbus协议的物联网通信模块流量控制方法，其特征在于，所述物联网平台用户发送的阈值配置参数指令为预设阈值配置参数指令，所述预设阈值配置参数指令中的预设阈值是物联网平台用户通过配置软件进行设置的设定阈值。

4.根据权利要求1所述的基于Modbus协议的物联网通信模块流量控制方法，其特征在于，所述阈值系数的计算模型为：

5.根据权利要求1或2所述的基于Modbus协议的物联网通信模块流量控制方法，其特征在于，所述的检测数据与检测状态匹配是采用设备检测数据和检测状态匹配算法进行匹配判断，具体为：

R＝F(X,Y)

其中，R表示匹配结果，X表示气体检测设备的检测数据，Y表示检测状态；当Y值为报警时，则X不能低于报警阀值；当Y值为正常时，X不能高于报警阀值；

只有当匹配结果R为真时，检测数据才是有效的，才会正常上传，否则就会被过滤掉。

6.根据权利要求1所述的基于Modbus协议的物联网通信模块流量控制方法，其特征在于，该方法还包括：所述物联网通信模块对所述阈值配置参数指令进行处理，并返回设置结果至物联网平台。

7.基于Modbus协议的物联网通信模块流量控制系统，其特征在于，该系统包括：

物联网平台，用于下发用户阈值配置参数指令至物联网通信模块，及用于接收气体检测设备变化的数据，并进行设备数据的存储和界面显示；

物联网通信模块，用于获取物联网平台下发的用户阈值配置参数指令，对所述阈值配置参数指令进行存储，并根据Modbus协议下发采集数据指令至气体检测装置；及用于根据所述气体检测设备数据，采用检测数据计算法计算气体检测设备的检测数据，并与上一次检测数据进行比较，得到数据变化范围；对所述数据变化范围进行判断：若所述数据变化范围的绝对值超过所述阈值配置参数指令中的设定阈值，且检测数据与检测状态匹配，则将所述检测数据上传至物联网平台；

气体检测装置，用于接收从所述物联网通信模块下发的采集数据指令，并根据所述采集数据指令进行数据采集，并返回采集数据指令对应的气体检测设备数据至物联网通信模块；

所述物联网通信模块中的检测数据计算法的计算公式为：

X＝(1-K)*M*F(xH,xL)

8.根据权利要求7所述的基于Modbus协议的物联网通信模块流量控制系统，其特征在于，

物联网平台，还用于根据气体检测设备的历史检测数据，采用数据统计分析法并结合气体检测设备自身特性，对所述历史检测数据进行分析，得到阈值系数；若所述阈值系数不等于零，则自动将所述阈值系数下发至物联网通信模块；若所述阈值系数等于零，则不自动将所述阈值系数下发至物联网通信模块；

物联网通信模块，还用于根据收到的阈值系数进行处理，并基于Modbus协议下发采集数据指令至气体检测装置；及用于根据所述气体检测设备数据，采用检测数据计算法计算气体检测设备的检测数据，并与上一次检测数据进行比较，得到数据变化范围；对所述数据变化范围进行判断：若所述数据变化范围的绝对值超过所述阈值配置参数指令中的设定阈值，且检测数据与检测状态匹配，则将所述检测数据上传至物联网平台；

气体检测装置，还用于接收从物联网通信模块下发的采集数据指令，根据收到的采集数据指令进行数据采集，并返回采集数据指令对应的气体检测设备数据至物联网通信模块。