CN115150436B - 一种实现物联网传感模组与mcu的串行通信的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种实现物联网传感模组与MCU的串行通信的系统及方法，主要涉及串行通信技术领域，用以解决现有的方法不具有减少非必要信息传输的技术效果及收集和分析整合众多种类的传感器较困难等问题。包括：MCU初始化模块，用于进行初始化；数据采集转换模块，用于将传感数据格式转换为传感器报文数据帧；AT组帧模块，用于获取预设AT指令组装参数，进而将传感器报文数据帧打包成AT指令；MCU串口通信模块，用于将AT指令发送至物联网传感模组，以及接收物联网传感模组返回的响应指令。本申请通过上述方法实现了传感数据的有效获取，能够对不同种类的传感数据进行分类，可以区别不同的传感数据，可以同时处理多种传感器数据。
Description
技术领域
本申请涉及串行通信技术领域，尤其涉及一种实现物联网传感模组与MCU的串行通信的系统及方法。
背景技术
随着智能电网和新型电力系统的建设，输变电设备物联网成为智能电网中必不可缺的基础环节。因为，传感器电池更换不易，传感终端采集数据须满足快速性，应尽可能地缩短整个通信过程持续时间，延长续航。
现有的输变电设备物联网传感终端设备内部的通信模块设计，多为通信模组与传感器之间的数据交互方案，没有MCU作为主控信息处理模块的传感数据信息处理及通信方案设计。也没有基于输变电物联网设备通信协议和数据规范进行数据打包和解析的软件设计，不能最大限度地减少非必要信息的传输。此外，传感器种类众多，传感终端内部所需的通信模组也各不相同，数据格式，精度和通信协议不一致，不利于物联网上层节点平台对数据的收集和分析整合。
发明内容
针对现有技术的上述不足，本发明提供一种实现物联网传感模组与MCU的串行通信的系统及方法，以解决上述技术问题。
第一方面，本申请提供了一种实现物联网传感模组与MCU的串行通信的系统，系统包括：物联网传感模组和MCU；其中，MCU包括MCU初始化模块、数据采集转换模块、AT组帧模块和MCU串口通信模块；MCU初始化模块，用于对系统时钟配置、串口管脚配置、波特率和串口通信配置进行初始化；数据采集转换模块，用于在完成初始化后，将传感数据格式转换为传感器报文数据帧；所述AT组帧模块，用于获取预设AT指令组装参数，进而将传感器报文数据帧打包成AT指令；MCU串口通信模块，用于将AT指令发送至物联网传感模组，以及接收物联网传感模组返回的响应指令。
进一步地，MCU还包括AT指令解析模块；AT指令解析模块，用于解析响应指令，以确定物联网传感模组是否接收到AT指令；当确定物联网传感模组接收到AT指令时，向物联网传感模组发送休眠参数询问指令；其中，模组对休眠参数询问指令的响应指令包含预设休眠时间参数。
进一步地，AT指令解析模块包含确定接收单元；确定接收单元，用于读取响应指令末尾的特殊标识字符；当特殊标识字符符合预期字符时，确定模组回应的响应指令接收完整；分割响应指令中字符串有效内容和末尾的特殊字符；确定字符串有效内容是否为OK；若是，则确定传感数据上报通信过程成功；进而根据物联网传感模组响应的睡眠参数，向物联网传感模组发送休眠指令，控制传感器进入睡眠模式。
进一步地，MCU还包括异常处理模块；异常处理模块，用于当确定物联网传感模组没有成功接收到AT指令时，通过预设分析方法，确定异常原因；进而根据异常原因对应的预设修正步骤，修正AT指令。
进一步地，数据采集转换模块包括分类转换单元；分类转换单元，用于通过语义切分算法或外部上传数据，获取传感数据对应的参量个数；确定传感数据的传感器ID、报文类型；根据报文类型确定传感数据对应的预设格式要求；根据预设格式要求将传感器数据转换为报文内容；根据报文内容字节数，确定分片指示信息；将报文内容按照预设分段要求颠倒字节顺序后与传感器ID、参量个数、分片指示信息、报文类型组合起来，根据组合得到的数组计算CRC校验结果；将CRC校验结果附加到报文内容后，组成传感器报文数据帧。
进一步地，AT组帧模块包含若干组装参数确定单元；组装参数确定单元，用于获得传感器报文数据帧对应的上报方式的第一累加校验和及上报数据的第二累加校验和，将第一累加校验和及第二累加校验和转换为字符串格式的预设AT指令组装参数。
第二方面，本申请提供了一种实现物联网传感模组与MCU的串行通信的方法，方法包括：对系统时钟配置、串口管脚配置、波特率和串口通信配置进行初始化；在完成初始化后，将传感数据格式转换为传感器报文数据帧；获取预设AT指令组装参数，进而将传感器报文数据帧打包成AT指令；将AT指令发送至物联网传感模组，以及接收物联网传感模组返回的响应指令。
进一步地，方法还包括：解析响应指令，以确定物联网传感模组是否接收到AT指令；当确定物联网传感模组接收到AT指令时，向物联网传感模组发送休眠指令；其中，模组对休眠指令的响应指令包含预设休眠时间；当确定物联网传感模组没有接收到AT指令时，通过预设分析方法，确定异常原因；进而根据异常原因对应的预设修正步骤，修正AT指令。
本领域技术人员能够理解的是，本发明至少具有如下有益效果：
本申请中公开的MCU作为输变电传感终端主控芯片，可将传感器采集到的数据低延时、可靠地传输给通信模组，有助于降低输变电物联网传感终端的功耗，为输变电设备物联网传感终端提供了一种具体有效的通信实现方案。
本申请基于输变电物联网设备数据传输相关的协议，设计了数据采集转换模块和AT组帧模块，能够对不同种类的传感数据进行分类，可以区别不同的传感数据，可以同时处理多种传感器数据，且适用于遵从输变电物联网协议的不同传感器和输变电通信模组。
附图说明
下面参照附图来描述本公开的部分实施例，附图中：
图1是本申请实施例提供的一种实现物联网传感模组与MCU的串行通信的系统内部结构示意图。
图2是本申请实施例提供的一种实现物联网传感模组与MCU的串行通信的方法流程图。
具体实施方式
本领域技术人员应当理解的是，下文所描述的实施例仅仅是本公开的优选实施例，并不表示本公开仅能通过该优选实施例实现，该优选实施例仅仅是用于解释本公开的技术原理，并非用于限制本公开的保护范围。基于本公开提供的优选实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的情况下所获得的其它所有实施例，仍应落入到本公开的保护范围之内。
还需要说明的是，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、商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、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
下面通过附图对本申请实施例提出的技术方案进行详细的说明。
图1为本申请实施例提供的一种实现物联网传感模组与MCU的串行通信的系统。如图1所示，本申请实施例提供的系统，主要包括：
物联网传感模组200和MCU100；其中，MCU100包括MCU初始化模块110、数据采集转换模块120、AT组帧模块130和MCU串口通信模块140。
其中，MCU初始化模块110为任意可行的能够进行MCU100初始的设备或装置等，主要用于对系统时钟配置、串口管脚配置、波特率和串口通信配置进行初始化；
其中，数据采集转换模块120为任意可能的能够根据预设方法进行数据转换的设备或装置等，主要用于在完成初始化后，将传感数据格式转换为传感器报文数据帧。需要说明的是，获取传感数据的方法可以为：MCU100通过与传感器相连的IIC口获得传感数据。
上述“将传感数据格式转换为传感器报文数据帧”，可以具体为：通过数据采集转换模块120中的分类转换单元121对传感数据进行语义切分算法或外部上传数据，获取传感数据对应的参量个数。确定传感数据的传感器ID、报文类型；其中，报文类型预设了七种，每种对应一个预设的二进制序号。根据报文类型确定传感数据对应的预设格式要求；这里的“预设格式要求”可由本领域技术人员根据输变电设备物联网传感器数据通信规约获取。根据预设格式要求将传感器数据转换为报文内容；根据报文内容字节数，确定分片指示信息；例如，当报文内容字节数大于1400字节时，采用分片传输。将报文内容按照预设分段要求颠倒字节顺序后与传感器ID、参量个数、分片指示信息、报文类型组合起来，根据组合得到的数组计算CRC校验结果；将CRC校验结果附加到报文内容后，组成传感器报文数据帧。上述的“预设分段要求”可由本领域技术人员根据输变电设备物联网传感器数据通信规约获取。
其中，AT组帧模块130用于获取预设AT指令组装参数，进而将传感器报文数据帧打包成AT指令。
上述“获取预设AT指令组装参数”可以具体为：通过AT组帧模块130中的组装参数确定单元131获得传感器报文数据帧对应的上报方式的第一累加校验和及上报数据的第二累加校验和，将第一累加校验和及第二累加校验和转换为字符串格式的预设AT指令组装参数。需要说明的是，组装参数确定单元131的具体数量可由本领域技术人员根据实际情况自行确定。
其中，MCU串口通信模块140为任意可行的能够传输指令的设备或装置等，主要用于将AT指令发送至物联网传感模组200，以及接收物联网传感模组200返回的响应指令。
根据上述描述，本领域技术人员可以理解的是，本申请通过MCU初始化模块110进行MCU100的初始化；在MCU100通过与传感器相连的IIC口获得传感数据后，通过数据采集转换模块120将传感数据转换成传感器报文数据帧；通过AT组帧模块130获取预设AT指令组装参数，进而将传感器报文数据帧打包成AT指令；通过MCU串口通信模块140将AT指令发送给物联网传感模组200。
此外，为了实现数据的有效传输，避免传输失败。本申请公开的MCU100还包括AT指令解析模块150和异常处理模块160。
其中，AT指令解析模块150为任意可行的能够进行数据解析的设备或装置等，主要用于解析响应指令，以确定物联网传感模组200是否接收到AT指令；当确定物联网传感模组200接收到AT指令时，向物联网传感模组200发送休眠指令；其中，物联网传感模组200对休眠指令的响应指令包含预设休眠时间。
上述“解析响应指令，以确定物联网传感模组200是否接收到AT指令”可以具体为：通过AT指令解析模块150中的确定接收单元151读取响应指令末尾的特殊标识字符；当特殊标识字符符合预期字符时，确定模组回应的响应指令接收完整；分割响应指令中字符串有效内容和末尾的特殊字符；确定字符串有效内容是否为OK；若是，则确定传感数据上报通信过程成功；进而根据物联网传感模组200响应的睡眠参数，控制传感器进入睡眠模式。
其中，异常处理模块160为任意可行的能够进行异常处理的设备或装置等；主要用于当确定物联网传感模组200没有接收到AT指令时，通过预设分析方法，确定异常原因；进而根据异常原因对应的预设修正步骤，修正AT指令。需要说明的是，“预设分析方法”可以为任意可行的能够进行异常原因分析的方法。“预设修正步骤”的具体内容可由本领域技术人员根据实际需求确定。且异常处理模块160中存储了异常原因与预设修正步骤的对应关系。
除此之外，本申请实施例还提供了一种实现物联网传感模组与MCU的串行通信的方法，如图2所示，本申请实施例提供的方法，主要包括以下步骤：
步骤210、对系统时钟配置、串口管脚配置、波特率和串口通信配置进行初始化。
步骤220、在完成初始化后，将传感数据格式转换为传感器报文数据帧。
步骤230、获取预设AT指令组装参数，进而将传感器报文数据帧打包成AT指令。
步骤240、将AT指令发送至物联网传感模组，以及接收物联网传感模组返回的响应指令。
方法还可以校验指令是否成功传输，具体地：解析响应指令，以确定物联网传感模组是否接收到AT指令；当确定物联网传感模组接收到AT指令时，向物联网传感模组发送休眠参数查询指令；其中，模组对休眠参数查询指令的响应指令包含预设休眠时间；当确定物联网传感模组没有接收到AT指令时，通过预设分析方法，确定异常原因；进而根据异常原因对应的预设修正步骤，修正AT指令。
至此，已经结合前文的多个实施例描述了本公开的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本公开的保护范围并不仅限于这些具体实施例。在不偏离本公开技术原理的前提下，本领域技术人员可以对上述各个实施例中的技术方案进行拆分和组合，也可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，凡在本公开的技术构思和/或技术原理之内所做的任何更改、等同替换、改进等都将落入本公开的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种实现物联网传感模组与MCU的串行通信的系统，其特征在于，所述系统包括：物联网传感模组和MCU；其中，MCU包括MCU初始化模块、数据采集转换模块、AT组帧模块和MCU串口通信模块；
所述MCU初始化模块，用于对系统时钟配置、串口管脚配置、波特率和串口通信配置进行初始化；
所述数据采集转换模块，用于在完成初始化后，将传感数据格式转换为传感器报文数据帧；
其中，数据采集转换模块包括分类转换单元；所述分类转换单元，用于通过语义切分算法或外部上传数据，获取所述传感数据对应的参量个数；确定传感数据的传感器ID、报文类型；根据所述报文类型确定传感数据在输变电物联网设备通信协议中对应的预设格式要求；根据所述预设格式要求将传感器数据转换为报文内容；根据报文内容字节数，确定分片指示信息；将报文内容按照预设分段要求颠倒字节顺序后与传感器ID、参量个数、分片指示信息、报文类型组合起来，根据组合得到的数组计算CRC校验结果；将所述CRC校验结果附加到报文内容后，组成传感器报文数据帧；
所述AT组帧模块，用于获取预设AT指令组装参数，进而将传感器报文数据帧打包成AT指令；
所述MCU串口通信模块，用于将所述AT指令发送至物联网传感模组，以及接收物联网传感模组返回的响应指令。
2.根据权利要求1所述的实现物联网传感模组与MCU的串行通信的系统，其特征在于，所述MCU还包括AT指令解析模块；
所述AT指令解析模块，用于解析所述响应指令，以确定物联网传感模组是否接收到AT指令；当确定物联网传感模组接收到AT指令时，向物联网传感模组发送休眠参数查询指令；其中，所述休眠参数查询指令的响应指令包含预设休眠时间。
3.根据权利要求2所述的实现物联网传感模组与MCU的串行通信的系统，其特征在于，AT指令解析模块包含确定接收单元；
所述确定接收单元，用于读取响应指令末尾的特殊标识字符；当特殊标识字符符合预期字符时，确定模组回应的响应指令接收完整；分割响应指令中字符串有效内容和指令末尾的特殊标识字符；确定字符串有效内容是否为OK；若是，则确定传感数据上报通信过程成功；进而根据物联网传感模组响应的睡眠参数，控制传感器进入睡眠模式。
4.根据权利要求1所述的实现物联网传感模组与MCU的串行通信的系统，其特征在于，所述MCU还包括异常处理模块；
所述异常处理模块，用于当确定物联网传感模组没有接收到AT指令时，通过预设分析方法，确定异常原因；进而根据所述异常原因对应的预设修正步骤，修正AT指令。
5.根据权利要求1所述的实现物联网传感模组与MCU的串行通信的系统，其特征在于，AT组帧模块包含若干组装参数确定单元；
所述组装参数确定单元，用于获得所述传感器报文数据帧对应的上报方式的第一累加校验和及上报数据的第二累加校验和，将第一累加校验和及第二累加校验和转换为字符串格式的预设AT指令组装参数。
6.一种实现物联网传感模组与MCU的串行通信的方法，其特征在于，所述方法包括：
对系统时钟配置、串口管脚配置、波特率和串口通信配置进行初始化；
在完成初始化后，将传感数据格式转换为传感器报文数据帧；具体地，通过语义切分算法或外部上传数据，获取所述传感数据对应的参量个数；确定传感数据的传感器ID、报文类型；根据所述报文类型确定传感数据在输变电物联网设备通信协议中对应的预设格式要求；根据所述预设格式要求将传感器数据转换为报文内容；根据报文内容字节数，确定分片指示信息；将报文内容按照预设分段要求颠倒字节顺序后与传感器ID、参量个数、分片指示信息、报文类型组合起来，根据组合得到的数组计算CRC校验结果；将所述CRC校验结果附加到报文内容后，组成传感器报文数据帧；
获取预设AT指令组装参数，进而将传感器报文数据帧打包成AT指令；
将所述AT指令发送至物联网传感模组，以及接收物联网传感模组返回的响应指令。
7.根据权利要求6所述的实现物联网传感模组与MCU的串行通信的方法，其特征在于，所述方法还包括：
解析所述响应指令，以确定物联网传感模组是否接收到AT指令；当确定物联网传感模组接收到AT指令时，向物联网传感模组发送休眠参数查询指令；其中，所述休眠参数查询指令的响应指令包含预设休眠时间；
当确定物联网传感模组没有接收到AT指令时，通过预设分析方法，确定异常原因；进而根据所述异常原因对应的预设修正步骤，修正AT指令。
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