CN204697112U - 一种基于无线记录和执行的物联网系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于无线记录和执行的物联网系统，属于仪器测量、自动控制及无线通讯技术领域。本物联网系统包括多个无线传感记录器、无线执行记录器，多个无线数据交换器、无线路由器、本地服务器、远端云服务器和用户终端。本物联网中的每个记录器都可以记录采集数据与执行情况，做到历史数据可以追溯，其设备工作稳定，具有广泛的使用价值及广阔的市场前景。本物联网系统适合使用在建筑节能物联网、环境系统测试物联网、多参数复杂环境数据的采集分析项目、多传感器执行器控制系统、复杂布线简化系统、环境监测、现场测试、智能仪表、智能家居、安防及特殊无人环境测试等领域。

Description

一种基于无线记录和执行的物联网系统

技术领域

本实用新型涉及一种基于无线记录和执行的物联网系统，属于仪器测量、自动控制及无线通讯技术领域。

背景技术

现有的被测对象(如建筑物环境测量、设备运行状态测量、自然环境测量、人工环境测量、家居)都会拥有许许多多的传感器来反映实际参数。有的传感器会将测量值传送到本地执行器上，从而参与控制决策执行,使整个系统处于闭环控制模式。另一种是直接通过远程网络终端或本地终端下达命令控制具体设备运行。例如远程操作，将电机启停或灯开关等。对于测量和控制两部分的需求来说。使用传感器测量和执行器往往不能够完全反映真实情况，或者说反应的不够具体且不够实时。这主要取决于传感器是否能将数据实时发送到远程服务器上，而网络控制命令的下达也是需要实时跟踪状态。当需要远程观察某一个测量值或者被控对象状态时，传感器的数据传输就成了实际问题，目前，有线或者离线的测量记录类仪表可以定时定量采集存储数据，但是需要测试周期过后才能得到测试结果，也就是说目前的传感器仪表能离线记录但不能实时有效上传下载测试数据。这样做往往不实时且测试人工成本较高，需要使用较大人力才能完成测量和监控。同时对测量人员的素质也是要求十分严格。如果测试过程不够满意或者某些意外情况影响，在测试结束后才能知道测试失败，这样有可能浪费宝贵的测试时间，同时也浪费了测试费用。

另一方面，现有的组网传感器有较好的现场应用，但是实际测试时发现，数据测量上传可以做到，可以通过有线总线方式进行传输并保存，而这些传输数据更加重视服务器端(云端)，而单独传感器或者仪表无法进行数据保存或历史跟踪。当终端传感器或者网络链路出现问题时，数据安全也存在许多风险，可能会丢失重要数据，这也是测试中的大问题。

现有的传感器网络系统不能单台离线记录设备数据，而单台设备测量或执行仪表又不能保证数据实时快速的更新到服务器中。在实际测试和检测时，这两者的矛盾十分突出。往往只能做到其中一点而顾此失彼。

发明内容

本实用新型的目的是提出一种基于无线记录和执行的物联网系统，以克服现有技术中存在的缺点，根据实际经验及现场应用，提出物联网系统，用于解决无线设备历史数据追溯问题，同时更加实时稳定地满足物联网数据传输服务。

1、一种基于无线记录和执行的物联网系统，其特征在于该物联网系统包括：多个无线传感记录器、无线执行记录器，多个无线数据交换器、无线路由器、本地服务器、远端云服务器和用户终端；其中，

所述的多个无线传感记录器，用于采集实时测量数据，测量数据包括：温度、湿度、风速、风向、热流、压力差、大气压力、照度、噪声、二氧化氮、一氧化碳、PM10、PM2.5、甲醛、VOC、用水量、用电量、用气量、开关量、模拟量或特殊参数中的任何一种或多种，将测量数据存储在记录器内，由USB接口导出到本地服务器；

所述的无线执行记录器，用于根据用户实时设置的云服务器参数进行具体执行操作，用模拟量或者数字量综合控制水电、灯光、电机、家用电器、办公用品、人工设施或医疗电子器械中任何一种设备的开启或关闭，并预约设备的不同工作模式，通过接收无线数据交换器无线信号，将最新控制信号通过更新并最终执行，按照开关或模拟量值的方式进行记录，记录数据存储在记录器内，由USB接口导出数据，通过本地服务器可查看实时或历史分析数据，并观察执行情况；

所述的无线数据交换器，用于同时使用三种无线通讯方式接收或发送上述无线传感记录器或无线执行记录器的数据，同时将无线传感记录器发送的数据进行中继传输，增加无线覆盖的范围，所述的三种无线通讯方式为：433Mhz、低频通讯或WIFI通讯，当空间范围内有WIFI信号覆盖时，上传数据采用WIFI方式将数据传输，最后将数据通过GPRS无线远程网络发送到远端云服务器进行数据处理；

所述的无线路由器，用于将无线数据交换器接收的数据发送到远端云服务器；

所述的本地服务器，用于将无线数据交换器内采集到的无线传感记录器和无线执行记录器内部的数据传输到本地服务器，作为数据备份；

所述的远端云服务器，用于接收无线数据交换器采集的无线传感记录器的实时数据或历史数据，使用无线广域网将无线传感记录器的数据接收存储并分析，并将数据最终通过用户终端进行呈现；

所述的用户终端，用于下达执行命令，执行命令通过远端云服务器处理后发送到无线广域网，最后执行命令传输到无线执行记录器内，使设备执行具体操作，从而达到远程控制的目的。

本实用新型提出的基于无线记录和执行的物联网系统，其优点是：

1、本实用新型提出的基于无线记录和执行的物联网系统，每一个记录器都可以记录采集数据与执行情况，做到历史数据可以追溯，其设备稳定性是真正意义上的物联网所必须的，目前及未来都有广泛的使用价值及广阔的市场前景。

2、本实用新型提出的物联网系统，特别适合使用在建筑节能物联网、环境系统测试物联网、多参数复杂环境数据的采集分析项目、多传感器执行器控制系统、复杂布线简化系统、环境监测、现场测试、智能仪表、智能家居、安防及特殊无人环境测试等领域。可靠性高，单台设备测量精度高，保证测试结果的准确性。单台设备并不影响其他设备精度，当出现问题时容易排查。

3、本实用新型提出的物联网系统，其中的无线传感记录器与无线执行记录器采用低功耗设计，电量消耗低，可离线工作一年以上。安装及维护方便，测试成本低，无需人工记录数据，可将数据本地化存储使用，同时可将数据进行无线网络传输到远端云服务器，可进行多台无线记录器现场组网或有选择性的组成现场级物联网——数据保存在本地服务器，不进行远端云服务器数据上传下载操作。

4、本实用新型提出的物联网系统，工作过程中人为测试影响干扰很小，可通过远端云服务器实时分析测试状态，一旦发现问题可以立即报警并解决，最大程度的减少了测试风险，彻底改变设备测量方式，使物联网系统真正可靠有效运行，最大程度方便用户使用，降低测试成本。

附图说明

图1是本实用新型提出的基于无线记录和执行的物联网系统的结构示意图。

图1中，1是433MHz覆盖范围内的无线通讯网络(虚线内)，2是RS485总线，3是WIFI无线网络，4是GPRS无线远程网络，5是无线广域网。

具体实施方式

本实用新型提出的基于无线记录和执行的物联网系统，其结构示意图如图1所示，其中，1是433MHz覆盖范围内的无线通讯网络(虚线内)，2是RS485总线，3是WIFI无线网络，4是GPRS无线远程网络，5是无线广域网。

本实用新型的基于无线记录和执行的物联网系统，包括：多个无线传感记录器、无线执行记录器，多个无线数据交换器、无线路由器、本地服务器、远端云服务器和用户终端；

其中：

所述的多个无线传感记录器，用于采集实时测量数据，测量数据包括：温度、湿度、风速、风向、热流、压力差、大气压力、照度、噪声、二氧化氮、一氧化碳、PM10、PM2.5、甲醛、VOC、用水量、用电量、用气量、开关量、模拟量或特殊参数中的任何一种或多种，将测量数据存储在记录器内，由USB接口导出到本地服务器；通过本地服务器可查看分析数据。单台记录器采用电池供电，低功耗，可长时间运行。在测量数据后可将数据通过无线网络按照规定协议进行无线传输，传输过程进行加密，防止机密测试数据外泄。传输距离根据具体测试环境会有所不同。

所述的无线执行记录器，用于根据用户实时设置的云服务器参数进行具体执行操作，用模拟量或者数字量综合控制水电、灯光、电机、家用电器、办公用品、人工设施或医疗电子器械中任何一种设备的开启或关闭，并预约设备的不同工作模式，通过接收无线数据交换器无线信号，将最新控制信号通过更新并最终执行，按照开关或模拟量值的方式进行记录，记录数据存储在记录器内，由USB接口导出数据，通过本地服务器可查看实时或历史分析数据，并观察执行情况；

所述的无线数据交换器，用于同时使用三种无线通讯方式接收或发送上述无线传感记录器或无线执行记录器的数据，同时将无线传感记录器发送的数据进行中继传输，增加无线覆盖的范围，所述的三种无线通讯方式为：433Mhz、低频通讯或WIFI通讯，当空间范围内有WIFI信号覆盖时，上传数据采用WIFI方式将数据传输，最后将数据通过GPRS无线远程网络发送到远端云服务器进行数据处理；GPRS中远距离通讯，可以在没有WIFI信号覆盖的条件下转而将数据通过GPRS方式进行传输，保证数据传输稳定可靠和应用灵活。

所述的无线路由器，用于将无线数据交换器接收的数据发送到远端云服务器；本实用新型的一个实施例中，无线路由器使用市面上常见的基于WIFI无线传输技术的路由器即可。在本系统内，如果无线数据交换器无法通过GPRS通讯方式与远端云服务器通讯的话，则可间接使用无线路由器将数据发送到远端云服务器上，也可以从远端云服务器上传下载执行无线执行记录器的控制信号。这样做通讯成本极低。

所述的本地服务器，用于将无线数据交换器内采集到的无线传感记录器和无线执行记录器内部的数据传输到本地服务器，作为数据备份；本地服务器一般为本地计算机或者通讯专用设备构成。通过RS485总线连接到无线数据交换器上，实现本地数据共享。可将无线数据交换器内采集到的无线传感记录器和无线执行记录器内部的数据传输到本地服务器做数据备份。若本地服务器可以连接外部广域网，可同时将数据上传至远端云服务器，实现数据交换共享的物联网系统。

所述的远端云服务器，用于接收无线数据交换器采集的无线传感记录器的实时数据或历史数据，使用无线广域网将无线传感记录器的数据接收存储并分析，并将数据最终通过用户终端进行呈现；用户终端可下达执行命令，通过远端云服务器处理后发送到无线广域网，最后数据会传输到具体的无线执行记录器内。执行具体操作，从而达到远程控制的目的。

所述的用户终端，用于下达执行命令，执行命令通过远端云服务器处理后发送到无线广域网，最后执行命令传输到无线执行记录器内，使设备执行具体操作，从而达到远程控制的目的。本实用新型的一个实施例中，用户设备可以是计算机也可以是专用设备。用户可以通过互联网浏览器直接访问远端云服务器，用户终端不需要安装特定软件，安装任意浏览器即可实现数据查询、编辑、导出等操作。同时也可以通过浏览界面控制具体无线执行记录器。这样做对具体用户终端的要求降到了最低，应用极其广泛。

本实用新型的基于无线记录和执行的物联网系统，其中的无线数据交换器可同时兼容使用三种无线通讯方式包括：433Mhz低频通讯，可以接收或发送无线传感记录器或无线执行记录器的数据，同时可将记录器的发送数据进行中继传输，增加无线覆盖的范围。WIFI通讯，当空间范围内有WIFI信号覆盖时，上传数据采用WIFI方式将数据传输，最终可发送到远端云服务器进行数据处理。GPRS中远距离通讯，可以在没有WIFI信号覆盖的条件下转而将数据通过GPRS方式进行传输，保证数据传输稳定可靠和应用灵活。

其中的无线路由器，使用市面上常见的基于WIFI无线传输技术的路由器即可。在本系统内，如果无线数据交换器无法通过GPRS通讯方式与远端云服务器通讯的话，则可间接使用无线路由器将数据发送到远端云服务器上，也可以从远端云服务器上传下载执行无线执行记录器的控制信号。这样做通讯成本极低。

其中的本地服务器，一般为本地计算机或者通讯专用设备构成。通过RS485总线连接到无线数据交换器上，实现本地数据共享。可将无线数据交换器内采集到的无线传感记录器和无线执行记录器内部的数据传输到本地服务器做数据备份。若本地服务器可以连接外部广域网，可同时将数据上传至远端云服务器，实现数据交换共享的物联网系统。

其中的远端云服务器，可接收无线数据交换器采集无线记录器的实时数据或者历史数据。使用广域网或者无线广域网将无线记录器数据接收存储并分析。将数据最终通过用户终端进行呈现。同时用户终端可下达执行命令，通过远端云服务器处理后发送到广域网或者无线广域网，最后数据会传输到具体的无线执行记录器内。执行具体操作，从而达到远程控制的目的。

其中的用户终端，由用户设备构成，可以是计算机也可以是专用设备。用户可以通过互联网浏览器直接访问远端云服务器，用户终端不需要安装特定软件，安装任意浏览器即可实现数据查询、编辑、导出等操作。同时也可以通过浏览界面控制具体无线执行记录器。这样做对具体用户终端的要求降到了最低。应用极其广泛。

本实用新型提出的基于无线记录和执行的物联网系统，其中的单台记录器可记录测量数据或执行状态，做到历史可追溯，这对于目前的智能家居或者物联网系统都是技术创新和提高。从简单的数据采集与控制转变为历史追踪与采集控制有机结合。使用较为低频的通讯方式(如433MHz无线通讯)进行底层无线载波传输，可有效解决通讯距离和环境干扰问题，使用无线数据交换器可将底层无线传感记录器和无线执行记录器的数据上传或者下载并执行，同时可以整合实时数据后向无线路由器(通过WIFI无线通讯)发送，此时数据速率得到大幅度提升，增加了实际的通讯链路带宽。无线数据交换器可以使用GPRS技术将数据直接上传到远端云服务器，这样做可以有效解决没有无线WIFI信号或者没有网络覆盖的使用环境。任何无线数据交换器之间都可以通过有线的总线RS485通讯方式进行数据共享，这样做可以进一步提高设备的使用范围和应用领域，将无线与有线网络的覆盖范围扩展到最大化，充分考虑应用条件会使物联网系统使用多元化，同时也可以进行不同方式的组合使用，最大程度的方便测试人员和最终用户。使用本地服务器可以将数据在本地进行上传备份，下载执行，实时分析，做到在第一现场可采集，可控制，可分析，可维护。远端云服务器可以接收互联网上传数据或者下载执行命令，同时也可以接收无线GPRS直接传输信号。对于远端云服务器平台可以由网络运营商提供租赁或者自行购买，这完全取决于用户的实际需求。远端云服务器使用标准TCP/IP通讯协议，并可将高层通讯协议共享，这样做可以将许多符合规则并签订安全保密协议的物联网运行设备接入，进入此物联网系统，大大提高了物联网实际应用范围和用户易用性。用户终端可以由多种设备发起，例如手机、平板、电脑、服务器、浏览器等，只要能够浏览网页的设备就可以登录并进行数据维护和设备控制，真正做到不依赖具体软件或应用。这样做才是真正意义上的物联网，才是真的让用户可以长期使用的物联网系统。

本实用新型提出的物联网系统，可以实现边测量、边保存、边上传下载，边云计算。在每一个无线记录器测量、记录数据后，将无线记录器数据上传到远端云服务器中或将控制信息下载到执行记录器内，此数据会在远端云服务器端进行网络备份。远端云服务器中的测试数据可以远程查看、分析、备份、更新、删除。数据的权限需要进行权限管理。这样做可方便测试人员和用户，也可有效地降低单次测试风险。如果在测试初期发现远端云服务器实测数据出现异常，可以让测试人员查看并解决异常，可有效提高测试实时性和可靠性，降低测试失败率。同时可进行长期的无线数据采集、记录、控制、监测。对于无线记录器而言，数据是保存在本地记录器中的，并不需要考虑其他记录器，单台记录器可良好工作。对于物联网系统来说，数据又同时保存在远程云服务器上，做到双备份，这样做使物联网系统变成线上、线下双平台同时适用、同时运行的状态。测试与控制综合成本进一步降低而安全性和易用性大大提高。此实用新型特别适合使用在建筑节能物联网、环境系统测试物联网、多参数复杂环境数据的采集分析项目、多传感器执行器控制系统、复杂布线简化系统、环境监测、现场测试、智能仪表、智能家居、安防及特殊无人环境测试等领域。

其中无线传感记录器可发送433MHz无线信号，将数据发送到较近范围内的无线数据交换器。无线传感记录器数量在无线信号范围内可拥有若干台。无线执行记录器会将执行状态通过433MHz无线信号发送到无线数据交换器，同时可接收无线数据交换器发来的执行信号并执行。无线执行记录器数量在无线信号范围内可拥有若干台。433MHz无线通讯方式，任何两点间的实测空旷通讯距离是95米±10米，可穿过1-2堵墙(据实际墙体决定)，上下楼层间可以绕射1-2层楼板。在通讯过程中，无线传感记录器与无线执行记录器都会将数据和状态记录在记录器内，并可在必要时通过USB接口进行数据导出查看。使用USB导出数据时还可以为记录器进行充电操作，最大程度上增加记录器使用寿命，减少测试人员工作量。一次充满电后，单台记录器采用低功耗工作模式，记录器内锂电池可连续工作一年甚至更长，具体的剩余电量会通过无线数据一同发送到无线数据交换器中，如果用户发现记录器电量低可以直接进行针对性的充电，保证整个系统良好运行。其中单台记录器锂电池容量为1000mAH，锂电池为通用产品。无线传感记录器、无线执行记录器、无线数据交换器内部均采用TI公司的CC1101低频通讯芯片模块进行433MHz无线数据收发。发送时采用CC1101内部查询机制查询是否当前时刻无线通道可用，如果当前时刻没有其他设备占用无线信道，可以立刻开始发送。如果有则等待若干毫秒后再次尝试，直到发送成功。通过三次分时随机无线发送模式可大大增加通讯的可靠性和准确性。无线传感记录器和无线执行记录器内的主控芯片使用TI公司的430系列低功耗单片机。无线数据交换器内的主控芯片使用三星公司的S3C2440A处理器。

Claims (1)

1.一种基于无线记录和执行的物联网系统，其特征在于该物联网系统包括：多个无线传感记录器、无线执行记录器，多个无线数据交换器、无线路由器、本地服务器、远端云服务器和用户终端；其中，

所述的多个无线传感记录器，用于采集实时测量数据，测量数据包括：温度、湿度、风速、风向、热流、压力差、大气压力、照度、噪声、二氧化氮、一氧化碳、PM10、PM2.5、甲醛、VOC、用水量、用电量、用气量、开关量或模拟量中的任何一种或多种，将测量数据存储在无线传感记录器内，由USB接口导出到本地服务器；

所述的无线执行记录器，用于根据用户实时设置的云服务器参数进行具体执行操作，用模拟量或者数字量综合控制水电、灯光、电机、家用电器、办公用品、人工设施或医疗电子器械中任何一种设备的开启或关闭，并预约设备的不同工作模式，通过接收无线数据交换器无线信号，将最新控制信号通过更新并最终执行，按照开关或模拟量值的方式进行记录，记录数据存储在无线执行记录器内，由USB接口导出数据，通过本地服务器可查看实时或历史分析数据，并观察执行情况；

所述的无线数据交换器，用于同时使用三种无线通讯方式接收或发送上述无线传感记录器或无线执行记录器的数据，同时将无线传感记录器发送的数据进行中继传输，增加无线覆盖的范围，所述的三种无线通讯方式为：433Mhz、低频通讯或WIFI通讯，当空间范围内有WIFI信号覆盖时，上传数据采用WIFI方式将数据传输，最后将数据通过GPRS无线远程网络发送到远端云服务器进行数据处理；

所述的无线路由器，用于将无线数据交换器接收的数据发送到远端云服务器；

所述的本地服务器，用于将无线数据交换器内采集到的无线传感记录器和无线执行记录器内部的数据传输到本地服务器，作为数据备份；

所述的远端云服务器，用于接收无线数据交换器采集的无线传感记录器的实时数据或历史数据，使用无线广域网将无线传感记录器的数据接收存储并分析，并将数据最终通过用户终端进行呈现；

所述的用户终端，用于下达执行命令，执行命令通过远端云服务器处理后发送到无线广域网，最后执行命令传输到无线执行记录器内，使设备执行具体操作，从而达到远程控制的目的。