CN208401886U - 物联网设备数据管理系统 - Google Patents

Abstract

物联网设备数据管理系统，其包括数据采集模块、数据传输模块、数据储存模块和数据分析模块，数据采集模块包括主站、基于modbus协议的从站、连接主站的本地存储设备和程序存储器，主站采用树莓派作为中央控制器，树莓派安装有应用除modbus协议之外的通信插件，从站连接树莓派，程序存储器连接至树莓派，数据采集模块、数据传输模块、数据储存模块和数据分析模块依次连接；该系统能够采集大量物联网设备数据，解决物联网设备与主站不兼容的问题，提高了数据采集的稳定性，降低了系统的负载，提高了客户端和云服务器的稳定性。

Description

物联网设备数据管理系统

技术领域

本实用新型涉及物联网技术领域,具体而言,涉及物联网设备数据管理系统。

背景技术

modbus协议是应用于电子控制器上的通用语言，通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络(例如以太网)和其它设备之间可以通信。它已经成为一通用工业标准，有了它，不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络，进行集中监控。modbus协议支持传统的RS-232、RS-422、RS-485和以太网设备。许多工业设备，包括PLC，DCS，智能仪表等都在使用modbus协议作为他们之间的通讯标准。

物联网中连接网络的设备，分为支持modbus协议的RS232/RS485等设备和不支持此协议的设备；对于没有modbus协议支持的设备，需要根据相应的设备配备中间设备，中间设备用于把模似信号转为数字信号或转为modbus协议识别的信号，方便用于数据传输。

当设备数据增多后，在一个网络内，很容易就超过modbus协议允许连接的设备最大数量，为了能连接并处理更多的采集设备，需要对设备进行分组管理，有了分组，才能连接区分并控制更多的设备。

为了实现以上的目的，传统方案会建一个很大规模的VPN，然后把所有的设备数据先集中到一个串口服务器进行modbus协议与TCP/IP协议的转化，通过VPN网络送到集中服务器上，在集中服务器上进行归约，并打上组id标记，然后把数据送到云服务器。

现有技术的以上方案对网络的成本要求与依赖过大，对集中服务器的稳定性与负载能力要求很高，对客户端与服务端的软件开发稳定性与负载能力都有很高的要求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供物联网设备数据管理系统，其能够采集大量物联网设备数据，解决物联网设备与主站不兼容的问题，提高了数据采集的稳定性，降低了系统的负载，提高了客户端和云服务器的稳定性。

本实用新型的实施例是这样实现的：

物联网设备数据管理系统，其包括数据采集模块、数据传输模块、数据储存模块和数据分析模块，数据采集模块包括主站、基于modbus协议的从站、连接主站的本地存储设备和程序存储器，主站采用树莓派作为中央控制器，树莓派安装有应用除modbus协议之外的通信插件，除modbus之外工业标准协议包括EtherCAT、以太网等，从站连接树莓派，程序存储器连接至树莓派，数据采集模块、数据传输模块、数据储存模块和数据分析模块依次连接；物联网设备连接至从站，从站连接至主站，从站和主站之间通过modbus协议进行通信或将数据转化进行通信，本地存储设备连接至主站，程序存储器安装有边缘运算程序、数据上传程序和固件升级程序，数据上传程序将主站的数据上传至云服务器。

在本实用新型较佳的实施例中，上述物联网设备数据管理系统通过从站和树莓派连接多个物联网设备，从站和树莓派之间采用分布式架构。

在本实用新型较佳的实施例中，上述树莓派通过modbus协议交换数据至物联网设备或通过通信插件交换数据至物联网设备。

在本实用新型较佳的实施例中，上述树莓派连接远程客户端和云服务器，程序存储器具有远程客户端操作的数据管理程序，数据管理程序通过云服务器与远程客户端进行交互。

在本实用新型较佳的实施例中，上述物联网设备数据管理系统通过对树莓派的归类和分组实现对物联网设备的归类和分组。

在本实用新型较佳的实施例中，上述程序存储器安装有边缘运算程序、数据上传程序和固件升级程序。

在本实用新型较佳的实施例中，上述数据传输模块采用物理连网标准协议mqtt，远程客户端通过数据传输模块连接数据管理程序。

在本实用新型较佳的实施例中，上述数据上传程序通过普通专线网络或非专线网络将数据上传至云服务器。

在本实用新型较佳的实施例中，上述数据储存模块采用Storm流计算、时序数据库技术和规则引擎技术，数据储存模块对物联网设备和数据出现异常时进行分布式储存和告警。

在本实用新型较佳的实施例中，上述数据分析模块采用可视化开发套件，可视化开发套件通过仪表盘和决策报表实现数据的实时展示。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型通过从站和树莓派的分布式构架，能够连接大量的物联网设备采集数据，不再需要本地集中服务器，通过树莓派的控制把数据压力分散，同时解决了物联网设备与主站不兼容的问题，提高了数据采集的稳定性，降低了系统的负载，提高了客户端和云服务器的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型物联网设备数据管理系统的数据采集模块示意图；

图标：100-物联网设备数据管理系统；110-物联网设备；111-从站；112-树莓派；113-通信插件；114-程序存储器；115-本地存储设备；120-云服务器；121-远程客户端。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“内”、“外”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

第一实施例

请参照图1，本实施例提供物联网设备数据管理系统100，其包括数据采集模块、数据传输模块、数据储存模块和数据分析模块，数据采集模块、数据传输模块、数据储存模块和数据分析模块依次连接。其中数据采集模块基于标准、开放的modbus协议和开源硬件平台构建，实现设备数据的实时收集、边缘运算、本地存储、云端上报、固件升级；数据传输模块采用物连网标准协议mqtt，支持云端对设备的控制；数据储存模块针对设备数据数量大的特点采用Storm流计算、时序数据库技术和规则引擎技术实现设备和数据异常的分布式储存和告警；数据分析模块采用自主研发的可视化开发套件实现设备数据的实时展示,通过可视化仪表盘和决策报表实时显示数据变化。

数据采集模块包括物联网设备110、云服务器120、主站、基于modbus协议的从站111、连接主站的本地存储设备115和程序存储器114；物联网设备110连接至从站111，从站111连接至主站，从站111和主站之间通过modbus协议进行通信或将数据转化进行通信，本地存储设备115和程序存储器114连接至主站，程序存储器114安装有边缘运算程序、数据上传程序和固件升级程序，数据上传程序将主站的数据上传至云服务器120；边缘运算程序能够通过读取树莓派112的数据，在采集数据阶段的边缘发起响应，较快地作出反应，数据上传程序将储存在本地存储设备115中的数据传送至云服务器120，固件升级程序对树莓派112及基础软件端进行升级更新。

物联网设备110为信息传感设备，包括条码、射频识别(RFID)、传感器、全球定位系统、激光扫描器等基础设备，物联网设备110，分为本身支持modbus协议的设备和不支持此协议的设备，其中支持modbus协议的设备为传统的RS-232、RS-422、RS-485和以太网设备，主站采用树莓派112作为中央控制器，物联网设备数据管理系统100通过从站111和树莓派112连接大量物联网设备110，从站111和树莓派112之间采用分布式架构，不再需要本地集中服务器，将数据压力，并发压力分散；树莓派112安装有非modbus协议的通信插件113，非modbus协议为除modbus之外工业标准协议，其包括EtherCAT、以太网等，对于支持modbus协议的物联网设备110，从站111和树莓派112之间通过modbus协议进行通信，对于不支持modbus协议的物联网设备110，直接通过相应的协议通信插件113接入树莓派112，可直接通过树莓派112进行相应的数据处理，这样就取代串口服务器作为中间转换设备，增强了物联网设备110的各种协议的兼容性与扩展性，物联网设备数据管理系统100通过对树莓派112的归类和分组实现对物联网设备110的归类和分组，不再需要VPN网络进行规划与实施；程序存储器114安装有数据管理程序，树莓派112通过数据管理程序与远程客户端121进行交互，该数据管理程序为远程客户端121的操作程序，远程客户端121通过云服务器120与数据管理程序进行数据交换；边缘运算程序安装于程序存储器114，边缘运算程序靠近数据源头的一端，采集的数据储存于本地存储设备115中，边缘运算程序调用本地存储设备115中的数据发起边缘计算，能够产生更快的网络服务响应，满足实时业务、应用智能等快速的应用需求；本地存储设备115设置于主站，本地存储设备115将从站111采集的物联网设备110的数据进行分散存储，投入少，本地存储设备115对网络通信的压力小，能够保证服务器的稳定性，提高网络通信的负载能力；数据上传程序将存储于本地存储设备115中的数据传送至云服务器120，数据上传程序通过mqtt协议与云服务器120之间进行通信，数据上传程序通过普通专线网络或非专线网络将数据上传至云服务器120；固件升级程序安装于程序存储器114，固件为树莓派112基础的软件，固件决定着硬件设备的功能及性能，固件升级是针对整个树莓派112的，能够完善主站功能、增强主站稳定性、修补主站漏洞，比如提升流畅度，增加新功能或者清除已知bug。

数据传输模块采用物理连网标准协议mqtt，远程客户端121通过数据传输模块连接数据管理程序，数据储存模块采用Storm流计算、时序数据库技术和规则引擎技术，数据储存模块对物联网设备110和数据出现异常时进行分布式储存和告警，数据分析模块采用可视化开发套件，可视化开发套件通过仪表盘和决策报表实现数据的实时展示。

数据采集模块具有以下作用：

1、取代串口服务器作为中间转换设备，对于支持不支持modbus协议的物联网设备110可以直接通过相应协议的通信插件113接入树莓派112，可以直接用树莓派112进行相应的数据处理。

2、增强了物联网设备110的不同协议的兼容性与扩展性。

3、不再需要VPN网络进行规划与实施，由树莓派112就直接对物联网设备110进行规划与分组。

4、不再需要本地集中服务器，树莓派112替代本地服务器的功能，分散到各地进行数据采集，集中架构变成分布式架构，将数据压力分散。

5、对树莓派112中央控制器开发管理程序，方便集中远程的数据行为管理并智能升级。

本实用新型实例的工作原理为：

数据采集模块将物联网设备110的数据进行采集，数据通过数据传输模块传送至数据储存模块，数据分析模块调取数据储存模块的数据进行分析，其中数据采集模块采用主站和从站111的分布式的构架，主站采用树莓派112，从站111连接大量的物联网设备110，树莓派112和从站111之间通过modbus协议进行通信，对于不支持modbus协议的物联网设备110，树莓派112通过安装的通信插件113进行通信，这样就取代串口服务器作为中间转换设备，增强了物联网设备110的各种协议的兼容性与扩展性，另一方面通过对树莓派112的归类和分组实现对物联网设备110的归类和分组，不再需要VPN网络进行规划与实施，同时远程客户端121与树莓派112进行通信时，通过云服务器120连接数据管理程序，利用数据管理程序进行远程控制。

本实用新型实例通过从站和树莓派的分布式构架，能够连接大量的物联网设备采集数据，不再需要本地集中服务器，通过树莓派的控制把数据压力分散，同时解决了物联网设备与主站不兼容的问题，提高了数据采集的稳定性，降低了系统的负载，提高了客户端和云服务器的稳定性。

综上所述，本实用新型能够采集大量物联网设备数据，解决物联网设备与主站不兼容的问题，提高了数据采集的稳定性，降低了系统的负载，提高了客户端和云服务器的稳定性。

本说明书描述了本实用新型的实施例的示例，并不意味着这些实施例说明并描述了本实用新型的所有可能形式。应理解，说明书中的实施例可以多种替代形式实施。附图无需按比例绘制；可放大或缩小一些特征以显示特定部件的细节。公开的具体结构和功能细节不应当作限定解释，仅仅是教导本领域技术人员以多种形式实施本实用新型的代表性基础。本领域内的技术人员应理解，参考任一附图说明和描述的多个特征可以与一个或多个其它附图中说明的特征组合以形成未明确说明或描述的实施例。说明的组合特征提供用于典型应用的代表实施例。然而，与本实用新型的教导一致的特征的多种组合和变型可以根据需要用于特定应用或实施。

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

Claims (4)

1.物联网设备数据管理系统，其特征在于，其包括数据采集模块、数据传输模块、数据储存模块和数据分析模块，所述数据采集模块包括主站、基于modbus协议的从站、连接主站的本地存储设备和程序存储器，所述主站采用树莓派作为中央控制器，所述树莓派安装有应用除modbus协议之外的通信插件，所述从站连接所述树莓派，所述程序存储器连接至所述树莓派，所述数据采集模块、所述数据传输模块、所述数据储存模块和所述数据分析模块依次连接。

2.根据权利要求1所述的物联网设备数据管理系统，其特征在于，所述物联网设备数据管理系统通过所述从站和所述树莓派连接多个物联网设备，所述从站和所述树莓派之间采用分布式架构。

3.根据权利要求1所述的物联网设备数据管理系统，其特征在于，所述树莓派通过modbus协议交换数据至物联网设备或通过所述通信插件交换数据至物联网设备。

4.根据权利要求1所述的物联网设备数据管理系统，其特征在于，所述树莓派连接远程客户端和云服务器。