CN210983061U - 边缘计算物联网采集控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种边缘计算物联网采集控制器，涉及物联网采集控制领域，本实用新型提供的边缘计算物联网采集控制器，通过应用配置单元接收自主配置的算法参数，存储于微控制器的芯片内存储器中，微控制器通过数据采集单元接收实时采集的设备参数，并基于自主配置的算法参数作出边缘计算的决策控制，控制输出控制单元驱动待控设备执行相应的动作。本实用新型提供的边缘计算物联网采集控制器设置在待控设备的边缘侧，可以根据收集到的数据就近端分析设备参数状态，及时对故障情况作出干预，同时，不限于具体的应用场景，能够根据物联网设备的情况个性定制决策逻辑，可以用于解决终端设备差异化、碎片化需求带来的二次开发成本。

Description

边缘计算物联网采集控制器

技术领域

本实用新型属于领域，具体地说，涉及一种边缘计算物联网采集控制器。

背景技术

当前，物联网应用快速发展，碎片化需求太多，差异化强烈，缺乏固定的标准，这样一来，直接导致了对物联网终端设备需求的差异化和碎片化的问题，直接制约了物联网终端设备的标准化，造成了不断的二次开发成本，即现有的产品方案针对不同的客户、不同的需求都需要进行二次开发，导致此过程中消耗了大量的人力成本，不利于适应时刻变化的物联网数据处理和应用需求。

另一方面，对于以往的物联网架构，数据分析、挖掘及处理均在远程服务器云端完成，而事实上，物联网的设备有许多需要实时响应的需求，现有的物联网采集控制器缺乏本地决策功能，完全依赖云端进行处理，会造成云端负荷大，尤其是网络异常时，终端设备将无法继续工作，造成失控的局面，一定程度地影响了物联网数据采集的数据价值和应用效果，难以做到及时准确及快速的需求响应，数据处理和事件响应。

实用新型内容

针对上述存在的问题，本实用新型提供一种边缘计算物联网采集控制器，将依赖云端处理的部分架构设置在靠近物或数据源头的网络边缘，应用于待控设备的边缘侧，融合网络、计算、存储、应用核心能力，根据收集到的数据就近端分析设备参数状态，及时对故障情况作出干预，同时，不限于具体的应用场景，能够根据物联网设备的情况个性定制决策逻辑，可以用于解决终端设备差异化、碎片化需求带来的二次开发成本。

为实现上述目的，本实用新型提供的技术方案为：

本实用新型提供的边缘计算物联网采集控制器，包括：

微控制器，用于实施物联网数据采集控制及系统组网；

芯片内存储器，与所述微控制器电性连接，用于存储用户自定义参数和采集数据的本地存储；

数据采集单元，包括若干用于与待控设备传感器互连的数据采集接口，所述数据采集单元与所述微控制器电性连接，用于实时采集待控设备的运行参数；

应用配置单元，包括用于与上位机通信连接的应用配置接口，所述应用配置单元与所述微控制器电性连接，用于配置所述微控制器本地决策算法的参数；

输出控制单元，与所述微控制器电性连接，用于接收所述微控制器的控制信号并向待控设备传送控制信号；所述输出控制单元预留有若干用于与待控设备的动作机构连接的电性连接接口。

本实用新型提供的边缘计算物联网采集控制器，优选地，所述边缘计算物联网采集控制器还包括用于与云服务器进行数据交互的数据传输单元，所述数据传输单元与所述微控制器电性连接，所述数据传输单元可向云服务器传输存储的采集数据和/或接收云服务器传送的设备控制命令。

本实用新型提供的边缘计算物联网采集控制器，优选地，所述微控制器、所述芯片内存储器、所述数据采集单元、所述应用配置单元、所述输出控制单元均集成于设备壳体中，且所述应用配置接口、所述数据采集接口、所述电性连接接口均固定设置于所述设备壳体表面。

本实用新型提供的边缘计算物联网采集控制器，优选地，所述数据传输单元包括NB-IOT通讯单元和/或LAN通讯单元和/或4G通讯单元和/或2G通讯单元和/或WIFI通讯单元，所述应用配置单元可选配所述数据传输单元的传输模式。

本实用新型提供的边缘计算物联网采集控制器，优选地，所述数据采集单元包括RS485数据采集单元和/或DI数据采集单元和/或AI数据采集单元和/或GPS定位数据采集单元，所述应用配置单元可选配所述数据采集单元的采集模式。

本实用新型提供的边缘计算物联网采集控制器，优选地，所述边缘计算物联网采集控制器还包括用于指示采集控制工作状态的状态指示单元，所述状态指示单元与所述微控制器电性连接；所述状态指示单元设置于所述设备壳体表面。

本实用新型提供的边缘计算物联网采集控制器，优选地，所述状态指示单元包括但不限于LED指示灯。

本实用新型提供的边缘计算物联网采集控制器，优选地，还包括RTC时钟芯片，所述RTC时钟芯片与所述微控制器电性连接。

本实用新型提供的边缘计算物联网采集控制器，优选地，所述应用配置接口包括但不限于USB接口。

上述技术方案具有如下优点或者有益效果：

本实用新型提供的边缘计算物联网采集控制器，通过应用配置单元接收自主配置的算法参数，存储于微控制器的芯片内存储器中，微控制器通过数据采集单元接收实时采集的设备参数，并基于自主配置的算法参数作出边缘计算的决策控制，控制输出控制单元驱动待控设备执行相应的动作。本实用新型提供的边缘计算物联网采集控制器设置在待控设备的边缘侧，可以根据收集到的数据就近端分析设备参数状态，及时对故障情况作出干预，同时，不限于具体的应用场景，能够根据物联网设备的情况个性定制决策逻辑，可以用于解决终端设备差异化、碎片化需求带来的二次开发成本。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型及其特征、外形和优点将会变得更加明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未刻意按照比例绘制附图，重点在于示出本实用新型的主旨。

图1是本实用新型实施例1提供的边缘计算物联网采集控制器的简要连接结构示意图；

图2是本实用新型实施例1提供的边缘计算物联网采集控制器设备壳体表面结构的简要示意图。

具体实施方式

下面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、完整的说明，显然所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。因此，以下对附图中提供的本实用新型实施例中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。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。

实施例1：

如图1所示，本实用新型实施例1提供一种边缘计算物联网采集控制器，包括：

微控制器11，用于实施物联网数据采集控制及系统组网；

芯片内存储器12，与所述微控制器11电性连接，用于存储用户自定义参数和采集数据的本地存储；

数据采集单元13，包括若干用于与待控设备传感器互连的数据采集接口135，所述数据采集单元13与所述微控制器11电性连接，用于实时采集待控设备的运行参数；

应用配置单元14，包括用于与上位机通信连接的应用配置接口141，所述应用配置单元14与所述微控制器11电性连接，用于配置所述微控制器本地决策算法的参数；

输出控制单元15，与所述微控制器11电性连接，用于接收所述微控制器11的控制信号并向待控设备传送控制信号；所述输出控制单元15预留有若干用于与待控设备的动作机构连接的电性连接接口151。

本实用新型实施例1提供的上述边缘计算物联网采集控制器结构，在实施时，对于不同的应用需求可以通过应用配置单元14配置自定义的本地决策控制参数，将上位机连接到应用配置单元14的应用配置接口141上，可以以可视化界面的形式设定待控设备数据采集的节点数、各节点参数上下限，不限于具体的应用场景，一方面实现了数据采集单元采集节点的合理实用，也避免采集节点空闲造成资源浪费，避免了二次开发接口的麻烦。作为一种本地数据采集控制的应用场景实施示例，在对自动化浇水设备进行物联网监测时，可以在上位机设定具体采集的参数(如液位参数采集节点)的阈值上限、阈值下限，来对浇水的液面进行监测，另外，还可以通过应用配置单元设定输出控制单元15的动作逻辑，例如当某个参数采集节点(如液位)超出阈值上限，则微控制器可以控制输出控制单元15向电性连接接口151发出控制信号，作出一定的动作逻辑控制(如停止浇水动作、报警等)，当数据采集单元13采集数据后，数据存储至芯片内存储器12中，经应用配置单元14配置的本地参数逻辑分析比较，选配及设定的参数可以存储于微控制器11的芯片内存储器12中，形成专用的一套本地决策逻辑，若数据超出设定的参数阈值上限或低于设定的参数阈值下限，微控制器11控制输出控制单元15的电性连接接口151对待控设备进行动作控制。由于边缘计算物联网采集控制器1设置于待控设备的边缘测，相对于传统的物联网采集控制器参数采集后传输到云端进行处理的模式而言，在物理上能够靠近数据生成位置，能够更好地就近实现需求响应，防范故障和事故处理，减少数据传播距离，减少带宽浪费，及时响应需求，提升即时控制体验。

虽然本实用新型实施例1提供的边缘计算物联网采集控制器结构通过微控制器11执行本地的边缘计算具有一定的处理时效性，但是考虑到微控制器11的本地存储、计算能力和计算资源有限，为了使得物联网采集控制器整体具有更好的决策处理能力，所述边缘计算物联网采集控制器1还包括用于与云服务器数据交互的数据传输单元16，所述数据传输单元16与所述微控制器11电性连接，所述数据传输单元16可向云服务器传输存储的采集数据和/或接收云服务器传送的设备控制命令。如此一来，本实用新型实施例1提供的边缘计算物联网采集控制器不仅能够具有个性的本地数据采集控制能力，同时，微控制器11还能够在网络正常的情况下，将芯片内存储器12中采集的参数汇总到云端进行处理，兼具远程数据采集控制功能，即，数据采集单元13采集数据后，存储至芯片内存储器12中，并经数据传输单元16传输至云服务器，云服务可以接收数据后进行处理、分析和比较，并依赖强大的处理资源和计算资源，得出最佳的控制决策信号给微控制器11，微控制器11进而将云服务器传送的控制决策信号通过输出控制单元15控制待控设备运行。通过进一步设置的与云服务器通信连接的数据传输单元16，不仅实现了本地边缘计算和云端处理的相互补充，网络异常时，可执行本地数据采集控制逻辑，网络正常时，可以通过云服务器进行远程数据采集控制，从而自动根据待控设备的运行环境作出输出控制，不至于导致设备完全失控，还能够通过云服务器对本实用新型实施例1提供的物联网采集控制器的固件进行远程升级，以更好地适配应用的发展需求。

为了便于本实用新型实施例1提供的边缘计算物联网采集控制器能够方便地移动到待控设备的边缘侧，优选地，参照图2,所述微控制器11、所述芯片内存储器12、所述数据采集单元13、所述应用配置单元14、所述输出控制单元15均集成于一设备壳体中，且所述应用配置接口141、所述数据采集接口135、所述电性连接接口151均固定设置于所述设备壳体表面，通过将微控制器11、所述芯片内存储器12、所述数据采集单元13、所述应用配置单元14、所述输出控制单元15都集成在一个设备壳体中，且在设备壳体的表面固定设置应用配置接口141、若干数据采集接口135、若干电性连接接口151，能够通过壳体更好地对设备内部的器件进行保护，同时提高随应用场景移动的便携能力和即插即用的能力。

对于本实用新型实施例1提供的边缘计算物联网采集控制器，与云服务器通信的数据传输单元16不限于具体的网络架构，只要能够与云服务器实现数据和控制指令的传输即可。作为一种优选的实施方式，所述数据传输单元16包括NB-IOT通讯单元161和/或LAN通讯单元162和/或4G通讯单元163和/或2G通讯单元164和/或WIFI通讯单元165，且所述应用配置单元14可选配所述数据传输单元16的传输模式。为了使得边缘计算物联网采集控制器具有更好的解决终端设备差异化的能力，数据传输单元16同时包括NB-IOT通讯单元161、LAN通讯单元162、4G通讯单元163、2G通讯单元164和WIFI通讯单元165，当需要传输较小的数据量时，可以通过NB-IOT通讯单元与云服务器建立数据通信连接，传输速度快、体积小、功耗低，该传输模式能够很好地适应恶劣环境，信号覆盖能力强，信号可快速接入网络，实现数据无损透传，支持低功耗设备在广域网内的蜂窝数据连接，且待机时间可达近10年，能够适应于对网络连接要求较高设备的高效连接和低成本，也适应于物联网时代的发展趋势；在设置NB-IOT通讯单元的同时设置LAN通讯单元162、4G通讯单元163、2G通讯单元164、WIFI通讯单元165，可以根据物联网设备终端应用场景的通讯网络强度、存储的数据容量、数据传输速度要求等对数据传输单元16的形式进行自定义选配，例如需要传输较大数据时，可以选配4G通讯单元、WIFI通讯单元165等，降低因云服务器数据传输带宽占用导致的延迟。对于NB-IOT通讯单元161、LAN通讯单元162、4G通讯单元163、2G通讯单元164和WIFI通讯单元165的选配，可以通过应用配置单元14的应用配置接口141在上位机上进行选配和参数设定，以便于根据实际应用场景选择不同的数据传输模式，可以一定程度上取得传输成本及传输效率的均衡性，也可一定程度避免因数据吞吐量差导致的网络拥堵问题。

对于数据采集单元13，不限于具体的数据采集方式，只要能够对待控设备的参数进行实时采集即可，优选地，所述数据采集单元13包括RS485数据采集单元131和/或DI数据采集单元132和/或AI数据采集单元133和/或GPS定位数据采集单元134，所述应用配置单元14可选配所述数据采集单元13的采集模式。为了进一步增强边缘计算物联网采集控制器整体的通用泛化能力，数据采集单元13可以同时包括RS485数据采集单元131、DI数据采集单元132、AI数据采集单元133和GPS定位数据采集单元134。通过设置RS485数据采集单元131，通过设置RS485数据采集单元131，其具有RS485数据采集接口，可以采集与待控设备需要监控的各环节的传感器参数，例如液位、流量、温度、湿度等，RS485数据采集接口可以与带有RS485通讯接口的传感器或设备进行通讯，实时地采集参数值，且在参数采集的同时能够抑制共模干扰，具有较好的抗电气干扰的性质；DI数据采集单元132可以用来采集待控设备的开关量信号，例如开关的动作状态、阀门开闭情况等；AI数据采集单元133可以用来采集模拟量数据，例如0～5V的电压信号或4～20ma的电流信号；而GPS定位数据采集单元134能够与设备互联，获知实时的定位数据，且本实用新型实施例1提供的边缘计算物联网采集控制器支持多种定位方式，兼容GPS定位和LBS基站定位，能够更好地适应实际应用场景中的定位需求，对于需要用到的数据采集节点、通讯模式、电压电流采集模式、定位数据收集模式均可以通过应用配置单元14进行选配，通过集成多种采集单元，当应用需求改变时，仅需要通过应用配置单元14进行配置即可，使能相关功能，不需要根据应用需求作二次开发，具有较高的实用性和经济价值。

为了物联网设备终端工作人员能够直观查看本实用新型实施例1所提供的边缘计算物联网采集控制器的工作状态，参照图1，所述边缘计算物联网采集控制器还包括用于指示采集控制工作状态的状态指示单元17，所述状态指示单元17与所述微控制器11电性连接。参照图2，所述状态指示单元17设置于设备壳体的表面。其中，所述状态指示单元17包括但不限于LED指示灯。通过设置状态指示单元17，并将其设置于设备壳体的表面，可以直观地指示边缘计算物联网采集控制器的工作状态，更具体地，可以设置对于每一个数据采集单元13、每一个数据传输单元16均设置一个相应的LED指示灯，可以便于查看各个单元的工作状态，也便于管理人员进行故障维护。

为了更好地实现对物联网待控设备终端的智能控制，本实用新型实施例1提供的边缘计算物联网采集控制器1还包括RTC时钟芯片18，所述RTC时钟芯片18与所述微控制器11电性连接，通过设置RTC时钟芯片，可以为本实用新型实施例1的边缘计算物联网采集控制器提供精确的实时时间基准,对于RTC时钟芯片，大多采用精度较高的晶体振荡器作为时钟源，起到定时、显示时间的作用，进一步地，还可以在应用配置单元14基于提供的时间基准配置定时控制功能，例如延时控制、定时控制设备的开启或关闭等功能。

对于应用配置单元14的应用配置接口141不限于具体的形式，例如可以是USB接口，在实施时，上位机一般是计算机，在计算机端安装上位机配置软件，本实用新型实施例1提供的边缘计算物联网采集控制器通过USB接口将计算机与微控制器11连接，可以实现热插拔，在配置本地系统功能时，能够实现即插即用，不需执行关机再开机等动作即可方便地配置本地控制逻辑，同时USB设备具有“小、轻、薄”的优点。采用上位机配置系统参数，在可视化的界面上对采集的节点数量、采集参数的上、下限等作出约束，对数据传输单元16进行选配和使能，每一次配置完成的应用逻辑会保存到微控制器11的芯片内存储器12中，即实现了本地决策逻辑的自主配置，实现了根据物联网终端现场需求的高度适配。

本实用新型实施例1提供的边缘计算物联网采集控制器能够兼容多种协议和多种处理算法，通讯方式可自由选择，具有本地自主计算决策功能，不完全依赖于云端，减轻云端的负荷。自主决策逻辑可以根据应用适配，内部算法的逻辑并不是一成不变的，通过应用配置单元14修改参数的阈值，即可实现不同的控制逻辑，可扩展性强，有利于实现不同的边缘计算的要求。本实用新型实施例1中，微控制器11的型号不限于具体的形式，只要能实现适配物联网终端的采集控制需求即可。例如，可选择工业级32位ARM处理器STM32F103C8T6，其具有强大的浮点运算能力和缓存，具有更快的AD数字采样能力和通信控制功能。芯片内存储器的容量型号也不限于具体的形式，例如可以选择非易失性FLASH闪存，容量可以是2G数据容量，在数据掉电时数据也不会丢失，且具有输入输出信号光电隔离保护，防止信号之间产生的干扰，能够做到高速存储现场采集的数据。

对于本实用新型说明书中述及的通信连接可以通过有线或无线方式进行数据传输或信号传输，所述的电性连接可以采用集成电路、电线等多种方式，且省去了一定的关于驱动电路、放大电路等功能性电路的描述，对于本实用新型说明书中述及的实施方法，可以基于公开的思路实现电路设计或程序化控制，对于所属领域技术人员来说是能够理解的，并不影响本领域技术人员依据本实用新型公开的产品或系统架构及得到具体层面的技术方案，这是本领域技术人员清楚和理解的。

本领域技术人员应该理解，本领域技术人员结合现有技术以及上述实施例可以实现所述变化例，在此不予赘述。这样的变化例并不影响本实用新型的实质内容，在此不予赘述。

以上对本实用新型的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本实用新型的实质内容。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案保护的范围内。

Claims (9)

1.一种边缘计算物联网采集控制器，其特征在于，包括：

微控制器，用于实施物联网数据采集控制及系统组网；

芯片内存储器，与所述微控制器电性连接，用于存储用户自定义参数和采集数据的本地存储；

数据采集单元，包括若干用于与待控设备传感器互连的数据采集接口，所述数据采集单元与所述微控制器电性连接，用于实时采集待控设备的运行参数；

应用配置单元，包括用于与上位机通信连接的应用配置接口，所述应用配置单元与所述微控制器电性连接，用于配置所述微控制器本地决策算法的参数；

输出控制单元，与所述微控制器电性连接，用于接收所述微控制器的控制信号并向待控设备传送控制信号；所述输出控制单元预留有若干用于与待控设备的动作机构连接的电性连接接口。

2.如权利要求1所述的边缘计算物联网采集控制器，其特征在于，所述边缘计算物联网采集控制器还包括用于与云服务器进行数据交互的数据传输单元，所述数据传输单元与所述微控制器电性连接，所述数据传输单元可向云服务器传输存储的采集数据和/或接收云服务器传送的设备控制命令。

3.如权利要求2所述的边缘计算物联网采集控制器，其特征在于，所述微控制器、所述芯片内存储器、所述数据采集单元、所述应用配置单元、所述输出控制单元均集成于设备壳体中，且所述应用配置接口、所述数据采集接口、所述电性连接接口均固定设置于所述设备壳体表面。

4.如权利要求3所述的边缘计算物联网采集控制器，其特征在于，所述数据传输单元包括NB-IOT通讯单元和/或LAN通讯单元和/或4G通讯单元和/或2G通讯单元和/或WIFI通讯单元，所述应用配置单元可选配所述数据传输单元的传输模式。

5.如权利要求3所述的边缘计算物联网采集控制器，其特征在于，所述数据采集单元包括RS485数据采集单元和/或DI数据采集单元和/或AI数据采集单元和/或GPS定位数据采集单元，所述应用配置单元可选配所述数据采集单元的采集模式。

6.如权利要求3所述的边缘计算物联网采集控制器，其特征在于，所述边缘计算物联网采集控制器还包括用于指示采集控制工作状态的状态指示单元，所述状态指示单元与所述微控制器电性连接；所述状态指示单元设置于所述设备壳体表面。

7.如权利要求6所述的边缘计算物联网采集控制器，其特征在于，所述状态指示单元包括但不限于LED指示灯。

8.如权利要求1所述的边缘计算物联网采集控制器，其特征在于，还包括RTC时钟芯片，所述RTC时钟芯片与所述微控制器电性连接。

9.如权利要求1所述的边缘计算物联网采集控制器，其特征在于，所述应用配置接口包括但不限于USB接口。

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