CN106210086A - 一种基于雾计算的智能数据采集终端系统 - Google Patents
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Abstract
本发明一种基于雾计算的智能数据采集终端系统，包括数据采集服务器、ARM开发板以及数据采集配制主机，所述的ARM开发板通过Modbus RTU协议采集设备数据，将采集到的设备数据保存到本地文件并经过预处理后发送部分数据到所述的数据采集服务器，所述的数据采集配制主机上运行配置程序并通过网络发送配置信息到到所述的ARM开发板上，由所述的ARM开发板对运行设备的工作状态进行在线监控。通过上述，本发明将雾计算理念融入嵌入式数据采集终端系统，对采集数据进行预处理和暂存，提升数据采集、传输、处理性能和安全性，并有效避免数据采集配套设备配置高的要求，大大降低数据定制化采集的成本。
Description
技术领域
本发明隶属于钢结构建筑防水工程以及工业金属屋面防水防腐的技术领域，尤其涉及一种基于雾计算的智能数据采集终端系统。
背景技术
国外在能源数据采集方面的研究和开发比较深入，能源数据采集已经作为一项基础设施在工厂、建筑、风能、火电 等场所得到了充分应用。Honeywell的Kyusung Kim采用SCADA实现对风力发电设备的监控及数据记录。现阶段，国内很多对企业单位对于数据的重要性认识上还存在很大的不足，很多工厂、建筑都没有实施能源数据采集和管理，说明能源数据采集和管理在国内有很大的发展空间。
但目前国内数据采集技术与国外还存在较大的差距，例如国内大连理工大学的张吉礼采用STM32微处理器实现对于建筑能耗的数据采集，通过RS485串口采集数据，存储在SD卡中，使用网络TCP协议实现数据通讯和传输。随着大数据时代的到来，以及相关技术和方法的实现与拓展，数据采集技术的创新与发展显得尤为重要，国内数据采集相关行业的系统产品存出不穷，但在专业技术和性能上还是存在很多不足，需要我们在不断地实践中去发掘问题，进一步开发出性能更佳、价格更廉、稳定性更好的数据采集终端系统。
当前国内数据采集大多是建立在数据采集卡与网卡的硬件基础之上，不能实现对数据采集卡的定制化开发，使得功能扩充受到了制约，同时由于数据采集设备仅实行固定的数据采集传输程序，未对数据进行任何预处理或暂存储操作，不仅影响数据采集传输速度，也导致数据管理中心运行计算难度加大，限制了云计算数据中心对海量数据处理的能力，从而较大程度上增加了数据采集成本。
在中国国内市面上的数据采集终端设备具有很大的局限性，不仅成本较高，而且实现再度定制化开发的难度大，从而导致其实用性较低；而且由于数据采集终端不能对采集数据进行有效的预处理和暂储存，限制了整个系统的数据处理能力，导致配套的服务器设备配置要求相对较高。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种基于雾计算的智能数据采集终端系统，通过预留定制化开发端口解决现有数据采集设备不能再度开发的缺点，同时将雾计算理念融入嵌入式数据采集终端系统，对采集数据进行预处理和暂存，提升数据采集、传输、处理性能和安全性，并有效避免数据采集配套设备配置高的要求，大大降低数据定制化采集的成本。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供了一种基于雾计算的智能数据采集终端系统，包括数据采集服务器、ARM开发板以及数据采集配制主机，所述的ARM开发板通过Modbus RTU协议采集设备数据，将采集到的设备数据保存到本地文件并经过预处理后发送部分数据到所述的数据采集服务器，所述的数据采集配制主机上运行配置程序并通过网络发送配置信息到到所述的ARM开发板上，由所述的ARM开发板对运行设备的工作状态进行在线监控。
在本发明一个较佳实施例中，所述的ARM开发板采用基于ARM平台雾计算开发的嵌入式设备，内置μLinux操作系统， ARM为通用芯片架构的ARM处理器。
在本发明一个较佳实施例中，所述的数据采集服务器为普通的PC机及数据采集软件组成。
在本发明一个较佳实施例中，所述的ARM开发板与数据采集服务器之间通过TCP网络协议传输数据。
在本发明一个较佳实施例中，所述的ARM开发板与智能电表之间的通讯协议采用RS485串口协议。
在本发明一个较佳实施例中，所述的ARM开发板通过计量设备或传感器对运行设备的工作状态进行在线监控。
在本发明一个较佳实施例中，所述的智能数据采集终端系统中植入数据计算预处理。
本发明的有益效果是：本发明的一种基于雾计算的智能数据采集终端系统，通过预留定制化开发端口解决现有数据采集设备不能再度开发的缺点，同时将雾计算理念融入嵌入式数据采集终端系统，对采集数据进行预处理和暂存，提升数据采集、传输、处理性能和安全性，并有效避免数据采集配套设备配置高的要求，大大降低数据定制化采集的成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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它的附图，其中：
图1 是本发明一种基于雾计算的智能数据采集终端系统的一较佳实施例的结构框图；
图2是本发明实施例一楼宇自控-中央空调系统数据采集的结构框图；
图3是本发明实施例二智能电表数据采集的结构框图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明实施例包括：
一种基于雾计算的智能数据采集终端系统，包括数据采集服务器、ARM开发板以及数据采集配制主机，所述的ARM开发板通过Modbus RTU协议采集设备数据，将采集到的设备数据保存到本地文件并经过预处理后发送部分数据到所述的数据采集服务器，所述的数据采集配制主机上运行配置程序并通过网络发送配置信息到到所述的ARM开发板上，由所述的ARM开发板对运行设备的工作状态进行在线监控。
上述中，所述的ARM开发板采用基于ARM平台雾计算开发的嵌入式设备，内置μLinux操作系统，ARM为通用芯片架构的ARM处理器；所述的数据采集服务器为普通的PC机及数据采集软件组成。
本实施例中，所述的智能数据采集终端系统中植入数据计算预处理，降低了云数据中心服务器及程序对数据处理能力的要求。
硬件方面
嵌入式数据采集系统是由一台上位机以及若干台下位机组成的集散式系统。上位机(数据采集服务器)为普通的PC机及上位机数据采集软件组成，下位机为基于ARM平台雾计算开发的嵌入式设备，内置μLinux操作系统，上下位机间通过TCP网络协议传输数据。另外配置一台ARM开发板(下位机)的数据采集配制主机，数据采集配制主机采用普通微机即可，在该微机上运行配置程序，并可以将配置程序下载到开发板上。ARM开发板通过双绞线与智能电表连接，通讯协议采用RS485串口协议，通过计量设备或传感器对运行设备的工作状态进行在线监控，并返回控制机房的中心计算机。
软件方面
ARM开发板上安装有μLinux操作系统，ARM开发板上的数据采集程序实现的功能主要有三个：(1) 根据采集指令采集数据，并将数据保存到文件中；(2) 将采集到数据进行预处理后发送到数据采集服务器；(3) 监听网络，保存数据采集的配置信息；
数据采集配置软件运行在主机上实现功能如下：(1) 在主机上配置数据采集的参数信息，配置信息包括：通讯方式，波特率，采集命令；(2) 从主机通过网络发送配置信息到开发板。
基于雾计算的智能数据采集终端系统包括以下几个特点：
首先，基于雾计算理论把数据采集、处理和应用程序植入数据采集终端系统，将网络计算从网络中心扩展到网络边缘，利用设备终端对数据进行有效计算和存储，扩充数据中心云计算的网络计算运作模式，降低云数据中心服务器及程序对数据处理能力的要求，利用雾计算的智能数据采集终端提升数据采集效率；
其次，本终端系统采用嵌入式软件采集数据，具有采集速度快，可靠性高的优势，软件采集程序自主开发，可以灵活拓展数据采集的功能。例如在网络通讯中断的情况下，将采集的数据保存到CF卡等开发板的闪存设备上，待网络故障解除后将数据重新发回到数据采集服务器上；
第三，采用通用芯片架构的ARM处理器，具有体积小、功耗小、价格低的特点，通过ARM开发板自主定制开发软件代替现有的数据采集卡功能，实现对智能计量设备的数据采集，并高效地应用到企业的设备能耗监控和管理系统中，大大降低了工业信息化及其他数据采集的成本。
实施例1：楼宇自控-中央空调系统数据采集
中央空调系统计量监测设备包括DDC控制器和多种智能传感器，数据采集终端系统内嵌μLinux操作系统，通过计量监测设备的RS485串口，采用Modbus RTU协议发送命令并接收采集的数据，并凭借一台上位机以及若干台下位机组成的集散式系统和开发板内置的闪存设备实现数据的计算预处理和暂存功能；在通讯网络正常情况下，利用针对嵌入式智能设备监控软件开发的数据转发模块，通过TCP/IP网络协议将数据选择性地发送到数据云管理中心服务器，完整的数据采集过程如图2所示。
通过以上过程，完成中央空调系统的数据采集工作；且由于数据采集终端利用“雾计算”理论对采集数据进行了预处理，一定程度上降低了数据管理中心的计算任务。
实施例2：智能电表数据采集
智能电表数据采集过程与中央空调系统数据采集过程一致，主要区别在于计量监测设备的差异和数据计算过程上的差异。智能电表数据采集过程如图3所示。
本发明的基于雾计算的智能数据采集终端系统，相比于现有技术具有如下优点：
通用性：通过RS485串口，采用Modbus RTU通用协议发送命令并接收采集数据；
易操作：配置及调试过程简单，可基于历史配置文件实现快速配置，简化配置步骤；
高可靠：在网络通讯中断时，将采集数据保存到CF卡等闪存设备上，降低数据丢包的概率；
高效性：采用嵌入式程序实现采集数据，可灵活拓展数据采集的针对性功能；
智能化：植入灵活的数据计算和判断程序，依数据类型实时配置预处理方式，根据网络通断状态对采集的数据执行传输或存储动作的判断；
低成本，采用通用芯片架构的ARM处理器，大幅度降低数据采集成本。
综上所述，本发明的一种基于雾计算的智能数据采集终端系统，通过预留定制化开发端口解决现有数据采集设备不能再度开发的缺点，同时将雾计算理念融入嵌入式数据采集终端系统，对采集数据进行预处理和暂存，提升数据采集、传输、处理性能和安全性，并有效避免数据采集配套设备配置高的要求，大大降低数据定制化采集的成本。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (7)
1.一种基于雾计算的智能数据采集终端系统，其特征在于，包括数据采集服务器、ARM开发板以及数据采集配制主机，所述的ARM开发板通过Modbus RTU协议采集设备数据，将采集到的设备数据保存到本地文件并经过预处理后发送部分数据到所述的数据采集服务器，所述的数据采集配制主机上运行配置程序并通过网络发送配置信息到到所述的ARM开发板上，由所述的ARM开发板对运行设备的工作状态进行在线监控。
2.根据权利要求1所述的基于雾计算的智能数据采集终端系统，其特征在于，所述的ARM开发板采用基于ARM平台雾计算开发的嵌入式设备，内置μLinux操作系统， ARM为通用芯片架构的ARM处理器。
3.根据权利要求1所述的基于雾计算的智能数据采集终端系统，其特征在于，所述的数据采集服务器为普通的PC机及数据采集软件组成。
4.根据权利要求1所述的基于雾计算的智能数据采集终端系统，其特征在于，所述的ARM开发板与数据采集服务器之间通过TCP网络协议传输数据。
5.根据权利要求1所述的基于雾计算的智能数据采集终端系统，其特征在于，所述的ARM开发板与智能电表之间的通讯协议采用RS485串口协议。
6.根据权利要求1所述的基于雾计算的智能数据采集终端系统，其特征在于，所述的ARM开发板通过计量设备或传感器对运行设备的工作状态进行在线监控。
7.根据权利要求1所述的基于雾计算的智能数据采集终端系统，其特征在于，所述的智能数据采集终端系统中植入数据计算预处理。
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