CN107024886A - 基于物联网体系架构的智能控制*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及物联网应用与控制装置研究技术领域，尤其涉及基于物联网体系架构的智能控制***，包括主电源以及分别与所述主电源连接的主控制器、信息读取单元；所述主控制器包括信息处理器和通信单元，所述信息读取单元包括传感器接收网络、RFID读写***和音视频感知单元，所述RFID读写***包括RFID电子标签、阅读器和RFID数据处理器；所述信息处理器包括ARM处理器、信息编码建模单元及附属控制组件。本发明控制***能对物联网涉及到的信息业务进行统一的管理，提供信息采集及管理支撑的通用模块，并能通过主控制器和信息读取单元的多样化设计，可以通过进一步***配置和可扩展的设计实现控制***的可级联化，值得广泛推广与使用。
Description
技术领域
本发明涉及物联网应用与控制装置研究技术领域，尤其涉及基于物联网体系架构的智能控制***。
背景技术
2005年,国际电信联盟（ITU）正式提出了物联网一词，从功能角度，ITU认为“世界上所有的物体都可以通过因特网主动进行信息交换，实现任何时刻、任何地点、任何物体之间的互联无所不在的网络和无所不在的计算”；从技术角度，ITU认为“物联网涉及射频识别技术、传感器技术、纳米技术和智能技术等”。
可见，物联网集成了多种感知、通信与计算技术，不仅使人与人之间的交流变得更加便捷，而且使人与物、物与物之间的交流变成可能，最终将使人类社会、信息空间和物理世界（人-机-物）融为一体。所以，物联网是通信网和互联网的拓展应用和网络延伸，它利用感知技术与智能装置对物理世界进行感知识别，通过网络传输互联，进行计算、处理和知识挖掘，实现人与物、物与物信息交互和无缝链接，达到对物理世界实时控制、精确管理和科学决策目的。
物联网的体系架构主要由感知层设备、传输层设备、存储与应用服务器、物联网信息获取能力展示平台和配网自动化信息支持应用等部分组成，针对各个部分，当前已经出现了众多物联网数据管理方法。
专利号为201310136489.0 的发明涉及物联网数据管理信息技术领域，具体而言，涉及一种物联网平台数据管理方法。物联网平台数据管理方法，包括步骤：预先获取各实体被管理对象上传数据所采用的通信协议标准；接收各实体被管理对象上传的数据；根据各实体被管理对象上传数据所采用的通信协议标准，对所述上传的数据进行解析；将解析后的数据存储至应用数据库，建立各实体被管理对象的虚拟的管理单元，调用所述应用数据库中的数据，以所述管理单元为单位进行数据管理。发明所述的物联网平台数据管理方法，对不同被管理对象所上传的采用不同通信协议的数据，进行兼容处理，不会由于感知层和网络层的多样化而导致必须采用多套管理***，更加便捷。
专利号为201210156133.9 的发明公开了一种物联网管理***，包括：管理设备、物联端点设备和用户终端设备，所述管理设备包括通信分类机和通信调度机，所述通信分类机连接物联端点设备，所述物联端点设备连接通信调度机，所述通信调度机连接用户终端设备。通过上述方式，发明的物联网管理***采用PLC自动控制，无需人为操作，能够大大提高通讯速率和控制速率，降低了复杂度，降低了成本，可以更加清晰直观地观察物联管理过程。
专利号为201610653609.8 的发明公开了一种物联网管理平台，包括信息和物理两部分，其信息部分包括感知信息管理***和控制信息管理***，其物理部分包括运营商管理服务器及与服务器相连的各种设施，是信息结构中的感知信息管理***和控制信息管理***的载体；物联网管理平台通过对各种感知控制信息、公共服务信息、网络通信等进行数据采集，协议转换，数据存储处理，数据共享，业务流程梳理，实现各种专业***管理功能。发明从物理结构、信息结构上论述了物联网管理平台的具体实现方式，体现了物联网管理平台在整个物联网体系中的核心地位和作用，对于物联网标准制定、工作开展都具有极大的促进和指导意义。
然而，随着当前物联网技术的不断进步，其集先进的传感器、计算机与信息通信技术于一身，具有节点与节点之间自组成网，目标信息智能感知、智能处理信息和智能传输与发布信息的突出优点，所以，如果能够发明一种可以与物联网各体系结构进行无缝衔接的智能控制***，将大大增加物联网的实际应用性，便于技术人员充分发挥物联网技术信息获取的优势，为不同类别的网络数据建设提供支持。
发明内容
本发明目的在于提供基于物联网体系架构的智能控制***，根据物联网传感器组的成本和技术优势，结合现场***设备的实际应用，能通过较低的成本和便捷的安装，提高数据传输的灵活性，使控制***进一步智能化、现代化和高效化。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：基于物联网体系架构的智能控制***，包括主电源以及分别与所述主电源连接的主控制器、信息读取单元；所述主控制器包括信息处理器和通信单元，所述信息读取单元包括传感器接收网络、RFID读写***和音视频感知单元，所述RFID读写***包括RFID电子标签、阅读器和RFID数据处理器；所述信息处理器包括ARM处理器、信息编码建模单元及附属控制组件。
进一步地，所述主电源包括电池组及其连接的漏极开路器件，所述电池组包括浮充式蓄电池组。
进一步地，所述附属控制组件包括时钟电路、存储器和人机交互界面。
进一步地，所述通信单元包括远程传输模块和近程传输模块，所述近程传输模块包括JTAG接口和***总线，所述远程传输模块包括LTE通信组件和光纤通信单元。
进一步地，所述LTE通信组件包括TD-LTE通信芯片和LTE230通信芯片。
进一步地，所述信息处理器通过所述通信单元连接物联网***，所述物联网***通过所述远程传输模块连接移动运营商网络。
进一步地，所述***总线设置数据加密装置。
进一步地，所述信息读取单元连接物联网***中感知层设备连接，实时监测、感知和采集物联网中各种环境或监测对象的信息。
进一步地，所述RFID电子标签包括RF模块和EEPROM，所述阅读器与所述RFID电子标签通过所述RFID数据处理器连接，所述阅读器通过WLAN无线网络或串行数据接口连接所述信息处理器中的存储器。
进一步地，所述人机交互界面包括LED阵列和控制键盘。
本发明的有益效果在于：
1、本发明通过引入与物联网连接的信息处理器，一方面作为***进行数据采集和管理的核心，另一方面还提供各通信部分的接口以及操作接口，从而可以有效实现多样化信息处理功能。
2、本发明的通信单元包括远程及近程通信功能，可以根据实际环境和需求，自主实现远程及近程、上行及下行通信选择，具有很强的自适应功能。
3、本发明的信息读取单元包括各种传感器和RFID阅读器，它们可以通过嵌入式的模块集成，用于采集物联网中多应用场景的数据信息，并通过协议栈实现通信网络的自组织，满足***设备的通信需求。
综上所述，本发明控制***能对物联网涉及到的信息业务进行统一的管理，提供信息采集及管理支撑的通用模块，并能通过主控制器和信息读取单元的多样化设计，确定使用不同的功能程序和业务的扩充，匹配物联网技术中将传感器、计算机与信息通信技术集于一身的设计，具有数据自组成网、目标信息智能感知、智能处理信息和智能传输与发布信息的突出优点，最终可以通过进一步***配置和可扩展的设计实现控制***的可级联化，值得广泛推广与使用。
附图说明
图1是本发明***的结构示意图。
具体实施方式
实施例
下面结合具体实施例对物联网技术和本发明的结合及应用进行分析：
本发明的智能控制***旨在能充分发挥物联网技术信息获取的优势，通过先进的智能控制手段管理物联网技术高度复杂、网架结构多变的运行状态、环境状态信息，智能融合与处理这些繁杂的信息，根据历史数据、邻居数据和专家故障数据库提前预警设备故障，为运维管理人员提供高可信高效可用的信息支持，从而大幅度提升物联网的运维管理水平。
物联网技术的体系架构主要由感知层设备、传输层设备、存储与应用服务器、物联网信息获取能力展示平台和配网自动化信息支持应用等部分组成。
感知层设备主要包括现场各种无线传感器节点组成，这些传感器不依赖外部供电，仅从环境或自备一次长寿命电池完成长时间（5~10年）信息采集任务，完成物联网设备的工作温度、电压、电流、相角、谐波、设备倾斜角变化、振动等信息的采集，同时还采集分布式储能、发电，电动汽车等新的用电发电设备引入物联网之后所带来的量测信息。感知层设备采集的信息采用统一的格式化数据传输到汇聚节点，这些格式化信息由其所属单个传感器自有的传感器信息模型定义，应用根据每个传感器的信息模型对格式化数据进行解析，得到可用的现场实时信息。
传输层设备由汇聚节点（无线数据传输基站）和汇聚网关组成，汇聚节点负责各传感器节点的入网管理、网络维护、路由查找、传感器信息解密与再加密和格式化数据传输任务，汇聚网关负责各汇聚节点的接入、汇聚信息解密、非格式化数据传感器信息接入（多个性化定制协议栈）与格式化转换，并完成传感器信息模型到IEC61850信息模型的转换与重定义、重建模。汇聚网关将获得的传感器信息归一化为IEC61850信息模型将这些信息加密后发送到应用层存储服务器。
应用层设备主要包括存储服务器、应用服务器、传感器信息获取应用展示平台和一流配网自动化信息支持软件等组成。存储服务器解密接收到的汇聚网关的信息，应用IEC61850信息模型解析这些信息，并按IEC61850信息格式统一存储，分发给各应用，应用服务器运行传感器信息获取展示平台，为全域用户提供信息展示应用，一流配网自动化信息支持软件根据配网自动化应用定制其所需的信息内容，通过信息交换总线将其所定制信息按规定的格式发送到配网自动化平台，为配网自动化提供可信的信息支持。
如图1所示，本发明的基于物联网体系架构的智能控制***，包括主电源1以及分别与主电源1连接的主控制器、信息读取单元2；主控制器包括信息处理器3和通信单元4，信息读取单元2包括传感器接收网络5、RFID读写***6和音视频感知单元7，RFID读写***包括RFID电子标签、阅读器和RFID数据处理器；信息处理器3包括ARM处理器8、信息编码建模单元9及附属控制组件。
在实际应用中，主控制器中的信息处理器主要连接物联网***结构中应用层，即连接存储服务器、应用服务器、传感器信息获取应用展示平台等，主控制器中的通信单元主要连接物联网***中的传输层，从广义连接上讲，我们可以认为信息处理器通过通信单元连接物联网***，同时在实际中，物联网***还往往通过远程传输模块连接移动运营商网络；感知层设备主要包括现场各种无线传感器节点组成，本发明中的信息读取单元连接物联网***中感知层设备连接，实时监测、感知和采集物联网中各种环境或监测对象的信息。
本发明***中的主电源1包括电池组13及其连接的漏极开路器件14，电池组包括浮充式蓄电池组。浮充式蓄电池组运用了BMS***，可以保障所连接设备更长时间的运行；BMS是现在广泛应用于供电领域的电池管理***，它是电池与用户之间的纽带，主要对象是针对性解决二次电池的一些缺点，如存储能量少、寿命短、串并联使用问题、使用安全性、电池电量估算困难等。
附属控制组件包括时钟电路10、存储器11和人机交互界面12；人机交互界面包括LED阵列和控制键盘。
通信单元4包括远程传输模块15和近程传输模块16，近程传输模块16包括JTAG接口和***总线，远程传输模块15包括LTE通信组件和光纤通信单元；LTE通信组件包括TD-LTE通信芯片和LTE230通信芯片；***总线设置数据加密装置，一方面，在安全接入和安全传输方面，采用移动终端和无线接入网建立加密网关，从而终端和主站***侧都能安全、可靠的收发数据，另一方面，在本地数据链路层上，通过使用设备地址、认证私钥、加密私钥和随机码等多个参数保证通信安全，为调试、维护以及操作提供方便、安全等有利保证。
***的传感器通信装置包括近距离通信装置和广域网络通信装置。在近距离通信方面，以IEEE802.15.4为代表的近距离通信技术是目前的主流技术，802.15.4规范是IEEE制定的用于低速近距离通信的物理层和媒体介入控制层规范，工作在ISM频段，免许可证的2.4GHz ISM频段全世界都可通用。在广域网路通信方面，IP互联网、2G/3G移动通信、卫星通信技术等实现了信息的远程传输，特别是以IPv6为核心的下一代互联网的发展，将为每个传感器分配IP地址创造可能，也为传感网的发展创造了良好的基础网条件。传感网络相关通信技术，常见的有蓝牙、IrDA、Wi-Fi、ZigBee、RFID、UWB、NFC、WirelessHart等。
本发明的核心功能主要体现在与物联网技术结合的传感器技术和RFID射频识别技术上:
一方面，***通过采集各传感器之间的数据并进行相互协作构成了传感器接收网络，实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息，通过嵌入式***对信息进行处理，并通过随机自组织无线通信网络以多跳中继方式将所感知信息传送到信息处理器。
另一方面，***的RFID***由RFID电子标签、阅读器和RFID数据处理器组成。RFID电子标签包括RF模块和EEPROM，阅读器与RFID电子标签通过RFID数据处理器连接，阅读器通过WLAN无线网络或串行数据接口连接信息处理器中的存储器。当带有电子标签的量测设备通过特定的信息阅读器时，标签被阅读器激活并通过无线电波将标签中携带的信息传送到阅读器以及RFID数据处理器，完成量测设备信息的自动采集工作。而RFID数据处理器则根据需求承担相应的信息控制和处理工作。
***RFID***的基本工作流程为：①阅读器通过发射设备发送一定频率的射频信号，当射频标签进入发射设备工作区域时产生感应电流射频标签获得能量被激活，将自身编码等信息通过卡内置发送设备发送出去。
②***接收设备接收到从射频标签发送来的载波信号，经调节器传送到阅读器，阅读器对接收的信号进行解调和解码然后送到后台主***进行相关处理。
③主***根据逻辑运算判断该卡的合法性，针对不同的设定做出相应的处理和控制，发出指令信号控制执行机构动作。读写距离是衡量射频识别***的性能的重要参数，影响射频卡读写距离的因素包括信号接收、发送设备工作频率、阅读器的输出功率、阅读器的接收灵敏度、射频卡的功耗以及射频卡本身获得的能量及发送信息的能量等，大多数***的读取距离与写入距离不同，写入距离约是读取距离的40% -80%。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本领域的一般技术人员将认识到，使用本发明的方案还可以实现许多可选的实施例。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.基于物联网体系架构的智能控制***，其特征在于：包括主电源以及分别与所述主电源连接的主控制器、信息读取单元；所述主控制器包括信息处理器和通信单元，所述信息读取单元包括传感器接收网络、RFID读写***和音视频感知单元，所述RFID读写***包括RFID电子标签、阅读器和RFID数据处理器；所述信息处理器包括ARM处理器、信息编码建模单元及附属控制组件。
2.如权利要求1所述的基于物联网体系架构的智能控制***，其特征在于：所述主电源包括电池组及其连接的漏极开路器件，所述电池组包括浮充式蓄电池组。
3.如权利要求1所述的基于物联网体系架构的智能控制***，其特征在于：所述附属控制组件包括时钟电路、存储器和人机交互界面。
4.如权利要求1所述的基于物联网体系架构的智能控制***，其特征在于：所述通信单元包括远程传输模块和近程传输模块，所述近程传输模块包括JTAG接口和***总线，所述远程传输模块包括LTE通信组件和光纤通信单元。
5.如权利要求4所述的基于物联网体系架构的智能控制***，其特征在于：所述LTE通信组件包括TD-LTE通信芯片和LTE230通信芯片。
6.如权利要求1所述的基于物联网体系架构的智能控制***，其特征在于：所述信息处理器通过所述通信单元连接物联网***，所述物联网***通过所述远程传输模块连接移动运营商网络。
7.如权利要求4所述的基于物联网体系架构的智能控制***，其特征在于：所述***总线设置数据加密装置。
8.如权利要求1所述的基于物联网体系架构的智能控制***，其特征在于：所述信息读取单元连接物联网***中感知层设备连接，实时监测、感知和采集物联网中各种环境或监测对象的信息。
9.如权利要求1所述的基于物联网体系架构的智能控制***，其特征在于：所述RFID电子标签包括RF模块和EEPROM，所述阅读器与所述RFID电子标签通过所述RFID数据处理器连接，所述阅读器通过WLAN无线网络或串行数据接口连接所述信息处理器中的存储器。
10.如权利要求3所述的基于物联网体系架构的智能控制***，其特征在于：所述人机交互界面包括LED阵列和控制键盘。
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| CN110784537A (zh) * | 2019-10-28 | 2020-02-11 | 国网上海市电力公司 | 一种用于电力物联网感知层设备的实时物联感知方法 |
| CN113705756A (zh) * | 2021-08-24 | 2021-11-26 | 电子科技大学 | 一种rfid芯片 |
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