CN109450783A - 一种面向分布式测控***的物联网通用网关 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种物联网通用网关。所述网关包括：接口模块、控制器模块、存储模块和供电模块。其中，控制器模块通过接口模块与外界进行信息交流，并向存储模块发送控制指令；存储模块根据控制器模块的控制指令存储数据；供电模块用于为所述网关各模块供电。所述控制器模块中设有数据采集器、数据控制器和数据发布器，分别实现数据采集、数据控制和数据发布功能。所述网关支持单设备运行和多设备协同运行两种模式，满足小规模SCADA***的应用需求，也可构件大规模高可用的分布式SCADA***，适用范围广，支持用户通过客户端进行访问，提高监控效率。

Description

一种面向分布式测控***的物联网通用网关
技术领域
本发明涉及通信领域，尤其涉及一种面向分布式测控***的物联网通用网关。
背景技术
SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition，***控制与数据采集)***是以计算机为基础的自动化监控***，被广泛应用于家居、电力、化工铁路等领域的数据采集与监控。
然而，不同用户在面临综合监控等业务需求时，选择传统的SCADA产品存在以下问题：（1）与企业MIS（Management Information System，管理信息***）***的结合性能差，或者二次开发成本高；（2）***对软硬件资源要求过高，通常需要高性能的商用计算机或者专门的工控机，集成成本昂贵；（3）部分小规模的监控，从技术经济性角度考虑，不适用选用商用高性能SCADA软件，自行开发又存在很大困难；（4）传统SCADA很少同时支持桌面端、手机端和浏览器方式，与新时代的物联网大规模发展的要求不匹配。
由此可见，现有的SCADA***普遍存在成本高昂、规模过于庞大的缺点，无法广泛应用于智能家居、智慧农业、工业控制等领域，急需一种改进方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种面向分布式测控***的物联网通用网关，以解决上述技术问题。
本发明实施例提供了一种面向分布式测控***的物联网通用网关，所述网关包括：
接口模块，所述接口模块设有用于与外界通信的接口；
控制器模块，所述控制器模块与所述接口模块电连接，所述控制器模块用于通过所述接口与外界进行信息交流，并向存储模块发送控制指令；
存储模块，所述存储模块与所述控制器模块电连接，所述存储模块用于根据所述控制器模块的控制指令存储数据；
供电模块，用于为所述网关供电；
其中，所述控制器模块中设有数据采集器、数据控制器和数据发布器，所述数据采集器、数据控制器和所述数据发布器分别实现数据采集、数据控制和数据发布功能。
通过控制器模块对数据采集器、数据控制器和所述数据发布器的工作使能状态组合，所述网关实现两种工作模式：单设备运行模式和多设备协同运行模式。所述两种工作模式分布用于构建不同规模的SCADA***。
本发明实施例通过提供一种面向分布式测控***的物联网通用网关，通过控制器控制网关的工作模式，单个网关即可构件完整的小容量测控***，满足小规模SCADA***的应用需求，多个网关协同运行，也可构件大规模高可用的分布式SCADA***，支撑用户通过客户端进行访问，提高监控效率。
附图说明
图1 示出了适于本发明实施例的一种面向分布式测控***的物联网通用网关的结构示意图；
图2 示出了适于本发明实施例的一种面向分布式测控***的物联网通用网关的单设备运行图；
图3示出了适于本发明实施例的一种面向分布式测控***的物联网通用网关协同运行图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1示出适于本发明实施例的一种面向分布式测控***的物联网通用网关的结构示意图，详述如下：
在本发明实施例中，一种面向分布式测控***的物联网通用网关包括接口模块1，接口模块1设有用于与外界通信的各种接口；控制器模块2，控制器模块2与接口模块1电性连接；存储模块3，存储模块3与控制器模块2电信连接，用于存储数据；以及供电模块4，用于为整个网关供电；其中，控制器模块2内设有数据发布器9、数据控制器10，以及数据采集器11，数据发布器9与数据采集器11都与数据控制器10电性连接。
作为本发明一种实施例，所述接口模块1设有以太网通信接口5和模拟输入接口6，其中模拟输入接口5通过阻容滤波器、稳压电路和运算放大器接入到AD转换芯片中，将模拟输入信号转化为数字信号供所述网关使用，模拟输入接口共设有两路通道，用于数据传输，其中阻容滤波电路和稳压电路都是本领域较为常用的电路结构，本发明不再阐述。具体的，AD转换芯片可以采用AD7663型芯片，以太网通信接口可以采用100M/s速率的RJ45机械接口，以达到合理的技术经济指标。本发明实施例通过设置模拟输入接口，将采集到的模拟信号转换为数字信号，提高数字的传输、使用效率。接口模块1中所有的接口都设置在PCB板上，并通过工业航空插头连接器与外界连接。
作为本发明一种实施例，接口模块1还设有光电隔离接口，包括光电隔离RS485接口7和光电隔离DI/DO接口8。所述光电隔离接口采用防雷、稳压、隔离电源和光耦方式实现电气保护和隔离。其中RS485接口7光耦为高速光耦，1路；DI/DO接口8光耦为低速光耦，共4路，以达到合理的技术经济指标，光电隔离接口通过接收RS485传感器13和开关传感器14的采集信息，对网关进行保护。
作为本发明一种实施例，控制器模块2集成在一块PCB（Printed circuit board，印刷电路板）板上，采用ARM（Advanced RISC Machines，微处理器）32位微型处理器，通过运行控制程序控制数据发布器9、数据控制器10和数据采集器11的运行状态。其中，数据采集器支持Modbus、OPC（OLE for Process Control，用于过程控制的对象连接与嵌入）工业现场通讯协议。数据发布器用于向终端用户提供信息的发布和订阅服务。
在本发明实施例中，存储模块3用于根据控制模块的命令存储数据，可以采用固态硬盘、移动硬盘等大内存的存储结构，保证网关的顺利运行。
在本发明实施例中，供电模块4可以外接5~30V的宽范围直流电源，为整个网关供电，也可以通过内置充电电池供电。所述供电模块设有稳压电路和自恢复限流保险丝，网关输入电压和电流的稳定性，确保网关安全工作。
在本发明实施例中，所述网关通过改变所述数据采集器、数据控制器和数据发布器的工作状态能够实现两种工作模式：单设备运行模式和多设备协同运行模式。单设备运行模式下，单个网关即可构建完整的小容量测控***，满足小规模SCADA***的应用需求；多设备协同运行模式下，可构件大规模高可用的分布式SCADA***。所述网关支持用户通过客户端进行访问，提高监控效率。
作为本发明一种实施例，通过在控制器模块2中设计嵌入式应用软件，控制数据发布器9、数据控制器10和数据采集器11的工作状态，实现网关在不同的工作模式下运行。具体的，当网关处于单设备运行模式时，数据发布器9、数据控制器10和数据采集器11同时工作，并与现场设备和用户进行双向数据交流，发挥网关的全部功能，构成小规模的采集与监视控制***；当网关处于多设备协同运行模式时，网关的部分功能关闭，将所述资源集中在少部分功能上，实现分布式采集与监视控制***。具体的，在多设备协同运行模式下，网关可以运行单功能运行模式，只运行数据采集器、数据发布器、以及数据控制器中的一种功能；还可以是双功能运行模式，运行数据采集器、数据发布器、以及数据控制器中任意两者功能，以及全功能运行模式。
图2 示出了适于本发明实施例的一种物联网通用网关的单设备运行图，详述如下：
在本发明实施例中，当所述网关处于单设备运行模式时，所述数据发布器9、数据控制器10和数据采集器11同时工作。
作为本发明一种实施例，当网关工作在单设备运行模式时，控制器模块2通过嵌入式应用软件控制数据发布器9、数据控制器10和数据采集器11共同工作，并与现场设备和用户进行双向数据交流，基于内部的TCP/IP通信，实现数据的采集、控制和发布功能，构建完整的小规模采集与监控***，满足家庭、单个车间的监控。其中设备16中都是现场传感器，一个网关可以支持2路模拟量传感器、8路开关量传感器、255个基于总线的RS485传感器上传数据，用户15代表用户终端，可以是手机、平板、电脑等智能设备，通过接收数据发布器的信号访问***，及时了解***状态。
本发明实施例通过控制网关所有功能部件的运作，通过数据采集器接收传感器的数据，数据控制器控制数据、数据发布器发布数据，构建小规模的监控***，满足小空间的监控需求，成本低，实用性高。
图3示出了适于本发明实施例的一种物联网通用网关的多设备协同运行图，详述如下：
在本发明实施例中，当所述网关处于多设备协同运行模式时，所述控制器模块控制所述数据发布器、所述数据控制器和所述数据采集器中的一个和/或多个运行。
作为本发明一种实施例，网关在多设备协同运行的模式下，可以通过控制器模块2控制数据发布器9、数据控制器10和数据采集器11的使能状态，使得网关发挥不同的功能。
具体地，当只控制运行数据发布器9时，网关发挥数据发布的功能；当只控制运行数据控制器10时，网关发挥数据控制存储功能，向其它外部网关提供数据接收和发送服务；当只控制运行数据采集器11时，网关发挥数据采集功能。
进一步地，如图3所示，多个网关只控制数据采集器11工作，用于采集和接收现场传感器的信号数据；多个网关只控制数据发布器9工作，用于向终端用户发布数据；两个网关只控制数据控制器10工作，通过心跳、双链路等技术实现高可用；单个数据采集器11可以双链路的形式接入到两个网关的数据控制器上。数据发布器9和数据采集器11都接入数据控制器10中，通过网络访问数据控制器，根据访问权限，配置不同的数据控制器，以保证数据的保密性和负载的平衡性。数据控制器器将数据通过数据发布器以不同形式发送至用户端，包括表格、图形、趋势曲线等。
本发明实施例通过控制网关的数据接收采集、控制和发布功能，让网关在监控***中发挥不同的功能，以构建大规模的SCADA***，成本低，且能够随意更改规模大小，适于范围广。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (8)

1.一种物联网通用网关，其特征在于，包括：
接口模块，所述接口模块设有用于与外界通信的接口；
控制器模块，所述控制器模块与所述接口模块电连接，所述控制器模块用于通过所述接口与外界进行信息交流，并向存储模块发送控制指令；
存储模块，所述存储模块与所述控制器模块电连接，所述存储模块用于根据所述控制器模块的控制指令存储数据；
供电模块，用于为所述网关供电；
其中，所述控制器模块中设有数据采集器、数据控制器和数据发布器，所述数据采集器、数据控制器和数据发布器分别实现数据采集、数据控制和数据发布功能。
2.根据权利要求1所述的一种物联网通用网关，其特征在于，所述网关在所述控制器模块的控制下能够实现两种工作模式：单设备运行模式或多设备协同运行模式。
3.根据权利要求2所述的一种物联网通用网关，其特征在于，当所述网关处于单设备远程模式时，所述控制器模块控制所述数据采集器、所述数据控制器和所述数据发布器同时工作。
4.根据权利要求2所述的一种物联网通用网关，其特征在于，当所述网关处于多设备协同运行模式时，所述控制器模块控制所述数据采集器、所述数据控制器和所述数据发布器中的一个和/或多个运行。
5.根据权利要求1所述的一种物联网通用网关，其特征在于，所述供电模块设有稳压电路和自恢复限流保险丝。
6.根据权利要求1所述的一种物联网通用网关，其特征在于，所述接口模块设有光电隔离接口。
7.根据权利要求2所述的一种物联网通用网关，其特征在于，当所述网关处于多设备协同运行模式时，可以通过心跳热备和双链路技术，灵活连接到备用所述网关链路上。
8.根据权利要求1所述的一种物联网通用网关，其特征在于，所述***可以通过用户终端访问。
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