CN110677841A - 一种基于蓝牙拓扑网络的实验室数据管理方法及装置 - Google Patents

一种基于蓝牙拓扑网络的实验室数据管理方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于蓝牙拓扑网络的实验室数据管理方法及装置，该方法包括：S1：构建由依次连接的网络节点、网关和数据管理服务器构成的蓝牙拓扑网络，每个实验室设备分配一个网络节点；S2：每个网络节点将设备数据通过蓝牙广播给网关，所述网关将设备数据传输给数据管理服务器，通过数据管理服务器查看所有实验室设备的设备数据；每个网络节点设置有主控制器、蓝牙和本地数据库，每个网络节点通过蓝牙与其它网络节点或网关连接。与现有技术相比，本发明具有网络分布范围广、传输速度快和结构简单等优点。

Description

一种基于蓝牙拓扑网络的实验室数据管理方法及装置
技术领域
本发明涉及一种短距离无线通信技术，尤其是涉及一种基于蓝牙拓扑网络的实验室数据管理方法及装置。
背景技术
随着信息化水平的不断提高，工业物联网得到了快速的发展，越来越多的传统企业利用物联网技术来提高其生产效率、改善产品质量，从而提高企业的核心竞争力。传统的物联网数据传输大多基于有线传输，如RS232、RS485和以太网，但是有线传输的应用场景有限，部署难度大，相反无线传输易于安装、成本较低以及功耗较低的特点使得其逐渐取代了传统的有线传输方式。
现在的实验室尤其是化工实验室主要存在的问题如下：大部分实验期间产生的数据是手动记录的，工作量大，出错率高；大部分数字设备检测的数据只能在本地端显示，或者在试验结束后用U盘等设备拷贝出来，不能实现数据的实时监控，同时数据保存时间有限，不利于追溯历史数据；很多实验室设备需要专门配备一台电脑以查看实时试验数据，成本高，同时无法融合多种设备数据的综合管理，数据分析单一。
针对上述问题，现有技术也给出了一些解决方案。中国专利CN105357626A提出了一种基于蓝牙技术的实验设备智能管理***及实现方法，该***由蓝牙模块、移动终端、智能网关和中央服务器组成，中央服务器负责智能网关的管理，服务器与移动终端之间建立连接，每个实验室中心都装有蓝牙主模块，每个实验设备上都装有蓝牙从模块，主模块定时扫描从模块，网关将主模块采集到的设备信息发送到服务器，通过与服务器连接的终端查看设备信息。
该专利通过蓝牙模块传输实验设备的信息，蓝牙模块连接和传输速度快，节约人力资源，突破时空限制，用户随时随地能获得实验设备实时信息，同时可实现实验设备的移动、增加和删除。
但该专利存在以下不足：
该专利提出的***中，每个实验室均设置一个蓝牙主模块，每个实验室设备配备一个蓝牙从模块，所述蓝牙主模块直接与网关进行连接，由于蓝牙的传输距离有限，需要同时配备多个网关才能保证连接到每个蓝牙主模块，同时每个蓝牙从模块还要分别与蓝牙主模块连接，该***的数据传输通道和节点太多，因此该***布置成本高，数据连接和传输速率相对较慢，***检修成本高。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于蓝牙拓扑网络的实验室数据管理方法及装置，通过构建蓝牙拓扑网络，该网络采用多点对多点主控结构，简化了实验室设备数据管理网络的结构，具有传输范围广、传输效率高、成本低等优点。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于蓝牙拓扑网络的实验室数据管理方法，包括：
S1：构建由依次连接的网络节点、网关和数据管理服务器构成的蓝牙拓扑网络，所述蓝牙拓扑网络中每个实验室设备分配一个网络节点，该网络节点包括主控制器、蓝牙和本地数据库，每个网络节点至少与一个另外的网络节点蓝牙连接，每个网关至少与一个网络节点蓝牙连接；
所述主控制器工作模式包括广播模式和中继模式；
处于广播模式的主控制器控制蓝牙向外播放对应实验室设备的本地设备数据，所述本地设备数据存储于本地数据库，处于中继模式的主控制器控制蓝牙转播该网络节点蓝牙接收的外地设备数据；
S2：每个网络节点将设备数据通过蓝牙进行广播，最终所有试验设备的设备数据传输至网关，所述网关接收到的设备数据进行去冗余处理后传输给数据管理服务器，通过与数据管理服务器连接的终端查看所有实验室设备的设备数据；
进一步地，所述网络节点通过修改标准蓝牙协议栈周期性地选择工作模式，具体为过程为：
S201：所述网络节点检测本地数据库中是否存在未播放的本地设备数据，若是，则该网络节点进入广播模式，否则该网络节点进入中继模式；
S202：所述网络节点进入任意一种工作模式到设定周期时长后，重复步骤S201。
进一步地，所述主控制器或网关接收到外地设备数据时会同时播放接收确认指令，每个网络节点重复广播对应的本地设备数据或外地设备数据直至接收到对应的接收确认指令；
若网络节点接收到之前该网络节点广播出去的本地设备数据或外地设备数据，则不予广播，也不播放接收确认指令。
进一步地，所述网络节点中包含若干个中继节点，所述中继节点为主控制器一直处于中继模式的网络节点，避免主控制器处于广播模式的网络节点过多而导致设备数据传输阻塞，加快传输速率；
所述蓝牙拓扑网络中，每个网络节点至少与一个中继节点蓝牙连接，每个中继节点至少另外与一个中继节点蓝牙连接，每个网关至少与一个中继节点蓝牙连接，保证蓝牙拓扑网络的设备数据传输路径畅通。
一种基于蓝牙拓扑网络的实验室数据管理装置，包括依次连接的网络节点模块、网关和数据管理服务器，所述网络节点模块在每个实验室设备上对应设置一个网络节点，所述网络节点包括主控制器、蓝牙和本地数据库，每个实验室设备的设备数据由主控制器采集并由蓝牙传送至网关，所述网关对所有设备数据进行去冗余处理并将该数据传送至数据管理服务器接；
每个网络节点的蓝牙与其它网络节点或网关连接；
所述主控制器的工作模式包括广播模式和中继模式：
处于广播模式的主控制器控制蓝牙向外播放对应实验室设备的本地设备数据；
处于中继模式的主控制器控制蓝牙转播该蓝牙接收的外地设备数据；
所述本地设备数据存储于本地数据库。
进一步地，所述网络节点周期性地选择工作模式，具体为过程为：
S701：所述主控制器检测本地数据库中是否存在未播放的本地设备数据，若是，则该主控制器进入广播模式，否则该主控制器进入中继模式；
S702：所述主控制器进入任意一种工作模式到设定周期时长后，重复步骤S701。
进一步地，所述网络节点或网关的蓝牙接收到外地设备数据时会同时播放接收确认指令，所述网络节点重复广播对应的本地设备数据或外地设备数据直至接收到对应的接收确认指令；
若网络节点接收到之前该网络节点广播出去的本地设备数据或外地设备数据，则不予广播，也不播放接收确认指令。
进一步地，所述网络节点包括若干个中继节点，所述中继节点是主控制器一直处于中继模式的网络节点。
进一步地，所述主控制器采用工业物联网接口与实验室设备连接，所述工业物联网接口包括RS232和RS485。
与现有技术相比，本发明具有以如下有益效果：
(1)本发明构建了由依次连接的网络节点、网关和数据管理服务器构成的蓝牙拓扑网络，每个实验室设备分配一个网络节点，每个网络节点上配有蓝牙，每个网络节点通过蓝牙与其它网络节点或网关连接，采用多点对多点的传输结构，相比于一点对多点的主控结构，克服了蓝牙传输距离有限的限制，增大了蓝牙拓扑网络的传输范围，简化了蓝牙拓扑网络的网络结构，提高了数据传输的速率；
(2)本发明在网络节点上设置有主控制器和本地数据库，主控制器通过修改网络节点中蓝牙的标准蓝牙协议栈切换工作模式，该工作模式包括广播模式和中继模式，处于广播模式的网络节点广播本地数据库中新的本地设备数据，处于中继模式的网络节点即中继节点，仅转播其它网络节点广播的设备数据，从而保证了传输通道的通畅，网络节点根据本地数据库是否有新的本地设备数据灵活切换工作模式，及时上传本地数据库的设备数据以及其他网络节点的设备数据，提高了蓝牙拓扑网络的传输效率和时效性；
(3)本发明可自由地设置中继节点和网关的数量和位置，使得蓝牙拓扑网络不存在信息孤岛，蓝牙拓扑网络的布置难度低，减少了网关数量和设备数据的传输通道，从而减少了蓝牙拓扑网络的布置成本，网络检修成本降低。
附图说明
图1为本发明的方法流程图；
图2为主控制器工作模式示意图；
图3为本发明***结构示意图；
图4为本发明网络节点结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例一
一种基于蓝牙拓扑网络的实验室数据管理方法，如图1，应用于实验室尤其是化学实验室，包括：
S1：构建由依次连接的网络节点、网关和数据管理服务器构成的蓝牙拓扑网络，蓝牙拓扑网络中每个实验室设备分配一个网络节点，该网络节点包括主控制器、蓝牙和本地数据库，每个网络节点至少与一个另外的网络节点蓝牙连接，每个网关至少与一个网络节点蓝牙连接；
如图2，主控制器工作模式包括广播模式和中继模式；
处于广播模式的主控制器控制蓝牙向外播放对应实验室设备的本地设备数据，本地设备数据存储于本地数据库，处于中继模式的主控制器控制蓝牙转播该网络节点蓝牙接收的外地设备数据；
蓝牙拓扑网络中，每个网络节点至少与一个中继节点蓝牙连接，每个中继节点至少另外与一个中继节点蓝牙连接，每个网关至少与一个中继节点蓝牙连接，保证蓝牙拓扑网络的设备数据传输路径畅通；
S2：每个网络节点将设备数据通过蓝牙进行广播，最终所有试验设备的设备数据传输至网关，网关接收到的设备数据进行去冗余处理后传输给数据管理服务器，通过与数据管理服务器连接的终端查看所有实验室设备的设备数据；
网络节点通过修改标准蓝牙协议栈周期性地选择工作模式，具体为过程为：
S201：网络节点检测本地数据库中是否存在未播放的本地设备数据，若是，则该网络节点进入广播模式，否则该网络节点进入中继模式；
S202：网络节点进入任意一种工作模式到设定周期时长后，重复步骤S201。
主控制器或网关接收到外地设备数据时会同时播放接收确认指令，每个网络节点重复广播对应的本地设备数据或外地设备数据直至接收到对应的接收确认指令；
若网络节点接收到之前该网络节点广播出去的本地设备数据或外地设备数据，则不予广播，也不播放接收确认指令。
网络节点中包含若干个中继节点，中继节点为主控制器一直处于中继模式的网络节点，避免主控制器处于广播模式的网络节点过多而导致设备数据传输阻塞，加快传输速率；
实施例二
与实施例一对应的一种基于蓝牙拓扑网络的实验室数据管理装置，如图3，包括依次连接的网络节点模块、网关和数据管理服务器，网络节点A、B、C和D的蓝牙与其它网络节点或网关连接，网关对所有设备数据进行去冗余处理并将该数据传送至数据管理服务器接，保证同一设备数据的唯一性，监控终端通过数据管理服务器远程监控实验室设备数据。
本实施例监控的实验设备为化工实验室的天平与无纸记录仪，
本实施例使用5V/1A电源适配器给网关供电，在合适位置布置网关。
如图4，网络节点包括主控制器、蓝牙和本地数据库，主控制器包括ARM和Flash。
网络节点模块在每个实验室设备上对应设置一个网络节点，实验室设备包括接口接收天平和无纸记录仪，主控制器的Flash通过工业物联网接口接受每个实验室设备的本地设备数据并进行预处理，如有效数据的提取、编码数据的换算和数据的压缩等处理，然后将预处理后的本地设备数据存储在本地数据库中，工业物联网接口包括RS232和RS485，对于***接口有限的实验设备可以共用一个数据输出口。
天平在测量完成后主动上报数据，主控制器收到数据后将重量数据取出，然后在本地端进行存储，而无纸记录仪的数据，需要主控制器不断地查询获得，故需要设置主控制器的查询周期。
主控制器的工作模式包括广播模式和中继模式，其通过ARM修改标准蓝牙协议栈实现。
处于广播模式的主控制器控制蓝牙向外播放对应实验室设备的本地设备数据，处于中继模式的主控制器控制蓝牙转播该蓝牙接收的外地设备数据；
网络节点周期性地选择工作模式，具体为过程为：
S701：主控制器检测本地数据库中是否存在未播放的本地设备数据，若是，则该主控制器进入广播模式，否则该主控制器进入中继模式；
S702：主控制器进入任意一种工作模式到设定周期时长后，重复步骤S701。
网络节点或网关的蓝牙接收到外地设备数据时会同时播放接收确认指令，网络节点重复广播对应的本地设备数据或外地设备数据直至接收到对应的接收确认指令；
若网络节点接收到之前该网络节点广播出去的本地设备数据或外地设备数据，则不予广播，也不播放接收确认指令。
其中网络节点D为中继节点，中继节点是主控制器一直处于中继模式的网络节点，当网络节点B和C的控制器都处于广播模式时，网络节点D可以接受网络节点A广播的设备数据，避免了数据传输堵塞而变慢。
实施例一和实施例二提出了一种基于蓝牙拓扑网络的实验室数据管理方法及装置，该方法构建了由依次连接的网络节点、网关和数据管理服务器构成的蓝牙拓扑网络，采用多点对多点的传输结构，增大了蓝牙拓扑网络的传输范围，网络节点根据本地数据库是否有新的本地设备数据灵活切换工作模式，该工作模式包括广播模式和中继模式，处于广播模式的网络节点广播本地数据库中新的本地设备数据，处于中继模式的网络节点即中继节点，仅转播其它网络节点广播的设备数据，同时可自由地设置中继节点和网关的数量和位置，扩大了蓝牙拓扑网络的传输范围，提高了传输效率，降低了布置与检修的成本和难度。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于蓝牙拓扑网络的实验室数据管理方法，包括：
S1：构建由依次连接的网络节点、网关和数据管理服务器构成的蓝牙拓扑网络，每个实验室设备分配一个网络节点；
S2：每个网络节点将设备数据通过蓝牙广播给网关，所述网关将设备数据传输给数据管理服务器，通过数据管理服务器查看所有实验室设备的设备数据；
其特征在于，所述蓝牙拓扑网络中，每个网络节点设置有主控制器、蓝牙和本地数据库，每个网络节点通过蓝牙与其它网络节点或网关连接；
所述主控制器的工作模式包括广播模式和中继模式：
处于广播模式的主控制器控制蓝牙向外播放对应实验室设备的本地设备数据；
处于中继模式的主控制器控制蓝牙转播该蓝牙接收的外地设备数据；
所述本地设备数据存储于本地数据库。
2.根据权利要求1所述的一种基于蓝牙拓扑网络的实验室数据管理方法，其特征在于，所述主控制器周期性地选择工作模式，具体为过程为：
S201：所述主控制器检测本地数据库中是否存在未播放的本地设备数据，若是，则该主控制器进入广播模式，否则该网络节点进入中继模式；
S202：所述主控制器进入任意一种工作模式到设定周期时长后，重复步骤S201。
3.根据权利要求2所述的一种基于蓝牙拓扑网络的实验室数据管理方法，其特征在于，每个网络节点或网关的蓝牙接收到外地设备数据时会同时播放接收确认指令，每个网络节点的蓝牙重复广播对应的本地设备数据或外地设备数据直至接收到对应的接收确认指令；
若网络节点接收到之前该网络节点广播出去的本地设备数据或外地设备数据，则不予广播，也不播放接收确认指令。
4.根据权利要求1所述的一种基于蓝牙拓扑网络的实验室数据管理方法，其特征在于，所述网络节点中包含若干个中继节点，所述中继节点为主控制器一直处于中继模式的网络节点。
5.根据权利要求1所述的一种基于蓝牙拓扑网络的实验室数据管理方法，其特征在于，所述网关对所接收到的设备数据进行去冗余处理。
6.一种基于蓝牙拓扑网络的实验室数据管理装置，包括依次连接的网络节点模块、网关和数据管理服务器，所述网络节点模块在每个实验室设备上对应设置一个网络节点，所述网络节点包括主控制器和蓝牙，每个实验室设备的设备数据由主控制器采集并由蓝牙传送至网关，网关将所有设备数据传送至数据管理服务器，其特征在于，所述网络节点还包括本地数据库，每个网络节点通过蓝牙与其它网络节点或网关连接；
所述主控制器的工作模式包括广播模式和中继模式：
处于广播模式的主控制器控制蓝牙向外播放对应实验室设备的本地设备数据；
处于中继模式的主控制器控制蓝牙转播该蓝牙接收的外地设备数据；
所述本地设备数据存储于本地数据库。
7.根据权利要求6所述的一种基于蓝牙拓扑网络的实验室数据管理装置，其特征在于，所述网络节点周期性地选择工作模式，具体为过程为：
S701：所述主控制器检测本地数据库中是否存在未播放的本地设备数据，若是，则该主控制器进入广播模式，否则该主控制器进入中继模式；
S702：所述主控制器进入任意一种工作模式到设定周期时长后，重复步骤S701。
8.根据权利要求7所述的一种基于蓝牙拓扑网络的实验室数据管理方法，其特征在于，所述网络节点或网关的蓝牙接收到外地设备数据时会同时播放接收确认指令，所述网络节点重复广播对应的本地设备数据或外地设备数据直至接收到对应的接收确认指令；
若网络节点接收到之前该网络节点广播出去的本地设备数据或外地设备数据，则不予广播，也不播放接收确认指令。
9.根据权利要求1所述的一种基于蓝牙拓扑网络的实验室数据管理方法，其特征在于，所述网络节点包括若干个中继节点，所述中继节点是主控制器一直处于中继模式的网络节点。
10.根据权利要求1所述的一种基于蓝牙拓扑网络的实验室数据管理方法，其特征在于，所述网关对所接收到的设备数据进行去冗余处理。
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