CN114513707B - 一种智能总线数据采集方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种智能总线数据采集方法，该方法对每个仪表的数据变化量进行计算，再与仪表采集的时间开销做加权，动态调整了总线设备采集仪表数据的优先级，并通过优先级队列确保仪表采集的效率与实时性，并保证每个仪表都可轮到采样。与现有技术相比，本发明保证了采集数据的实时性，克服了总线轮询机制下采集的数据大量重复以及数据变化响应不及时的问题，有效地提高了数据采集的效率，有利于进一步推动数据跨专业融合、信息深度共享和精准用户服务，在电力物联网领域具有重大意义。

Description

一种智能总线数据采集方法
技术领域
本发明涉及工业总线抄表技术领域，尤其是涉及一种智能总线数据采集方法。
背景技术
总线设备数据采集广泛应用于电力物联网等领域，是点参量分析统计工作的基础。随着电力物联网规模的不断发展和采集数据的累积，从而使传统类型的数据采集***的数据处理能力受到极大挑战，因此，提高总线数据的采集效率有利于进一步推动数据跨专业融合、信息深度共享和精准用户服务。
传统工业采集总线的物理层为RS485总线，RS485总线具有很强的抗干扰能力，但它的通讯速率低，常用波特率为9600bps，而且其速率与通讯距离有直接关系，当达到数百米以上通讯距离时，其可靠通讯速率小于1200bps。传统的网关采集算法为轮询算法，每轮中设备都对每个仪表进行采集，简单调度，不需要关心设备的实际运载情况，但设备离线或响应时间过长则会导致总线轮询时间变长，且总线上部分仪表在一段时间内数据变化量很小，在实际应用中，实时采集数据必然会造成资源浪费。
因此如何来提高低速率总线设备的高效数据采集，成为需要解决的技术问题。
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智能总线数据采集方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
根据本发明的一个方面，提供了一种智能总线数据采集方法，该方法对每个仪表的数据变化量进行计算，再与仪表采集的时间开销做加权，动态调整了总线设备采集仪表数据的优先级，并通过优先级队列确保仪表采集的效率与实时性，并保证每个仪表都可轮到采样。
作为优选的技术方案，该方法具体包括以下步骤：
步骤1，将所有的总线设备以优先级P＝0***任务队列；
步骤2，总线设备读取所有仪表的数据，针对仪表1，此时刻记作T1(1)，此时数据读数记作D1(T1(1))，针对仪表2，此时刻记作T2(1)，此时数据读数记作D2(T2(1))，……，针对仪表m，此时刻记作Tm(1)，此时数据读数记作Dm(Tm(1))；
步骤3，总线设备再次读取所有仪表的数据，针对仪表1，此时刻记作T1(2)，此时数据读数记作D1(T1(2))，针对仪表2，此时刻记作T2(2)，此时数据读数记作D2(T2(2))，……，针对仪表m，此时刻记作Tm(2)，此时数据读数记作Dm(Tm(2))；
步骤4，从队首取出一个任务，记此任务的优先级为P，并将任务队列中其他任务的优先级减去P，以达到更新队列优先级的目的，记本次任务的采集仪表号为m，记本任务的采集时刻为Tm(n)，采集数据为Dm(Tm(n))，其中n为大于2的时间点，记此仪表的响应时长为Rm；
步骤5，设定本次任务的一次变化率最大优先级加权值为MAXdx；
步骤6，根据下述公式计算Tm(n)时刻的一次变化率优先级加权值Pdx(Tm(n))：
其中，kdx为一次变化率反比例优先度加权系数；
步骤7，若Pdx(Tm(n))＞MAXdx，则更新本次任务的一次变化率最大优先级加权值为：
MAXdx＝Pdx(Tm(n))；
步骤8，设定本次任务的二次变化率最大优先级加权值为MAXddx；
步骤9，根据下述公式计算Tm(n)时刻的二次变化率优先级加权值Pddx(Tm(n))：
其中，kddx为二次变化率反比例优先度加权系数；
步骤10，若Pddx(Tm(n))＞MAXddx，则更新本次任务的二次变化率最大优先级加权值为：
MAXddx＝Pddx(Tm(n))；
步骤11，设定此仪表的响应时长最大优先级加权值为MAXr；
步骤12，根据下述公式计算仪表m的响应时长权值Pr(m)：
Pr(m)=Kr*Rm，
其中，Kr为备响应时长优先度加权系数；
步骤13，若Pr(m)>MAXr，则更新本次任务的响应时长最大优先级加权值为：
MAXr=Pr(m)；
步骤14，根据下述公式计算任务P的优先级权值Pm：
Pm＝Pdx(Tm(n))+Pddx(Tm(n))+Pddx(Tm(n))+Pr(m)；
步骤15，根据优先级权值，将任务***任务队列，保证任务队列中的任务的优先级按从小到大排列；
步骤16，重复步骤4至15，直至所有任务完成。
作为优选的技术方案，所述的MAXdx的设定方法具体包括：
5A)设定一次变化率优先级与总优先级的比重为Adx，0<Adx<1；
5B)设定MAXdx＝Adx*a。
作为优选的技术方案，所述的kdx的设定方法具体包括：
6A)预估被测数据的正常变化频率最小值fmin；
6B)设定kdx＝fmin*a*Adx。
作为优选的技术方案，所述的MAXddx的设定方法具体包括：
8A)设定一次变化率优先级与总优先级的比重为Addx，0<Addx<1；
8B)设定MAXddx＝Addx*a。
作为优选的技术方案，所述的kddx的设定方法具体包括：
9A)预估被测数据的正常变化速度最小值Vmin；
9B)设定kddx＝Vmin*a*Addx。
作为优选的技术方案，所述的MAXr的设定方法具体包括：
11A)设定一次变化率优先级与总优先级的比重为Ar，0<Ar<1；
11B)设定MAXr＝Ar*a。
作为优选的技术方案，所述的kr的设定方法具体包括：
12A)预估被测仪表的响应最大时间tmax；
12B)设定
作为优选的技术方案，所述的a为任意取值，对于任意取值a，先确定一个优先级归一化区间(0，a]。
作为优选的技术方案，所述的Adx、Addx和Ar满足以下公式：
Adx+Addx+Ar＝1。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明通过对仪表数据的变化量和采集数据的时间开销作加权分析，动态调整总线设备采集仪表数据的优先级，保证了采集数据的实时性，克服了总线轮询机制下采集的数据大量重复以及数据变化响应不及时的问题，有效地提高了数据采集的效率，有利于进一步推动数据跨专业融合、信息深度共享和精准用户服务，在电力物联网领域具有重大意义。
附图说明
图1为本发明的***结构图；
图2为本发明的更新队列优先级的整体流程图；
图3为本发明的计算任务优先级的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。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的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明的***结构为：***总线物理层采用RS485总线；协议采用ModBus协议，用来采集仪表数据；485总线上采用一个主站设备，记作485主站，4个从站设备，记作485从站1、485从站2、485从站3、485从站4。此算法部署于485主站设备上，采集485从站设备数据。
485主站根据此算法动态调整各485从站的ModBus采集报文发送时间，并根据485从站的回送数据以及响应时间根据此算法再次动态调整下次的采集报文发送时间。
如图2所示，详细描述了本发明的整体工作流程。本发明通过对仪表数据的变化量和采集数据的时间开销作加权分析，动态调整了总线设备采集仪表数据的优先级，实现队列中的任务按优先级从小到大排列，以达到提高数据采集的效率的目的。
本发明整个实现过程如下：
(2.1)将所有的总线设备以优先级P＝0***任务队列；
(2.2)总线设备读取所有仪表的数据，针对仪表1，此时刻记作T1(1)，此时数据读数记作D1(T1(1))，针对仪表2，此时刻记作T2(1n，此时数据读数记作D2(T2(1))，……，针对仪表m，此时刻记作Tm(1)，此时数据读数记作Dm(Tm(1))；
(2.3)总线设备再次读取所有仪表的数据，针对仪表1，此时刻记作T1(2)，此时数据读数记作D1(T1(2))，针对仪表2，此时刻记作T2(2)，此时数据读数记作D2(T2(2))，……，针对仪表m，此时刻记作Tm(2)，此时数据读数记作Dm(Tm(2))；
(2.4)更新队列优先级：
(2.4.1)判断未计算过优先级的任务个数是否大于0，若个数大于0，则循环迭代计算各任务的优先级权值，直至所有任务完成；
(2.4.2)分别计算本次任务在Tm(n)时刻的一次变化率优先级加权值Pdx(Tm(n))，二次变化率优先级加权值Pddx(Tm(n))和仪表m的响应时长权值Pr(m)；
(2.4.3)计算任务的优先级权值：
Pm＝Pdx(Tm(n))+Pddx(Tm(n))+Pddx(Tm(n))+Pr(m)；
(2.5)根据优先级权值，将任务***任务队列，保证任务队列中的任务的优先级按从小到大排列；
在(2.4)中所述的更新队列优先级中，更为详细的步骤如图3所示，计算一个任务的优先级的过程如下：
(3.1)从队首取出一个任务，记此任务的优先级为P；
(3.2)将任务队列中其他任务的优先级减去P，以达到更新队列优先级的目的；
(3.3)记录本次任务的一些重要参数：记本次任务的采集仪表号为m，记本任务的采集时刻为Tm(nn，采集数据为Dm(Tm(n))(n为大于2的时间点)，记此仪表的响应时长为Rm；
(3.4)设定本次任务的一系列重要参数：
(3.4.1)任意取值a，先确定一个归一化区间(0，a]；
(3.4.2)设定一次变化率优先级与总优先级的比重为Adx(0<Adx<1)，得到本次任务的一次变化率最大优先级加权值为MAXdx＝Adx*a；
(3.4.3)预估被测数据的正常变化频率最小值fmin，设定一次变化率反比例优先度加权系数kdx＝fmin*a*Adx；
(3.4.4)设定一次变化率优先级与总优先级的比重为Addx(0<Addx<1)，得到本次任务的二次变化率最大优先级加权值为MAXddx＝Addx*a；
(3.4.5)预估被测数据的正常变化速度最小值Vmin，设定二次变化率反比例优先度加权系数kddx＝Vmin*a*Addx；
(3.4.6)设定一次变化率优先级与总优先级的比重为Ar(0<Ar<1)，计算此仪表的响应时长最大优先级加权值为MAXr＝Ar*a；
(3.4.7)预估被测仪表的响应最大时间tmax，设定备响应时长优先度加权系数
(3.4.8)其中，Adx+Addx+Ar＝1；
(3.5)判断是否要更新MAXdx：
(3.5.1)根据下述公式计算Tm(n)时刻的一次变化率优先级加权值Pdx(Tm(n))：
(3.5.2)若Pdx(Tm(n))＞MAXdx，则更新本次任务的一次变化率最大优先级加权值为：
MAXdx＝Pdx(Tm(n))；
(3.6)判断是否要更新MAXddx：
(3.6.1)根据下述公式计算Tm(n)时刻的二次变化率优先级加权值Pddx(Tm(n))：
(3.6.2)若Pddx(Tm(n))＞MAXddx，则更新本次任务的二次变化率最大优先级加权值为：
MAXddx＝Pddx(Tm(n))；
(3.7)判断是否要更新MAXr：
(3.7.1)根据下述公式计算仪表m的响应时长权值Pr(m)：
Pr(m)＝Kr*Rm；
(3.7.2)若Pr(m)＞MAXr，则更新本次任务的响应时长最大优先级加权值为：
MAXr＝Pr(m)；
(3.8)根据下述公式计算任务P的优先级权值：
Pm＝Pdx(Tm(n))+Pddx(Tm(n))+Pddx(Tm(n))+Pr(m)；
因此本发明对工业总线抄表中的低速率总线的通讯效率低下的问题进行了改进。本发明通过对仪表数据的变化量和采集数据的时间开销作加权分析，动态调整了总线设备采集仪表数据的优先级，保证了采集数据的实时性，克服了总线轮询机制下采集的数据大量重复以及数据变化响应不及时的问题，有效地提高了数据采集的效率，有利于进一步推动数据跨专业融合、信息深度共享和精准用户服务，在电力物联网领域具有重大意义。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种智能总线数据采集方法，其特征在于，该方法对每个仪表的数据变化量进行计算，再与仪表采集的时间开销做加权，动态调整了总线设备采集仪表数据的优先级，并通过优先级队列确保仪表采集的效率与实时性，并保证每个仪表都可轮到采样；
该方法具体包括以下步骤：
步骤1，将所有的总线设备以优先级P＝0***任务队列；
步骤2，总线设备读取所有仪表的数据，针对仪表1，此时刻记作T1(1)，此时数据读数记作D1(T1(1))，针对仪表2，此时刻记作t2(1)，此时数据读数记作
D2(T2(1))，……，针对仪表m，此时刻记作Tm(1)，此时数据读数记作Dm(Tm(1))；
步骤3，总线设备再次读取所有仪表的数据，针对仪表1，此时刻记作T1(2)，此时数据读数记作D1(T1(2))，针对仪表2，此时刻记作T2(2)，此时数据读数记作D2(T2(2))，……，针对仪表m，此时刻记作Tm(2)，此时数据读数记作Dm(Tm(2))；
步骤4，从队首取出一个任务，记此任务的优先级为P，并将任务队列中其他任务的优先级减去P，以达到更新队列优先级的目的，记本次任务的采集仪表号为m，记本任务的采集时刻为Tm(n)，采集数据为Dm(Tm(n))，其中n为大于2的时间点，记此仪表的响应时长为Rm；
步骤5，设定本次任务的一次变化率最大优先级加权值为MAXdx；
步骤6，根据下述公式计算Tm(n)时刻的一次变化率优先级加权值Pdx(Tm(n))：
其中，kdx为一次变化率反比例优先度加权系数；
步骤7，若Pdx(Tm(n))＞MAXdx，则更新本次任务的一次变化率最大优先级加权值为：
MAXdx＝Pdx(Tm(n))；
步骤8，设定本次任务的二次变化率最大优先级加权值为MAXddx；
步骤9，根据下述公式计算Tm(n)时刻的二次变化率优先级加权值Pddx(Tm(n))：
其中，kddx为二次变化率反比例优先度加权系数；
步骤10，若Pddx(Tm(n))＞MAXddx，则更新本次任务的二次变化率最大优先级加权值为：
MAXddx＝Pddx(Tm(n))；
步骤11，设定此仪表的响应时长最大优先级加权值为MAXr；
步骤12，根据下述公式计算仪表m的响应时长权值Pr(m)：
Pr(m)＝kr*Rm，
其中，kr为备响应时长优先度加权系数；
步骤13，若Pr(m)＞MAXr，则更新本次任务的响应时长最大优先级加权值为：
MAXr＝Pr(m)；
步骤14，根据下述公式计算任务P的优先级权值Pm：
Pm＝Pdx(Tm(n))+Pddx(Tm(n))+Pr(m)；
步骤15，根据优先级权值，将任务***任务队列，保证任务队列中的任务的优先级按从小到大排列；
步骤16，重复步骤4至15，直至所有任务完成。
2.根据权利要求1所述的一种智能总线数据采集方法，其特征在于，所述的MAXdx的设定方法具体包括：
5A)设定一次变化率优先级与总优先级的比重为Adx，0<Adx<1；
5B)设定MAXdx＝Adx*a；
所述的a为任意取值，对于任意取值a，先确定一个优先级归一化区间(0，a]。
3.根据权利要求2所述的一种智能总线数据采集方法，其特征在于，所述的kdx的设定方法具体包括：
6A)预估被测数据的正常变化频率最小值fmin；
6B)设定kdx＝fmin*a*Adx。
4.根据权利要求3所述的一种智能总线数据采集方法，其特征在于，所述的MAXddx的设定方法具体包括：
8A)设定一次变化率优先级与总优先级的比重为Addx，0<Addx<1；
8B)设定MAXddx＝Addx*a。
5.根据权利要求4所述的一种智能总线数据采集方法，其特征在于，所述的kddx的设定方法具体包括：
9A)预估被测数据的正常变化速度最小值Vmin；
9B)设定kddx＝Vmin*a*Addx。
6.根据权利要求5所述的一种智能总线数据采集方法，其特征在于，所述的MAXr的设定方法具体包括：
11A)设定一次变化率优先级与总优先级的比重为Ar，0<Ar<1；
11B)设定MAXr＝Ar*a。
7.根据权利要求6所述的一种智能总线数据采集方法，其特征在于，所述的kr的设定方法具体包括：
12A)预估被测仪表的响应最大时间tmax；
12B)设定
8.根据权利要求7所述的一种智能总线数据采集方法，其特征在于，所述的Adx、Addx和Ar满足以下公式：
Adx+Addx+Ar＝1。
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计量仪表RS485总线及数据采集结构优化;刘胜军;;工业计量(第05期);全文 *

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