一种基于环保监测的边缘计算网关及应用方法与流程

1.本发明属于边缘网关技术领域，特别是涉及一种基于环保监测的边缘计算网关及应用方法。


背景技术：

2.随着智慧园区、智慧环保概念的提出及其发展，现有的环保物联网服务系统主要由数据接收及数据报送两个模块组成。对于环保设备的数据采集有着极大的信赖性，其中，数据接收模块需要实时接收下游污染源在线监测装置发出的数据、解析接收的数据、分类存放，同时还要接收上游设备数据补发需求指令；数据报送模块则需定时从数据库中提取需要报送的数据，打包后上传各上游平台。设备安装调试需要各个厂家的技术人员协调处理，从而增加的施工调试难度。
3.如中国专利cn209170409u公开了一种边缘计算网关，包括mcu管理模块、rs
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485管理端口、mbus管理端口和网络通信接口；mcu管理模块与rs
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485管理端口连接，用于通过该rs
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485管理端口与485通信设备连接，采集485通信设备数据信息；mcu管理模块与mbus管理端口连接，用于通过mbus管理端口与mbus设备连接，采集mubs设备数据信息；mcu管理模块与网络通信接口连接，用于对采集到的数据信息进行处理后通过该网络通信接口将数据发送到远程服务器。又如中国专利cn203233451u公开了一种环保物联网服务系统，包括：上游设备、数据网关服务设备、智能终端及下游设备，网关服务设备中的数据接收器及数据发送器通过3g、gprs、cdma、蓝牙、光纤等多种传输方式与上游设备。
4.上述现有技术中，均不能很好的解决环保监测设备通信方式多样带来的数据采集、传输繁琐的问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种基于环保监测的边缘计算网关及应用方法，通过构建环保监测的边缘计算网关，通过信道分析模块判断端口接入是否正确，并将判断结果传输至主处理模块，信道转接模块根据判断结果进行信道转接分配；数据收发模块用于解析接收的数据、分类存放、报送，解决了现有的环保监测设备通信方式多样带来的数据采集、传输繁琐的问题。
6.为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
7.一种基于环保监测的边缘计算网关，包括：
8.通信接口，所述通信接口包括第一通信接口、第二通信接口、适配通信接口；所述适配通信接口包括第一适配通信接口、第二适配通信接口、待解析通信接口；多种通信接口的设置，满足通信协议多样化；
9.信道分析模块，其判断端口接入是否正确，并将判断结果传输至主处理模块；
10.信道转接模块，其根据判断结果进行信道转接分配；
11.数据收发模块，所述数据收发模块用于解析接收的数据、分类存放、报送。
12.进一步地，所述第一通信接口与主处理模块通信连接，通过第一通信接口采集使用rs
‑
485通信的环保监测设备的数据信息，所述第二通信接口与主处理模块通信连接，通过第二通信接口采集使用m
‑
bus通信的环保监测设备的数据信息。
13.进一步地，所述第一适配通信接口、第二适配通信接口分别与主处理模块通信连接，通过第一适配通信接口采集使用rs
‑
485通信的环保监测设备的数据信息，通过第二适配通信接口采集使用m
‑
bus通信的环保监测设备的数据信息。
14.一种基于环保监测的边缘计算网关的应用方法，包括以下步骤：
15.步骤s001：将环保监测设备分别接入第一通信接口、第二通信接口；
16.步骤s002：通过信道分析模块判断环保监测设备的端口接入是否正确；
17.步骤s003：若环保监测设备的端口接入正确，则将第一通信接口、第二通信接口采集的环保监测设备的数据信息上传至主处理模块；
18.若环保监测设备的端口接入错误，则通过信道转接模块进行信道转接分配，将第一通信接口、第二通信接口采集的环保监测设备的数据信息转接至适配通信接口，所述适配通信接口将转接的环保监测设备的数据信息上传至主处理模块；
19.步骤s004：主处理模块接收环保监测设备对应的数据信息，并在数据信息前附加标识符，形成数据组；
20.步骤s005：数据收发模块接收数据组，并将数据组进行解析、分类存放、报送。
21.进一步地，所述步骤s002中信道分析模块判断环保监测设备的端口接入是否正确的步骤为：
22.步骤s021：信道分析模块在环保监测设备与通信接口接通后，每隔预设时间t采集一次环保监测设备对应的波特率，并将其标记为：bij，其中，bij表示信道分析模块在环保监测设备i与通信接口接通后第j次采集的波特率；
23.步骤s022：将环保监测设备i对应的j个波特率按照大小进行排列；
24.步骤s023：提取环保监测设备i对应的最大波特率和最小波特率，并分别标记为bimax、bimin；
25.步骤s024：根据公式：
26.计算待配值di；
27.步骤s025：获取环保监测设备i接入的通信接口；
28.步骤s026：若x2≦di≦x1，且环保监测设备i接入的通信接口为第一通信接口，则环保监测设备i的端口接入正确；
29.若x3≦di≦x4，且环保监测设备i接入的通信接口为第二通信接口，则环保监测设备i的端口接入正确；
30.否则，环保监测设备i的端口接入错误；
31.其中，i＝1、2、3、
…
、m，j＝1、2、3、
…
、n，i、j均为正整数；
32.x1、x2、x3、x4均为预设值，且x3>x1。
33.进一步地，信道转接模块进行信道转接分配，将第一通信接口、第二通信接口采集的环保监测设备的数据信息转接至适配通信接口的方法为：
34.步骤s031：获取环保监测设备i对应的待配值di；
35.步骤s032：获取环保监测设备i接入的通信接口；
36.步骤s032：若x2≦di≦x1，且环保监测设备i接入的通信接口为第二通信接口，则将第二通信接口采集的环保监测设备i的数据信息转接至第一适配通信接口；
37.若x3≦di≦x4，且环保监测设备i接入的通信接口为第一通信接口，则将第一通信接口采集的环保监测设备i的数据信息转接至第二适配通信接口；
38.否则，将环保监测设备对应的数据信息转接至待解析通信接口。
39.进一步地，所述主处理模块在数据信息前附加标识符，形成数据组的方法为：
40.首先，获取传输数据信息的通信接口；
41.若数据信息经由第一通信接口、第一适配通信接口传输，则附加的标识符为r；
42.若数据信息经由第二通信接口、第二适配通信接口传输，则附加的标识符为m；
43.若数据信息经由待解析通信接口传输，则附加的标识符为l；
44.其次，将数据信息进行打包，行程若干个数据信息包，每一数据信息包前也附加一个标识符se；
45.最后，数据组为：r/m/l se 数据信息包。
46.进一步地，将数据信息进行打包，行程若干个数据信息包的步骤为：
47.步骤d001：将一天均分为f个时段；
48.步骤d002：获取每一时段内第一通信接口、第二通信接口、第一适配通信接口、第二适配通信接口、待解析通信接口传输的所有数据信息；并按照通信接口进行分组；
49.步骤d003：同一时段、同一通信接口传输的数据信息即为一个数据信息包，每一数据信息包前附加标识符se；
50.其中，e＝1、2、3、
…
、f。
51.进一步地，所述数据收发模块接收数据组，并将数据组进行分类存放的方法为：
52.步骤c001：所述数据收发模块将数据组进行处理，形成虚拟数据组、副本数据组；
53.步骤c002：数据收发模块将数据组及对应的虚拟数据组上传至云端服务器进行存放，云端服务器接收到虚拟数据组时，向数据收发模块反馈第一接收信号；
54.步骤c003：若数据收发模块未接收到第一接收信号时，则存放失败；若数据收发模块接收到第一接收信号时，则存放成功；
55.步骤c004：存放失败时，则数据收发模块将副本数据组及对应的虚拟数据组上传至云端服务器进行存放，云端服务器接收到虚拟数据组时，向数据收发模块反馈第二接收信号；
56.步骤c005：若数据收发模块未接收到第二接收信号时，则存放失败；若数据收发模块接收到第二接收信号时，则存放成功；
57.步骤c006：存放成功后，存放成功的数据组或副本数据组正常写入云端服务器；若存放失败则产生报警信息。
58.进一步地，若数据收发模块将数据组进行解析后，数据组为待解析通信接口传输的数据信息，则产生预警信息，使用户及时发现异常，保证各设备的有效运行，满足用户需求。
59.本发明具有以下有益效果：
60.本发明通过信道分析模块判断环保监测设备的端口接入是否正确；环保监测设备的数据信息上传至主处理模块后主处理模块接收环保监测设备对应的数据信息，并在数据信息前附加标识符，形成数据组；数据收发模块接收数据组，并将数据组进行解析、分类存放、报送，降低人工审核数据的难度，提升了环保监测网关的整体稳定性、可靠性，信道分析模块根不同波特率进行设备端口接入分析，主处理模块接收环保监测设备对应的数据信息，并在数据信息前附加标识符，形成数据组，供后续抄读数据使用，以此省去了很多人工配置的工作。
61.当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
62.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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他的附图。
63.图1为本发明基于环保监测的边缘计算网关的结构示意图。
具体实施方式
64.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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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作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。
65.实施例一：
66.请参阅图1所示，一种基于环保监测的边缘计算网关，包括：
67.通信接口，通信接口包括第一通信接口、第二通信接口、适配通信接口；所述适配通信接口包括第一适配通信接口、第二适配通信接口、待解析通信接口；多种通信接口的设置，满足通信协议多样化；通过信道分析模块判断端口接入是否正确，并将判断结果传输至主处理模块，以此省去了很多人工配置的工作；信道转接模块，所述信道转接模块根据判断结果进行信道转接分配；数据收发模块，其用于解析接收的数据、分类存放、报送；将采集数据进行统计分析再通过网络进行上传，实现数据共享，每个第一通信接口、第二通信接口、第一适配通信接口、第二适配通信接口、待解析通信接口可以最大接入64台物理设备，提高了边缘网关的设备接入能力，扩展了整个网关的采集容量，减少了使用一路采集端口的负荷并提高了采集数据的可靠性，防止单个采集端口接入过多设备导致线路匹配的问题。
68.作为本发明提供的一个实施例，优选的，所述第一通信接口与主处理模块通信连接，通过第一通信接口采集使用rs
‑
485通信的环保监测设备的数据信息，所述第二通信接口与主处理模块通信连接，通过第二通信接口采集使用m
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bus通信的环保监测设备的数据信息，在实际应用根据需要选择相应的通信接口连接对应的环保监测设备，解决了各个环保监测设备接口和协议的不兼容问题。
69.作为本发明提供的一个实施例，优选的，所述第一适配通信接口、第二适配通信接口分别与主处理模块通信连接，通过第一适配通信接口采集使用rs
‑
485通信的环保监测设
备的数据信息，通过第二适配通信接口采集使用m
‑
bus通信的环保监测设备的数据信息，解决现有技术中各类环保监测设备通信接口不兼容及协议不统一问题，将本发明安装合适位置可发减少布线和调试难度；将网线铺至本发明安装位置即可实现设备入网，并将数据送至任何需要的服务器上。
70.实施例二：
71.一种基于环保监测的边缘计算网关的应用方法，包括以下步骤：
72.步骤s001：将环保监测设备分别接入第一通信接口、第二通信接口，第一通信接口为rs485通信接口、第二通信接口为m
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bus通信接口，并在实际应用根据需要选择相应的通信接口连接对应的环保监测设备，解决了各个环保监测设备通信接口和协议的不兼容问题；
73.步骤s002：通过信道分析模块判断环保监测设备的端口接入是否正确；作为本发明提供的一个实施例，优选的，信道分析模块判断环保监测设备的端口接入是否正确的步骤为：
74.步骤s021：信道分析模块在环保监测设备与通信接口接通后，每隔预设时间t采集一次环保监测设备对应的波特率，并将其标记为：bij，其中，bij表示信道分析模块在环保监测设备i与通信接口接通后第j次采集的波特率；
75.步骤s022：将环保监测设备i对应的j个波特率按照大小进行排列；
76.步骤s023：提取环保监测设备i对应的最大波特率和最小波特率，并分别标记为bimax、bimin；
77.步骤s024：根据公式：
78.计算待配值di；
79.步骤s025：获取环保监测设备i接入的通信接口；
80.步骤s026：若x2≦di≦x1，且环保监测设备i接入的通信接口为第一通信接口，则环保监测设备i的端口接入正确；
81.若x3≦di≦x4，且环保监测设备i接入的通信接口为第二通信接口，则环保监测设备i的端口接入正确；
82.否则，环保监测设备i的端口接入错误；
83.其中，i＝1、2、3、
…
、m，j＝1、2、3、
…
、n，i、j均为正整数；
84.x1、x2、x3、x4均为预设值，且x3>x1。
85.步骤s003：若环保监测设备的端口接入正确，则将第一通信接口、第二通信接口采集的环保监测设备的数据信息上传至主处理模块；扩展了可接入设备的类型，大大扩展了适用场景；
86.若环保监测设备的端口接入错误，则通过信道转接模块进行信道转接分配，将第一通信接口、第二通信接口采集的环保监测设备的数据信息转接至适配通信接口，所述适配通信接口将转接的环保监测设备的数据信息上传至主处理模块，通过边缘计算网关在各个环保监测设备和系统之间增加一座桥梁，该边缘计算网关有多个通信接口，并对应多种通信协议，解决以往各类环保监测设备通信接口不兼容及协议不统一问题；作为本发明提
供的一个实施例，优选的，信道转接模块进行信道转接分配，将第一通信接口、第二通信接口采集的环保监测设备的数据信息转接至适配通信接口的方法为：
87.步骤s031：获取环保监测设备i对应的待配值di；
88.步骤s032：获取环保监测设备i接入的通信接口；
89.步骤s032：若x2≦di≦x1，且环保监测设备i接入的通信接口为第二通信接口，则将第二通信接口采集的环保监测设备i的数据信息转接至第一适配通信接口；
90.若x3≦di≦x4，且环保监测设备i接入的通信接口为第一通信接口，则将第一通信接口采集的环保监测设备i的数据信息转接至第二适配通信接口；
91.否则，将环保监测设备对应的数据信息转接至待解析通信接口；
92.步骤s004：主处理模块接收环保监测设备对应的数据信息，并在数据信息前附加标识符，形成数据组；作为本发明提供的一个实施例，优选的，所述主处理模块在数据信息前附加标识符，形成数据组的方法为：
93.首先，获取传输数据信息的通信接口；
94.若数据信息经由第一通信接口、第一适配通信接口传输，则附加的标识符为r；
95.若数据信息经由第二通信接口、第二适配通信接口传输，则附加的标识符为m；
96.若数据信息经由待解析通信接口传输，则附加的标识符为l；
97.其次，将数据信息进行打包，行程若干个数据信息包，每一数据信息包前也附加一个标识符se；
98.最后，数据组为：r/m/l se 数据信息包；
99.步骤s005：数据收发模块接收数据组，并将数据组进行解析、分类存放、报送。
100.作为本发明提供的一个实施例，优选的，将数据信息进行打包，行程若干个数据信息包的步骤为：
101.步骤d001：将一天均分为f个时段；
102.步骤d002：获取每一时段内第一通信接口、第二通信接口、第一适配通信接口、第二适配通信接口、待解析通信接口传输的所有数据信息；并按照通信接口进行分组；
103.步骤d003：同一时段、同一通信接口传输的数据信息即为一个数据信息包，每一数据信息包前附加标识符se；
104.其中，e＝1、2、3、
…
、f。
105.作为本发明提供的一个实施例，优选的，所述数据收发模块接收数据组，并将数据组进行分类存放的方法为：
106.步骤c001：所述数据收发模块将数据组进行处理，形成虚拟数据组、副本数据组；
107.步骤c002：数据收发模块将数据组及对应的虚拟数据组上传至云端服务器进行存放，云端服务器接收到虚拟数据组时，向数据收发模块反馈第一接收信号；
108.步骤c003：若数据收发模块未接收到第一接收信号时，则存放失败；若数据收发模块接收到第一接收信号时，则存放成功；
109.步骤c004：存放失败时，则数据收发模块将副本数据组及对应的虚拟数据组上传至云端服务器进行存放，云端服务器接收到虚拟数据组时，向数据收发模块反馈第二接收信号；
110.步骤c005：若数据收发模块未接收到第二接收信号时，则存放失败；若数据收发模
块接收到第二接收信号时，则存放成功；
111.步骤c006：存放成功后，存放成功的数据组或副本数据组正常写入云端服务器；若存放失败则产生报警信息。
112.作为本发明提供的一个实施例，优选的，若数据收发模块将数据组进行解析后，数据组为待解析通信接口传输的数据信息，则产生预警信息，使用户及时发现异常，保证各设备的有效运行，满足用户需求。
113.一种基于环保监测的边缘计算网关的应用方法，通过边缘计算网关在各个环保监测设备和系统之间增加一座桥梁，该边缘计算网关有多个通信接口，并对应多种通信协议，解决以往各类环保监测设备通信接口不兼容及协议不统一问题，将本发明安装合适位置可发减少布线和调试难度；将网线铺至本发明安装位置即可实现设备入网，并将数据送至任何需要的服务器上，数据收发模块接收数据组，并将数据组进行解析、分类存放、报送，降低人工审核数据的难度，提升了环保监测网关的整体稳定性、可靠性，信道分析模块根不同波特率进行设备端口接入分析，主处理模块接收环保监测设备对应的数据信息，并在数据信息前附加标识符，形成数据组，供后续抄读数据使用，以此省去了很多人工配置的工作；通过信道分析模块判断环保监测设备的端口接入是否正确；环保监测设备的数据信息上传至主处理模块后主处理模块接收环保监测设备对应的数据信息，并在数据信息前附加标识符，形成数据组。
114.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
115.以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。