物联网的末端数据通信

当前各大企业推出了公有云的物联网平台,使得后端开发成本极大便利,搭建开发自身业务领域的物联网平台主要开发工作就落在了设备端的边缘服务以及业务流程实现两方面。

设备端的边缘服务实现首要的就是实现数据采集与通信,下面就设备端异构组网的数据通信梳理 一下:

1、四遥信息与数据传输

遥信:遥信就是远方状态信号,它是将被监视状态信号远距离传给调度端。 遥信功能通常用于测量下列信号,开关的位置信号、变压器内部故障综合信号、保护装置的动作信号、通信设备运行状况信号、调压变压器抽头位置信号等

遥测:遥测就是远方测量,它是将被参变量远距离传送给调度端,如站端的功率、电压、电流等。遥测功能常用于变压器的有功和无功采集;线路的有功功率采集;母线电压和线路电流采集;温度、压力、流量(流速) 等采集;周波频率采集和其它模拟信号采集。遥测往往又分为重要遥测、次要遥测、一般遥测和总加遥测等。

遥控:遥控功能常用于断路器的合、分和电容器以及其它可以采用继电器控制的场合。遥控就是远方控制操作,是从调度或监控中心发出命令以实现远方操作和切换。

遥调:遥调常用于可调信号的升、降调节。遥调就是远方设值操作,是从调度或监控中心发出命令以实现远方设置数值变更。

遥控可以通过遥信映射表述,也可以来自设备信息点直接表述,通常受控的设备信息点一般作为遥控点,也可作为遥信点,或两者共表述,非受控的设备信息点只作为遥信点;遥调与遥测类似。

在数据采集过程中,一般将主动发起方称为主站端,而被动响应端称为从站端。当前大多设备是作为从站端,而工控机、单片机等作为主站端进行数据的主动采集与控制。

由主站端到从站端的数据通信一般称为下行通信,反之就是上行通信,通常通信内容涵盖:

数据采集:遥测、遥信、电度量、COSSOE

控制命令:遥调、遥控、查询

特殊功能:对时、传送计划值、参数下载、文件传输、通信状态

2、数据线路与物理通道构建

一般来说,接口数量细分为A型(15针,VGA),B型(25针,打印机LPT),C型(37针),D型(50针),E型(9针,串口)等。

项目常用接头:RS232/RS485/RJ45/USB

串口用E型,9针公母头区别就在于23号引脚:

1)母头2为 TXD 为发送数据的引脚,3RXD为接收数据的引脚;公头正好与之相反。

2)当数据传输时,一方是发送,另一方是接收,所以公头母头是一对。

数据通信就是将字符信号转为二进制[01]逻辑的电平信号传输

RS232常用的是RxTxGND这三条线,RS485是双绞线AB。所以,这决定了RS232是全双工,RS485是半双工。

RS232的逻辑1的电平(相对GND)是-3V~-15V,逻辑0的电平(相对GND)是+3V~+15V

RS485采用差分传输,A线和B线的电压差(UA-UB)在+2V~+6V表示逻辑1,电压差(UA-UB)在-2V~-6V表示逻辑0

由于RS485是半双工的,如果使用两对RS485差分线就可组成全双工通信(一对线只接收,一对线只发送),这就是RS422标准了。

不同末端设备与通信设备或控制设备之间常常由于数据接口不一致需要进行转换,主要是实现数据的收发端转换,注意如果出现不同数据线路转换,必定有芯片负责数据转换,不会是直接接线就能实现

目前市场上通用的数据转换线均能直接购买使用,或自行进行接线与组合使用,就能快速实现通信转换

3、串口通信与测试

当前大多数设备都提供了串口通信的能力,借助串口通信助手工具,进行串口通信测试

1:将串口的另一端从设备上拔掉,并将23阵脚短接,这一端依然连接主控设备,打开串口调试助手,然后发送数据,看接收到的是不是发送的数据也可判定通路是否正确。

串口服务器是常用的串口通信集成工具,需要实现RS232/485与RJ45的转换外,还需要在串口服务器配置串口参数与网络信息的映射关系,类似下图

4、数据映射与归一化

通常边缘服务端会有一个采集模块,进行数据的采集、解析、归一化,然后将数据推送到上位机。

一般来说,针对每个设备,会有一个采集信道(端口),采集该设备的一组信息点数据,然后进行归一化映射后转发给上位机。

针对每个采集或转发端口,应满足三个主要的配置:

端口参数:用于端口的打开、关闭、通信的需要

通信协议:用于将报文数据解码为数据对(点-值)或将数据对编码为报文数据

信息点集:配置被采集设备其下设备地址、信息点地址等信息

在数据采集过程中,设备将信息点集的数据打包成字符串(通常是二进制数据包)进行数据通信,

数据采集模块会将字符串解析成数据对(点-值);与上位机的通信类似。

数据下控过程与数据采集过程刚好相反。

5、报文解析

报文的解析无非是依据报文规约将数据进行展开解析,获得数据实际表述内容。

下图以常见的Modbus为例,描述该规约定义与解析过程。

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