[发明专利]一种易于配置的物联网监测系统快速构建方法

摘要

本发明公开了一种易于配置的物联网监测系统快速构建方法，包括基于自然语言的用户需求描述、基于半形式化或形式化的需求描述、应用层构建物联网监测系统项目的配置表和解析表、传输层无线或有线下载协议设计、感知层监测节点设计等几个步骤。工程人员可以通过本专利提出的方法进行物联网监测系统的快速搭建和开发，可快速生成软硬件原型系统以适用于不同的监测对象，极大提高了开发效率和适用性。

主权项

一种易于配置的物联网监测系统快速构建方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)、基于自然语言的用户需求描述：针对正在实施的物联网监测系统，开发者与用户进行需求分析，并形成用户需求描述文档；(2)、基于半形式化或形式化的需求描述：由于自然语言存在二义性，由步骤(1)得到的文档可能存在错误或矛盾，开发者根据步骤(1)得到的用户需求描述文档通过半形式化或形式化语言重新进行需求描述和验证，以确保所得到的用户描述的正确性；若开发者可确定步骤(1)所得到的用户需求描述是正确的，则可跳过步骤(2)进入步骤(3)；(3)、应用层构造物联网监测系统项目的配置表和解析表：通过步骤(1)、(2)所确定的用户需求描述文档，构造所开发系统的配置表。通过提取需求描述中的被监测对象特征、监测数量及位置、监测精度及报警条件、所需安装的传感器类型、采集和采样频率描述，进行配置表构造；构造配置表的主旨思想是通过通道抽象、配置表、数值变换实现程序与数据完全分离、下位机统一处理、无需知道所监测对象的物理意义，从而方便配置和移植；针对需求描述，按照如下子过程构造物联网监测系统的配置表和解析表，建立数值转换映射关系：(3.1)、将多路监测信号抽象为多路通道，以便后面进行统一处理。感知层布置有N个监测采集节点，每个监测采集节点含有n个传感器，则每个监测采集节点含有n路通道；通道类型分为模拟量、数字量、开关量、线性、非线性、脉冲、混合、其他等八种类型；每个通道定义一个端口，端口类型表示该通道信号的来源；端口地址是虚拟地址，一般记录电路图中与该端口相连接的信号线序号；(3.2)、构造配置表：配置表是供感知层监测节点使用的，主要思想是通过配置表实现对任意数量的传感器、任意类型的传感器、任意采集逻辑进行配置。配置表将通过传输层下载至感知层监测节点，按照配置表中的规则，可实现对监测值进行统一处理，既满足了高灵活可配置、代码易维护易移植的需求，又实现了低功耗；配置表结构为n行m列的二维关系表，其中n为通道数目，为叙述方便，将m列分为基本属性、通道特性、监测要求三个组，基本属性组包括监测量名称、传感器标识、物理量单位基本信息；通道特性组包括通道类型、端口类型、端口地址、单次采集时长、采集数值字长、无效低位、上报字长、测量上界值、测量下界值、通道精度这些通道信息；监测要求组包括监测最高值、监测最低值、上限报警值、下限报警值、最小保留差值、最小发送差值、精度、正常采集频度、报警采集频度、采样次数、睡眠间隔；(3.3)、构造解析表：解析表是供应用层解析所采集数据使用的，从感知层传回的数据是经过配置表变换的数据，需要进行反变换解析才能得到真实物理量，解析表主要记录了反变换中的相关参数；解析表结构为n行m列的二维关系表，其中n为通道数目，为叙述方便，将m列分为计算基数和计算样本两个组，计算基数组主要包括当量值、基本底数、上报警数、下报警数、最小记差、最小发差、正常采集频数、报警采集频数、采样间隔数；计算样本组主要包括采样数、上报数、检测量；(3.4)、建立数值变换映射，有了配置表和解析表，还需要对其中的数值关系进行变换映射，变换分为基于配置表的感知层监测节点数据变换处理和基于解析表的应用层数据反变换处理两部分，以下计算过程的变量都可从配置表和解析表中获得：基于配置表的感知层监测节点数据变换处理按照如下公式依次求得感知层监测节点某通道最终上报数值X： d＝(Ah‑Al)/2N1‑N2           (1) Xmin＝Bl/d              (2) X2＝X1              (3)X3=X2‾---(4)]]> X4＝X3/2N2            (5) X5＝X4‑Xmtn        (6) X＝XB            (7)其中，公式(1)为计算某通道精度d，其中Ah和Al分别表示通道可测量的物理量最大值和最小值，N1、N2分别表示采集数值的字长和无效低位数；公式(2)为计算基本底数，为32位二进制补码，Bl为需要测量物理量的最小值；公式(3)为将通道采样的原始值转化为统一字长；公式(4)为多次采样值的平均值，由于求平均值需要用到除法，考虑到芯片计算采用二进制，故一般采样次数为2的指数次方；公式(5)为去除无效低位，通过该公式可以去除不稳定、不需要的低位；公式(6)为减去基本底数，通过该公式可将上报数所在区间移动到最小正数区间；公式(7)为将数值统一成16位无符号数，这样既保留了数据的精度又保证去除了无用字长；X1、X2、X3、X4、X5分别代表通道采样原始值、转换统一字长后的值、求得的平均值、去除无效低位后的值、减去基本底数后的值；基于解析表的应用层数据反变换处理根据公式(8)进行数据解析，E是最终物理量值即为感知层监测节点某通道采集的真实数值，X为从感知层传上来的数据：E＝X·d+Bl    (8)(3.5)、生成配置下载文件：该配置下载文件将通过传输层下载到感知层的传感器监测节点中；配置下载文件由配置表按照某种数据结构转换得到，可使用数组、二维数组、自定义结构体、优先队列等这些数据结构，可根据监测节点需要进行设计；(4)、传输层无线或有线下载协议设计：为实现系统快速构建和远程调试，降低开发人员驻场实地开发的困难，传输层需提供程序下载功能，应用层根据需要可将程序、配置表下载至感知层监测节点，这就需要相关下载协议，下载过程可以通过无线或有线方式进行；(5)、感知层监测节点设计：感知层监测节点完成对数据的采集和简单处理，这个过程开发者可通过一般性开发方法完成开发。