基於物聯網的智能建築及能效監控系統的數據交換方法及裝置與流程

2023-09-23 11:33:30 5

本發明實施例涉及智能建築及能效監控技術，尤其涉及一種基於物聯網的智能建築及能效監控系統的數據交換方法及裝置。

背景技術：

隨著物聯網和雲計算技術的崛起和成熟，綠色建築和智能家居等概念也應運而生。又適逢「網際網路+」行動計劃上升為國家戰略，同時4G網絡的啟動使數據速率和業務容量大大提升，這使用得遠程監控的方式方法、監控的範圍和效率得到了極大的提高。

基於物聯網的建築環境及能效監控系統正是在這種環境下建設的一個項目，為綠色建築方向的研發性項目。其依靠智慧測控單元和各類傳感器組成的測控網進行數據的採集與傳輸，建立一個將建築環境與建築能耗相結合、建築節能與設備管理相結合的智慧管理模型。基於物聯網的建築環境及能效監控系統旨在通過一系列的研究工作，探討一種實用的、具有較大推廣意義的建築環境及能效監控系統的結構體系，改變現有的將建築環境與建築能耗相互獨立、建築節能與設備管理相互獨立的簡單管理模式，提高建築設備管理與建築節能的可操作性。現有技術中，根據不同建築設備管理要求，分別通過建築設備控制系統、智能照明系統、電力監控系統及能源管理系統(以下合稱四個系統)，來實現建築能耗計量與設備控制。不同的系統需要設置不同的控制器，通過控制器實現對建築設備運行狀況的檢測和控制。

然而，為實現較為全面的建築能耗數據採集和建築設備控制，需要獨立建設若干個系統，各系統獨立運行，各個系統集成困難或無法集成，因此各系統需單獨設置控制器，控制器因廠家不同，其採樣方式、控制方式也會有所差異，造成施工、使用及維護的不便。控制器若採用分布式控制模式，可減少配電線纜，但通信線纜較多；若採用集中式控制模式，可減少通信線纜，但會增加配電線纜。無論是分布式還是集中式，如果需要增加測量和控制的精細度，則必然導致配電線纜和通信線纜都增加，無法很好的實現各系統的建築設備的統一控制。

技術實現要素：

本發明實施例提供一種基於物聯網的數據交換方法及裝置，以實現對多種待控制設備的統一控制。

第一方面，本發明實施例提供了一種基於物聯網的智能建築及能效監控系統的數據交換方法，所述方法包括：

網關接收控制器發送的請求消息，根據所述請求消息確定待控制設備,並將所述請求消息發送給所述待控制設備連接的數據採集設備；

所述數據採集設備接收所述請求消息，並根據待控制設備支持的通信協議將所述請求消息封裝成請求數據；

所述數據採集設備將所述請求數據發送給所述待控制設備，以使所述待控制設備執行所述請求數據指示的操作。

第二方面，本發明實施例還提供了一種基於物聯網的智能建築及能效監控系統的數據交換裝置，所述裝置包括：

網關和數據採集設備；其中，

所述網關用於接收控制器發送的請求消息，根據所述請求消息確定待控制設備,並將所述請求消息發送給所述待控制設備連接的數據採集設備；

所述數據採集設備用於接收所述請求消息，並根據待控制設備支持的通信協議將所述請求消息封裝成請求數據；將所述請求數據發送給所述待控制設備，以使所述待控制設備執行所述請求數據指示的操作。

本發明實施例通過網關接收控制器發送的請求消息，將所述請求消息發送給待控制設備連接的數據採集設備，數據採集設備接收所述請求消息，並根據待控制設備支持的通信協議將所述請求消息封裝成請求數據，而後將所述請求數據發送給所述待控制設備，數據採集設備根據待控制設備支持的通信協議將待控制設備回復的消息封裝後，經由網關發送給控制器，使得控制器可以通過網關和數據採集設備向支持各種不同協議的待控制設備發送請求消息，從而可以實現對多種不同類型待控制設備的統一控制，無需設置單獨設置多個控制器，方便施工、使用及維護。

附圖說明

圖1是本發明實施例一提供的一種基於物聯網的智能建築及能效監控系統的數據交換方法的流程圖；

圖2是本發明實施例二提供的一種基於物聯網的智能建築及能效監控系統的數據交換方法的流程圖；

圖3是本發明實施例三提供的一種基於物聯網的智能建築及能效監控系統的數據交換裝置的結構示意圖；

圖4是本發明實施例三提供的一種基於物聯網的智能控制系統的示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的詳細說明。可以理解的是，此處所描述的具體實施例僅僅用於解釋本發明，而非對本發明的限定。另外還需要說明的是，為了便於描述，附圖中僅示出了與本發明相關的部分而非全部結構。

實施例一

圖1是本發明實施例一提供的一種基於物聯網的智能建築及能效監控系統的數據交換方法的流程圖，本實施例可適用於需要對多種待控制設備統一控制的情況，該方法可以由基於物聯網的智能建築及能效監控系統的數據交換裝置來執行。參考圖1，所述方法具體可以包括如下步驟：

步驟110、網關接收控制器發送的請求消息，根據所述請求消息確定待控制設備,並將所述請求消息發送給所述待控制設備連接的數據採集設備。

具體的，所述控制器可以為計算機、手機、平板電腦等終端，所述待控制設備可以為電燈、空調、冰箱、攝像頭等設備。所述網關向控制器的應用程式提供接口，接收控制器發送的請求消息。所述網關在接收到請求消息後，對所述請求消息進行解析，確定待控制設備及與待控制設備連接的數據採集設備，將所述請求消息發送給相應的數據採集設備。

其中，接口的提供方式可以為通過Socket套接字，消息隊列或WebService方式。Socket通訊是一種比較直接的通訊方式；採用消息隊列的方式，開發人員可以通過發送和接收消息方便地與應用程式進行快速可靠的通信。

可選的，所述網關通過WebService接口與所述控制器進行通訊。具體的，WebService是一種跨程式語言和跨作業系統平臺的遠程調用技術，本實施例中採用WebService標準向控制器的應用程式提供接口，應用程式只需遵循WebService標準，無須考慮程式語言與作業系統，即可對接口進行調用，使得系統的兼容性和可靠性更好。

可選的，所述數據採集設備支持不同的通信協議；相應的，將所述請求消息發送給所述待控制設備連接的數據採集設備，包括:網關根據所述待控制設備連接的數據採集設備支持的通信協議將所述請求消息重新封裝後發送給所述數據採集設備。

具體的，可以設置多個數據採集設備，多個數據採集設備可以支持相同的通信協議或不同的通信協議，每一個數據採集設備可以與一個或多個待控制設備連接。

可選的，所述數據採集設備可以為支持Bacnet/IP協議的設備或支持Modbus/IP協議的設備。

具體的，Bacnet/IP協議和Modbus/IP協議為較常用的開源通信協議，便於網關與數據採集設備之間的通信。其中，若數據採集設備支持Bacnet/IP協議，則數據採集設備可以為支持Bacnet/IP協議的硬體設備，也可以為支持Bacnet/IP協議的虛擬設備。其中，虛擬設備主要指計算機或工控機通過軟體的方式，虛擬成支持Bacnet/IP協議的設備。

本實施例中網關採用開放樓宇自控網絡數據通訊協議Bacnet/IP協議與數據採集設備進行通訊，可以增加系統的可靠性，Bacnet/IP協議將IP網絡作為一個「區域網」來使用，直接支持基於IP協議的Bacnet設備，用IP幀接收和發送Bacnet報文，可以在IP網絡上有效地進行Bacnet廣播，並允許在網絡的任意位置動態的增加和減少設備。本實施例中網關也可以通過TCP/IP協議與數據採集設備進行數據傳輸，採用TCP/IP協議與數據採集設備進行數據傳輸，也提高系統的可靠性。

步驟120、所述數據採集設備接收所述請求消息，並根據待控制設備支持的通信協議將所述請求消息封裝成請求數據。

具體的，待控制設備與數據採集設備可以通過串口等方式連接，數據採集設備通過所述請求消息可以獲取到待控制設備連接的串口號、待控制設備的身份標識等信息，從而可知待控制設備支持的通信協議，將所述請求消息重新封裝成相應的請求數據。本實施例，數據採集設備根據待控制設備支持的通信協議將所述請求消息重新封裝後發送給所述待控制設備，使得控制器可以通過網關和待控制設備向支持各種不同協議的待控制設備發送請求消息，從而可以實現對多種不同類型待控制設備的統一控制。

步驟130、所述數據採集設備將所述請求數據發送給所述待控制設備，以使所述待控制設備執行所述請求數據指示的操作。

具體的，所述請求數據可以是調整待控制設備的某些參數，獲取待控制設備的某些運行參數或運行狀態等，待控制設備在接收到所述請求數據後，可以執行相應的操作，並向所述數據採集設備返回相應的運行數據。

可選的，數據採集設備將所述請求數據發送給所述待控制設備，以使所述待控制設備根據所述請求數據執行相應的操作之後，還包括：

所述數據採集設備接收所述待控制設備返回的運行數據，並根據所述數據採集設備支持的通信協議將所述運行數據封裝成第一運行數據，並將所述第一運行數據發送給所述網關；

所述網關接收所述第一運行數據，並將所述第一運行數據重新封裝後發送給所述控制器。

其中，所述網關接收到第一運行數據後，根據網關與控制器的應用程式之間的接口方式將第一運行數據重新封裝後發送給控制器。

本實施例的方法通過網關接收控制器發送的請求消息，將所述請求消息發送給相應的數據採集設備，數據採集設備接收所述請求消息，並根據待控制設備支持的通信協議將所述請求消息封裝成請求數據，並將所述請求數據發送給所述數據採集設備，數據採集設備根據待控制設備支持的通信協議將所述請求消息重新封裝後發送給所述待控制設備，使得控制器可以通過網關和數據採集設備向支持各種不同協議的待控制設備發送請求消息，從而可以實現對多種不同類型待控制設備的統一控制，無需設置單獨設置多個控制器，方便施工、使用及維護。

本實施了的方法將所有對待控制設備的處理需求，集成在一個網關上，使得各系統的待控制設備的處理需求可以由一個控制器統一處理，從而解決現有的各系統的待控制設備和控制器設置分散問題。本實施例的方法可適用於基於物聯網的建築環境及能效監控系統中，可以將建築設備運行狀況的信號採集、建築能耗狀況的數據採集與建築設備運行的控制信號等統一由一個(或一種)控制器處理，使得該系統中的設備控制系統、智能照明系統、電力監控系統及能源管理系統等系統集合到一個統一的系統結構下，即可以由一個控制器統一控制。另外，本實施例的方法整合分散式控制方式和集中式控制方式的優勢，採取「分布式集中控制」的方法，在不增加配電線纜和通信線纜的情況下，可對設備進行「點對點」的測量和控制，最大限度地提高測量和控制的精細化程度。

實施例二

本實施例以上述實施例為基礎提供了一個具體示例，圖2是本發明實施例二提供的一種基於物聯網的智能建築及能效監控系統的數據交換方法的流程圖，參考圖2，所述方法具體可以包括：

步驟210、網關接收控制器通過WebService接口發送的請求消息，並根據所述請求消息確定與待控制設備連接的數據採集設備。

具體的，網關收到控制器應用程式發來的WebService接口請求消息後，將所述請求消息進行解析，判斷數據的完整性。如果數據完整，則在根據接收到的請求消息確定待控制設備連接的數據採集設備。

步驟220、網關確定所述數據採集設備支持的通信協議類型；若所述數據採集設備支持Bacnet/IP協議，則執行步驟230；若所述數據採集設備支持Modbus/IP協議，則執行步驟240。

步驟230、網關將所述請求消息重新封裝為Bacnet/IP協議請求數據，並將所述請求數據發送給相應的數據採集設備，並繼續執行步驟250。

具體的，如果待操控的數據採集設備是支持Bacnet/IP協議的設備,則網關會根據資料庫中的點位對應表，獲取數據採集設備的屬性信息，如數據採集設備對應的身份標識，下標，索引等信息，將數據重新封裝為Bacnet/IP協議數據，通過Socket套接字發送給數據採集設備，等待回復，並繼續執行步驟250。

步驟240、網關將所述請求消息重新封裝為Modbus/IP協議請求數據，將所述請求數據發送給相應的數據採集設備，並繼續執行步驟250。

具體的，如果待操控的數據採集設備是支持Modbus/IP協議的串口轉換器，則網關會根據資料庫中的點位對應表，獲取到數據採集設備的對應身份標識，埠等信息，將數據重新封裝為Modbus/IP協議數據，通過TCP/IP的方式發送給數據採集設備，並等待回復。

步驟250、數據採集設備接收請求數據，並根據待控制設備支持的通信協議將所述請求數據重新封裝後發送給待控制設備。

具體的，數據採集設備在收到網關發來的請求數據後，根據資料庫中的映射表，取得待控制設備對應的串口號，設備從站號等信息，再根據待控制設備支持的協議，將數據重新封裝為對應協議(如Modbus等)的數據，通過串口發送給待控制設備，並等待待控制設備回復。

步驟260、數據採集設備接收待控制設備返回的運行數據，根據所述數據採集設備支持的通信協議將所述運行數據封裝成相應的第一運行數據，並將所述第一運行數據發送給網關。

具體的，數據採集設備在收到待控制設備返回的運行數據後，將運行數據進行解析校驗，並重新封閉成對應的格式(Bacnet/IP協議，Modbus/IP協議)返回給網關。

步驟270、網關接收所述第一運行數據，並將所述第一運行數據重新封裝後發送給所述控制器。

具體的，網關在接收到數據採集設備返回的信息後，會將信息進行解析校驗，並重新封閉成JSON的格式返回給調用WebService接口的應用程式。

示例性的，下面以數據採集設備支持Bacnet/IP協議為例對本實施的方法進行說明。網關收到控制器的應用程式發來的請求消息「ID＝1001,Type＝1，OpType＝1」其中，ID＝1001表示待查詢設備的編號，Type＝1表示查詢設備的狀態，OpType＝1表示讀操作，網關對數據的完整性進行判斷。判斷完整後，會根據傳過的來ID在資料庫中查詢數據採集設備類型。

網關根據資料庫中的點位對應表，獲取數據採集設備對應的Object_Instance身份標識為260001，Object_Type下標為0，Object_Index索引為1等信息，將數據重新封裝為Bacnet/IP協議數據，通過Socket套接字發送給數據採集設備，並等待設備回復。數據發送格式為：Invoke_ID＝1，Object_Instance＝260001，Object_Type＝4，Object_Index＝1。其中，Invoke_ID為調用標識。

Object_Instance為260001的數據採集設備在收到網關發來的指令後，對指令進行解析，並根據傳來的下標和索引查詢到待控制設備所連的串口號為Port＝4(這裡表示待控制設備連接的數據採集設備的串口號為4)，協議類型ProtocolType＝1(這裡表示待控制設備支持的協議為modbus協議)，待控制設備的從站號SlaveID＝15，寄存器地址Address＝400001，在獲取這些操控信息後，數據採集設備通過串口將數據發送給待控制設備，並等待待控制設備返回；數據發送格式為：Port＝4，ProtocolType＝1，SlaveID＝15，Address＝400001。

數據採集設備在獲取到待控制設備返回的數據後，對數據進行解析，在校驗數據的完整後，會將數據(這裡假設設備返回的值為1，代表待控制設備狀態為開)重新封裝成Bacnet/IP協議格式的數據，返回給網關。數據發送格式為：Invoke_ID＝1，Type＝4，Value＝1。

網關在收到數據採集設備的返回後，會根據返回的Invoke_ID，判斷是否在等待隊列中，經檢查在等隊列中後，會根據設備返回的結果類型Type，將對應類型的數據提取出來，再重新封閉成JSON的格式，並將封裝後的數據返回給控制器的應用程式。其中，數據發送格式為：{"modbusDeviceId":"260001","propertyTypeName":"狀態",""value":"1"}

本實施例的方法通過網關接收控制器發送的請求消息，將所述請求消息發送給相應的數據採集設備，數據採集設備接收所述請求消息，並根據待控制設備支持的通信協議將所述請求消息封裝成相應的請求數據，並將所述請求數據發送給所述待控制設備，數據採集設備根據待控制設備支持的通信協議將所述請求消息重新封裝後發送給所述待控制設備，使得控制器可以通過網關和待控制設備向支持各種不同協議的待控制設備發送請求消息，從而可以實現對多種不同類型待控制設備的統一控制。

實施例三

圖3是本發明實施例三提供的一種基於物聯網的智能建築及能效監控系統的數據交換裝置的結構示意圖，圖4是本發明實施例三提供的一種基於物聯網的智能控制系統的示意圖。參考圖3和圖4，所述基於物聯網的數據交換裝置具體可以包括：

網關310和至少一個數據採集設備320；其中，

網關310用於接收控制器330發送的請求消息，根據所述請求消息確定待控制設備340，並將所述請求消息發送給待控制設備340連接的數據採集設備320；

數據採集設備320用於接收所述請求消息，並根據待控制設備340支持的通信協議將所述請求消息封裝成請求數據；將所述請求數據發送給待控制設備340，以使待控制設備340執行所述請求數據指示的操作。

需要說明的是，圖3和圖4中僅示例性的示出了數據採集設備320及待控制設備340的數量，並非對本發明的限定，在其他實施方式中，也可以設置一個或多個數據採集設備320，每一個數據採集設備320可以連接一個或多個待控制設備340。

可選的，網關310用於根據待控制設備340連接的數據採集設備320支持的通信協議將所述請求消息重新封裝後發送給數據採集設備320。

可選的，數據採集設備320包括支持Bacnet/IP協議的設備或支持Modbus/IP協議的設備。

可選的，數據採集設備320還用於接收待控制設備340返回的運行數據，並根據數據採集設備320支持的通信協議將所述運行數據封裝成第一運行數據，並將所述第一運行數據發送給網關310；

網關310還用於接收所述第一運行數據，並將所述第一運行數據重新封裝後發送給控制器330。

可選的，網關310通過WebService接口與控制器330進行通信。

本實施例提供的基於物聯網的數據交換裝置可根據實際使用和管理需求，自由地設置在建築內，可裝於配電箱內，可裝於配電線槽上，也可安裝於牆體內，不需要被動地按暖通空調、給排水、電氣等專業設備的布置位置來設置。

本實施例提供的基於物聯網的數據交換裝置，與本發明任意實施例所提供的基於物聯網的數據交換方法屬於同一發明構思，可執行本發明任意實施例所提供的基於物聯網的數據交換方法，具備執行基於物聯網的數據交換方法相應的功能模塊和有益效果。未在本實施例中詳盡描述的技術細節，可參見本發明任意實施例提供的基於物聯網的數據交換方法。

注意，上述僅為本發明的較佳實施例及所運用技術原理。本領域技術人員會理解，本發明不限於這裡所述的特定實施例，對本領域技術人員來說能夠進行各種明顯的變化、重新調整和替代而不會脫離本發明的保護範圍。因此，雖然通過以上實施例對本發明進行了較為詳細的說明，但是本發明不僅僅限於以上實施例，在不脫離本發明構思的情況下，還可以包括更多其他等效實施例，而本發明的範圍由所附的權利要求範圍決定。