[发明专利]一种基于6LowPAN协议的物联网智能监测系统的采集器

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于6LowPAN协议的物联网智能监测系统的采集器，尤其涉及其中的数据采集器的功能模块设计、与数据中继器的通讯、数据打包方式、以及采集器的工作和休眠管理等方法。

背景技术

设备运行状态监测与故障诊断的基本思想源于生物医学诊断，它是以机械动力学、电子学、信息论为基础，多学科交叉，多学科融合的工程技术。故障诊断的方法、手段和内容不断丰富, 现已发展成为一门新的综合性交叉学科。机械设备实时监测和故障智能诊断系统是将先进的电子传感技术、数据通讯传输技术、大型数据库应用技术、机械系统故障诊断技术及计算机技术等有机地集成运用于一系列相关的重要生产设备上而建立的一种能在全方位为生产和设备维护人员提供实时、准确、高效的设备管理系统。

目前， 有两类远程监测技术：其一，通过生产设备的DCS系统采集设备的运行状态参数进行远程监测；其二，通过利用无线传感网络来远程监测设备的运行状况。这两种方法存在极大的局限性，不能够满足当前生产设备远程监测和故障诊断的需求。DCS系统在工业生产中对设备状态的采集是采用有线通讯，基本上采用485或HART通讯协议。其主要的目的是保证生产的工艺的实施，而不是对设备维护和故障诊断。 因为采用有线方式传输数据，安装的传感器（观测点）及其有限，现场安装复杂，安装的成本也很高。而且，由于采用双线数据传输，数据传输速度有限。 因此采用工业中常用的DCS系统技术来实现对设备运行状态的远程监测并不合适。常见的无线传感网络，包括采用Zigbee和Wireless HART协议的技术，可以避免上述DCS模式监测系统的现场安装和成本问题，但是，常见的无线传感网络存在致命的缺陷：实时性差、数据传输量小、可调控性差，基本不能满足真正意义上的设备运行状态监测，更无法提供设备故障诊断通常所需要的大量数据。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于6LowPAN协议的物联网智能监测系统的采集器和相关数据处理方法。

本发明要解决的是现有远程设备运行状态监测系统中存在的现场安装复杂、成本高和数据传输速度慢，以及无线传感网络的实时性差、数据量小等问题。

在本发明所述的用于设备运行状态远程实时监测的采集器，至少包括：采集器的硬件设计、数据采集器的工作和休眠管理、数据打包、以及与数据中继器之间的无线通讯。

在本发明所述的采集器采用低功耗设计，可以采用电池或外电源进行供电，从而为用户提供根据现场情况而方便安装的选择。

在本发明所述的采集器按照GB3836-2010本质安全ExiaIIb类的规范要求设计，可靠件模块的设计能保证采集器的本质安全特性。采集器提供多达6个数字信号接口和6个模拟信号接口，可以同时从不同类型的传感器采集信号。

在本发明所述的采集器在工作时，与中继器采用基于6LowPAN协议进行无线通讯。采集器和中继器之间采用无线单跳的连接方式，既方便现场采集器的安装，又能保证采集器采集的大数据被快速送到中继器。

在本发明所述的采集器在休眠结束时，唤醒后立即向中继器发送唤醒通知信息，并等待中继器的指令。中继器收到唤醒通知信息并判断采集器的当前任务并发出相关指令。采集器根据中继器指令立即进行数据采集处理和发送然后快速进入休眠，或者直接进入休眠。然后等待下一次的唤醒。休眠是采集器关闭芯片的除看门狗以外所有功能， 看门狗采用外置低功耗表晶振作为时钟。

本发明所述的采集器可以根据中继器的指令对采集的数据进行处理，包括最大最小平均值快速运算、傅立叶变换、和频谱分析等。

本发明所述的采集器采用它的MAC地址转化为IPV6地址用来作为该采集器的唯一标示。

采集器中的数据包的长度不大于以太网中各种路由器允许一次发送最大数据包中的最小长度，因此中继器或者后面路由器都可以避免数据包过大而需要重新打包的需求，提高的数据传输的速度。

本发明所述的采集器采用优先级别定义的方法来确定采集器的数据上传频率。所有采集器的缺省优先级别均为1，即：在中继器的一个扫描周期内，采集器上传一次数据。 当采集器的级别为2或3，表明采集器在中继器的一个扫描周期内，应该上传2或3次数据。以此类推。用户可以通过客户端程序更改采集器的优先等级，从而在线动态更改采集器的数据上传频率。