可配置多定时任务控制测量机器人及传感器采集数据系统和方法

技术领域

本发明属于计算机系统设计技术和自动化控制领域，具体涉及可配置多定时任务控制测量机器人及传感器采集数据系统和方法。

背景技术

近年来，随着人们生活水平的提高，水利工程事业蓬勃发展，大坝建设成为水利开发利用的重要手段。其运行主要面临着安全问题，因此大坝安全监测对于其稳定运行至关重要，需要重视安全监测工作，降低事故安全损失。为保证大坝的安全运行，对大坝外部变形进行高效实时的监测，有助于提高大坝的使用寿命，保障大坝稳定安全地运行。随着计算机软件、无线网络、数据存储、智能传感器以及自动化测量设备等新技术的高速发展，通过定时任务自动控制测量机器人和传感器设备采集数据在大坝监测中应用越来越广泛。

目前市面上的传统自动化监测系统中的自动化控制测量机器人和传感器采集数据的系统存在较多缺陷。例如徕卡的GeoMosMonitor系统存在扩展传感器设备困难的问题，定时任务执行时间的精细度和灵活程度不够；硬件系统中必须使用他们支持的通讯器和传感器设备，可选择性差，硬件成本也过高；在大坝智能测站变形监测的使用场景中缺少设备保护功能，贵重设备测量机器人的安全存在一定安全风险。例如现有技术“变形监测智能测站一体化控制系统”也存在定时任务执行时间的精细度和灵活度不够；传感器设备类型和数量固定，没有传感器扩展的功能；执行采集和测量的任务没有多设备组合的功能，缺乏一定的灵活性；多任务的并行处理也存在一定的问题，导致数据采集可靠性不足。

发明内容

本发明的目的是鉴于现有技术存在无法满足多任务、灵活、高效、稳定可靠、安全和低成本的要求，提出了可配置多定时任务控制测量机器人及传感器采集数据系统和方法。本发明在满足多任务、灵活、高效、稳定可靠、安全和低成本等优点的情况下，可以为现代大坝安全监测的数据采集部分提供强有力的技术支持，产生可观的社会效益和经济效益。

本发明采取的技术方案是可配置多定时任务控制测量机器人及传感器采集数据系统，包括任务控制系统、数据库、任务调度执行系统、任务执行模块、通讯模块、测量机器人、传感器；

任务控制系统负责任务的创建、配置、分配设备和移除；

数据库负责存储数据；

任务调度执行系统负责触发任务执行，并实时监控任务状态；

任务执行模块负责控制传感器设备采集环境数据、并行控制多个传感器设备和测量机器人采集环境数据和测量；

通讯模块负责数据的传输与处理。

进一步地，所述数据库包括任务表、任务变化表、数据表，任务表负责存储任务数据；任务变化表负责存储任务变化的信息；数据表负责存储任务采集和测量的数据。

进一步地，所述任务调度执行系统包括任务调度池和任务监控模块，任务调度池负责任务的调度管理；任务监控模块负责实时监控任务变化和异常任务。

进一步地，所述通讯模块包括交换机和串口服务器，交换机负责交换串口服务器和软件系统的TCP网络数据包，串口服务器负责将TCP数据包转换成串口信号，并通过RS232和RS485接口输出给测量机器人和传感器设备，返回数据则沿原路返回到服务器的系统。

进一步地，所述交换机上可以接多台串口传感器，所述串口服务器的RS232接口连接测量机器人的Y形状，RS485接口连接传感器设备，每台串口服务器的RS232接口可以接一台测量机器人，RS485接口可以接1个或多个传感器设备。

本发明还提供了可配置多定时任务控制测量机器人及传感器采集数据方法，所述方法通过上述可配置多定时任务控制测量机器人及传感器采集数据系统实现，包括以下步骤：

S1、创建多个定时任务；

S2、任务调度端触发任务执行，并实时监控任务状态；

S3、任务触发后，将任务依次发送给测量机器人和传感器设备；

S4、测量机器人和传感器设备接收到指令后解析指令完成相应的动作；

S5、将任务执行结果反馈给任务执行模块进行数据结果解析并存储。

进一步地，所述S4中，测量机器人接收到任务指令后，并行控制多个传感器设备和测量机器人采集环境数据和测量。

本发明的有益效果在于：

1.通过任务控制系统自定义任务和Quartz定时任务多线程技术实现了多任务、灵活、高效的数据采集功能；

2.通过Winform技术和监控任务变化及异常任务的功能解决了采集数据服务运行的可靠性、稳定性和及时性；

3.通过设备之间的联动控制满足了测量要求的精度和规范，也保证了贵重设备的安全；

4.通过网络设备接串口服务器转换协议的方式提高通信效率，增加了远程通信的距离，减少了中间设备的数量，实现降低成本目标。

附图说明

图1为本发明整体流程原理图；

图2为本发明任务控制系统的原理图；

图3为本发明任务调度执行系统的原理图；

图4为本发明任务执行模块的原理图；

图5为本发明测量机器人和传感器设备的联动控制原理图；

图6为本发明硬件通讯连接原理图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚、明白，下面将结合附图对本发明的技术方案作进一步详细描述。

参见图1，本发明的可配置多定时任务控制测量机器人及传感器采集数据系统，包括任务控制系统、数据库、任务调度执行系统、任务执行模块、通讯模块、测量机器人、传感器。

任务控制系统

利用Winform技术开发任务控制系统，任务控制系统负责定时任务的创建、任务触发时间Cron表达式的配置、Cron表达式的运行解析、任务的启用和禁用、任务关联分配多个传感器设备或者测量机器人、任务移除传感器设备和测量机器人、任务字段信息的编辑和任务移除、任务执行记录查看、任务关联设备采集数据查看等。

数据库

数据库包括任务表、任务变化表、数据表。

任务表负责存储任务数据；任务变化表负责存储任务变化的信息；数据表负责存储任务采集和测量的数据。

任务表、任务变化表和数据表的功能和字段描述如下：

A.任务表存储创建的定时任务。任务表包含了主键任务ID、任务名称、任务描述、任务执行Corn表达式、任务表达式描述，任务是否启用，任务创建者、任务更新者、是否为延时任务、允许延时的次数、是否允许延时、任务运行状态和原始任务名称。

B.任务变化表存储每当任务被创建、编辑、移除时就会在这张表里面创建一条记录，用于触发任务监控进行任务调度池的任务更新，更新后该变化记录的等待更新字段设为False。任务变化表包含了主键ID、变化任务ID、操标识符(I、U、D分别代表增加、更新和移除)、变化记录时间和是否等待更新。

C.数据表存储传感器设备采集和测量机器人测量回来的数据。数据表包含了主键ID、设备编号、测点编号、任务ID、任务编号、组编号、采集数据时间、数据列1、数据列2、数据列16。

任务调度执行系统

利用Quartz技术开发任务调度执行系统，任务调度执行系统包括任务调度池和任务监控模块。

任务调度池负责任务的调度管理，包括任务调度的启动、将任务表中的任务列入计划、触发任务执行、暂停任务、恢复任务和移除任务等。

任务监控模块包括任务变化监控和异常任务监控，任务变化监控负责实时监控数据库中任务变化表的变化，及时更新任务调度池中的任务，使任务变化表与任务调度池中的任务保持一致；异常任务监控负责实时监控任务调度池中的异常状态任务，进行异常任务恢复，保证任务调度池更新的及时性和任务状态的正确性。

测量机器人、传感器

本发明中的测量机器人为徕卡测量机器人TS60，传感器为风速仪、温湿压传感器、超声波测距仪、继电器、声光报警器、雨量计、摄像机。

任务执行模块

任务执行模块封装了测量机器人的基于GeoCom技术ASCⅡ协议的.NET函数库，主要有AUS(SHIFT+User后面的按钮)、AUT(自动控制)、BAP(基本应用程序)、BMM(基础人机功能)、COMF(处理基本通信参数)、COM(通信功能)、CSV(提供仪器设置功能)、CTL(系统控制任务)、EDM(电子测距模块)、FTR(文件传输功能)、IMG(图像处理)、MOT(机动化部件)、SUP(控制一些一般参数)TMC(测量数据获取模块)。封装了多个基于485协议的Modbus协议的传感器的访问函数库，目前支持的设备有风速仪、温湿压传感器、超声波测距仪、继电器、声光报警器、雨量计等传感器采集数据。调用Quartz技术IJob接口的Job_Main类，该类实现任务触发时针对多个传感器设备和测量机器人进行按顺序控制采集环境数据和测量；在采集环境数据和测量的过程中设备之间的联动控制来满足测量要求和保证设备的安全。

通讯模块

通讯模块包括交换机和串口服务器，交换机负责交换串口服务器和软件系统的TCP网络数据包，串口服务器负责将TCP数据包转换成串口信号，通过RS232和RS485接口输出给测量机器人或者传感器设备，返回数据再沿原路返回到服务器的系统。

任务调度执行系统的服务器使用网线连接交换机，交换机连接串口服务器，串口服务器的RS232接口连接测量机器人的Y形状，RS485接口连接RS485型传感器设备。交换机上可以接多台串口服务器，每台串口服务器的RS232可以接一台测量机器人，RS485接口上可以接1个或多个传感器设备。

利用上述控制系统进行可配置多定时任务控制测量机器人及传感器采集数据方法，包括以下步骤：

S1、创建多个定时任务

参见图2，在任务控制系统中创建多个定时任务，每个任务可以设置触发运行时间、可以设定失败后是否允许重复、可以独立分配给测量机器人和传感器设备等。同时，多个定时任务的相关信息会存入数据库的任务表中，而创建、编辑、移除过的任务会存入数据库的任务变化表。

S2、任务调度端触发任务执行，并实时监控任务状态

配置任务完成后，参见图3，任务调度执行系统初始化任务和触发后执行任务，并实时监控任务状态。当监控到数据库中任务变化表变化时，及时更新任务调度池中的任务，使任务变化表与任务调度池中的任务保持一致；当监控到任务调度池中的异常状态任务时，恢复异常任务并继续执行，保证任务调度的任务始终是正确和及时的。

S3、任务触发后，将任务依次发送给测量机器人和传感器设备；

任务触发后，参见图4，在任务执行模块，按照任务所分配的设备顺序解析，如果是测量机器人设备，则遵循徕卡公司的GeoCom(地理数据通讯接口)协议规则，调用封装的函数库发送ASCⅡ协议的指令给串口服务器；如果是RS485的传感器设备，则调用按照基于485协议的Modbus协议封装的函数来发送指令给串口服务器；串口服务器再转发给测量机器人或者传感器设备。

S4、测量机器人和传感器设备接收到指令后解析指令完成相应的动作

采集环境任务触发，传感器设备接收到指令后解析指令，执行采集环境数据任务。

测量任务触发，测量机器人接收到指令后解析指令，此时，多个传感器设备需要为测量机器人测量服务，并行控制多个传感器设备和测量机器人采集环境数据和测量，参见图5，各传感器设备与测量机器人联动过程如下：

温湿压传感器采集当前环境的温湿压数据，为测量机器人提供大气改正需要的温度、湿度和气压数据。

风速仪和雨量计负责测量当前风速和雨量大小，判断当前环境是否满足测量环境的要求。不满足要求则通知停止测量任务，控制测量机器人停止测量；满足测量环境要求则测量机器人继续测量。

继电器为其他传感器提供电源通断功能。

超声波测距负责判断周围环境是否安全即是否有人或者物体靠近。如果检测到有人或者物体靠近，控制测量机器人停止测量并触发报警策略，控制报警灯进行声音+闪光的报警方式来提醒运维人员有异常情况，同时运维人员可以通过摄像机查看测量机器人附近的异常情况。

S5、将任务执行结果反馈给任务执行模块进行数据结果解析并存储

结合参见图1与图6，测量机器人测量和传感器设备采集到的数据通过RS232和RS485接口发送给串口服务器，串口服务器转发给交换机，交换机再发送给任务执行模块，任务执行模块将反馈的指令和数据再进行解析和判断，针对正确的数据进行存储，最后将正确的数据存储至数据库中的数据表，在任务控制系统中可查看任务测量和采集回来的数据。

本发明任务调度执行系统通过使用Quartz技术实现定时任务执行时间的精细和灵活；多任务多线程并行执行采集数据保证了高效率；任务执行模块实现了任务设备的灵活组合、控制以及与任务调度执行系统的数据交互；在任务调度系统中设计了异常任务监视功能从而保证任务执行的可靠性；在超声波、声光报警器和摄像机的联动控制下实现了“外物入侵”报警的功能，保证了贵重设备测量机器人的安全；在测量机器人与温湿压传感器、风速仪、雨量计等传感器设备的联动控制下提高了测量机器人测量的精确度；使用价格低廉和普适性的串口服务器和交换机，开放免费的Modbus协议，无需额外的控制一体机等特性降低了成本。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域技术人员公知技术。