一种用于供热系统的智能数据采集和协议打包加密方法

技术领域

本发明属于数据采集和处理技术领域，尤其涉及一种用于供热系统的智能数据采集和协议打包加密方法。

背景技术

在诸如采暖供热这类企业总控平台中，由于总控平台通常与设备相距较远，因此设备与平台之间的数据通信成为了较为关键的问题。限于成本方面的因素，通常无法在总控平台与设备之间铺设局域网络，因而数据通信网络通常基于现有的移动通信网络(如移动联通电信网络或者专网网络)搭建，充分发挥了无线通信网络的优势。

现有的通信方式中，总控平台与设备之间通常采用TCP/IP网络协议连接现场的智能设备，一般采用主从通信的方式进行通信连接。主从通信方式是指：具有主机和多台从机的系统中，主机发送的信息可以传送到多台从机或指定从机，而从机发送的信息只能传送到主机，各从机之间不能直接通信。主机也就是上位机主动发送请求信号，从机也就是下位机接收到请求后回应上位机，完成一次通信连接。

上述结构形式的通信系统存在如下问题：(1)发布问题，组态软件平台大部分采用自己开发的数据库，接口方面不统一不规范，造成企业的二次开发比较困难或者不能二次开发；(2)数据的保密性问题，此种通信方式采用透明不加密传输的方式，很容易被被恶意截获、恶意篡改或伪造，造成设备的损毁或人身安全等隐患；(3)组态的工作量问题，在初期连接设备时，要由专业的人员进行设置、编程、映射PLC点位和备注等大量的工作，导致费时费财费力等缺点；(4)数据传输通畅性的问题，当外网数据量大时会出现阻塞等待数据的问题，会造成通信超时报错，现场的智能设备往往会利用无线网络通信，主从方式无形会增加通信的费用。

因此，需要对此类系统平台的数据采集方式以及加密方法进行设计开发，以解决前述的安全性、通畅性等问题。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种用于供热系统的智能数据采集和协议打包加密方法，解决由于网络拥堵或者网络延迟造成的系统通信超时报错的问题。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种用于供热系统的智能数据采集和协议打包加密方法包括以下步骤，(1)网关采集器上电后进行初始化设定，网络芯片自检后与后台服务器建立连接，连接成功后对串口上的智能设备进行自检；(2)检测完成后，网关采集器通过串口与智能设备进行数据交互，将数据保存到数据寄存区进行临时保存，完成数据的现场采集；(3)网关采集器对数据进行加密处理；(4)网关采集器对数据进行打包；(5)网关采集器检测数据的波动情况，当数据波动偏差值大于3％时，准备发送数据；(6)主动发送数据至后台服务器的数据库，完成一次数据采集和主动推送上报；(7)网关采集器的网口接收到后台服务器发送的数据后，触发接收事件并进行数据接收；(8)网关采集器执行步骤(3)的反过程，对数据进行解密；(9)网关采集器执行步骤(4)的反过程，对数据进行解析；(10)网关采集器调用智能设备的驱动并进行数据的协议转换，再经过校验后转发给智能设备，完成一次上位机的指令下发。

本发明的优点和积极效果是：

本发明提供了一种用于供热系统的智能数据采集和协议打包加密方法，适用于工业场合，具备主动推送数据、数据加密、数据打包发送、数据波动检测、实时性数据传输等特点。采用本发明中的智能数据采集和协议打包加密方法的供热系统，在现场运营数据的采集方面具备一定的智能性，通过主动推送和实时传输的方式避免数据丢失，解决由于网络拥堵或者网络延迟造成的系统通信超时报错的问题。

优选地：步骤(6)中采用WebSocket协议将数据发送至上位机的服务器。

优选地：步骤(6)中，后台服务器等待网关采集器的连接申请，经历三次TCP/IP协议申请以及一次WebSocket协议申请，通过后握手连接，连接成功后进行一次ID和密码验证，验证通过后正式启动数据传输。

优选地：步骤(10)中，根据解析得到的智能设备ID判断转发给哪个设备终端。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹举以下实施例详细说明。

本发明的用于供热系统的智能数据采集和协议打包加密方法包括以下步骤，

(1)网关采集器上电后进行初始化设定，网络芯片自检后与后台服务器建立连接，连接成功后对串口上的智能设备进行自检；

(2)检测完成后，网关采集器通过串口与智能设备进行数据交互，将数据保存到数据寄存区进行临时保存，完成数据的现场采集；

(3)网关采集器对数据进行加密处理；

(4)网关采集器对数据进行打包；

(5)网关采集器检测数据的波动情况，当数据波动偏差值大于3％时，准备发送数据；

(6)主动发送数据至后台服务器的数据库，完成一次数据采集和主动推送上报；

本步骤中，采用WebSocket协议将数据发送至上位机的服务器。

本步骤中，后台服务器等待网关采集器的连接申请，经历三次TCP/IP协议申请以及一次WebSocket协议申请，通过后握手连接，连接成功后进行一次ID和密码验证，验证通过后正式启动数据传输。

(7)网关采集器的网口接收到后台服务器发送的数据后，触发接收事件并进行数据接收；

(8)网关采集器执行步骤(3)的反过程，对数据进行解密；

(9)网关采集器执行步骤(4)的反过程，对数据进行解析；

(10)网关采集器调用智能设备的驱动并进行数据的协议转换，再经过校验后转发给智能设备，完成一次上位机的指令下发。

本步骤中，根据解析得到的智能设备ID判断转发给哪个设备终端。

网关采集器的工作流程：

1、电源上电后(6.8～36v宽电压设计，适合工业场所)网关采集器进行初始化设定，自检网络芯片并连接服务器，如果没有网络会指示灯提示用户，连接成功后自检串口上的智能设备，如果没有设备会提示指示灯会亮起。

2、检测完成后，通过串口与现场的智能设备进行数据交互，并保存到指定的数据寄存区临时保存，数据采集完成。

3、数据的加密算法，加密算法初始化设置为两套，用户可以根据需求自行设定。其中一种类型的加密算法简要说明如下：初始数据和加密文件进行异或之后在和自己的本机ID非的算法，增加了破解的难度，同时也给模拟机模拟增加了难度。

4、数据的打包，就是给每一个数据起名子，需要提前设定好，然后通过现有的JSON数据方法进行数据打包。

例如：{a:1，b:N，c:PLC_SCD_123456，e:{‘一次供水温度’:0，…}}；

其中，a:11代表转发给指定的用户，0代表转发所有用户；

b:N N代表不保存，Y代表保存到历史数据库；

c:PLC_SCD_123456，指本机ID；

e:{‘一次供水温度’:0，…}是指JSON的键值和数据。

5、数据的波动检测方法，检测本次数据和采集的数据比较，如果偏差值大于3％，系统会提示准备发送数据，优点就是保证数据的实时性，并节约网络的流量，优化后台服务器的工作量。

6、发送数据到数据库，把第四步的数据通过网络协议用websockt的方法发送到服务器，服务器的工作方法后面详细阐述。

7、完成一次采集和主动推送上报。

8、数据的接收及转发给线程的智能设备，当网口接收到数据后，触发接收事件，接收数据并调用数据解析、解密、转发方法。解密过程是加密过程的反过程，解析JSON数据是打包过程的反过程，完成之后调用相应的智能设备的驱动并转换协议、CRC或累加和等校验后转发给设备，完成一次上位机的下发指令。

后台服务器的工作流程：

1、等待下位机连接，通过四次握手，前三次为TCP连接，第四次为websockt协议申请，通过后握手连接，成功后好要一次ID和密码验证，通过后正式通信，在最后一步是保障数据的安全性。

2、数据的转发，通过以上打包协议的ID，解析判断转发给那个用户端。

3、数据的保存，解析数据后在经行数据解密后，通过设定时间来保存数据库为以后查看历史数据做好准备。

4、前台的展示，采用框架结构搭建，只需要在数据库添加设备的相关信息，如：现场设备的ID、用户名、密码、所属区域、站点名称和现场智能设备的下发控制点表地址以及报警数据的上下限等等，就可以完成设备的添加，不需要专业的编程人员来组态。