一种互联网与智能制造相结合的架构系统技术方案

本发明专利技术提出一种构件化、可移植与可复用的ISMTA，以及该系统中数据上行与下行的基本流程，同时基于软件工程的基本原则及软件分层基本思想，对ISMTA中各部分技术框架的公共知识要素进行抽象并实例化，给出各部分技术框架可移植与可复用分析，为快速应用开发提供了软硬件模板。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术面向制造业领域互联网与智能制造的相互结合，即“互联网+智能制造”，尤其涉及一种构件化、可移植与可复用的实现互联网与智能制造相结合的架构系统(ISMTA)。
技术介绍
目前，工业技术发展特别是制造业发展已经进入第四次工业革命(工业4.0)时代，其主要特征是充分利用互联网技术、数据库技术、嵌入式技术、无线传感器网络、机器学习等多领域技术相融合的手段实现制造业的智能化、远程化测控转型，又称为现代信息技术时代，其核心便是“互联网+智能制造”。目前，大多数具体的智能制造系统往往都是专用的，仅适用于特定项目，无法实现系统的移植与复用，对于新的项目必须重新开发。然而要实现一个具体的“互联网+智能制造”的技术体系及系统涉及到很多复杂的技术，如传感器应用设计、微控制器编程、无线传感器与控制器网络(Wireless Sensor and Controller Network，WSCN)组网、WSCN与GPRS或以太网互联、数据库设计、侦听程序设计及人机交互软件设计等，将这些技术全部应用在系统中存在一定开发难度，而且由于应用场景及实现功能千差万别，从零开始进行开发，不仅无法复用已有的成熟技术，还存在开发周期长、人员分工不明确、开发效率低等问题。另外，系统的设计、开发与维护交由不同的人员负责，由于设计思想不统一，会使人员分工不明确、开发效率低下，给系统的开发与维护工作带来更多的困难。
技术实现思路
针对现有技术的上述问题，本专利技术提出一种互联网与智能制造相结合、即“互联网+智能制造”的架构系统(Technology Architecture of\Internet&Smart Manufacturing\，下称ISMTA)，通过抽象公共部分、合理分解知识要素、厘清共性与个性的衔接关系、封装软硬件构件、实现软件分层与复用，构建了ISMTA总体及其各部分技术框架的设计方案，以此来有效缩短开发周期、降低开发成本、明确人员职责定位、减少重复劳动、提高开发效率。本专利技术提出一种构件化、可移植与可复用的ISMTA，以及该系统中数据上行与下行的基本流程，同时基于软件工程的基本原则及软件分层基本思想，对ISMTA中各部分技术框架的公共知识要素进行抽象并实例化，给出各部分技术框架可移植与可复用分析，为快速应用开
发提供了软硬件模板。本专利技术所述的ISMTA，包括：WSCN节点、GPRS/ETH-WSCN网关、侦听程序模块、数据库模块及人机交互接口；其中，WSCN节点是具有计算能力和无线通信接口，可连接各种类型传感器及控制器的电子设备，用于：终端数据的实时采集和处理、短距离无线组网、与GPRS/ETH-WSCN网关的通信、对终端对象的控制，通过数据上行将采集的数据上传至GPRS/ETH-WSCN网关，并且通过数据下行从GPRS/ETH-WSCN网关获取相应的命令，以便完成对终端设备的控制；GPRS/ETH-WSCN网关位于ISMTA的中间层，用于实现感知网络与互联网的互联，是数据传输的中转站；侦听程序模块运行于服务器端，用于完成与GPRS/ETH-WSCN网关的数据传输及数据处理，同时用于将用户通过人机交互接口下达的命令直接发送给GPRS/ETH-WSCN网关，交由GPRS/ETH-WSCN网关进行处理；数据库模块是侦听程序模块和人机交互接口进行数据交互和数据同步的中间件；人机交互接口运行于服务器端，是用户下发命令的通道，以及收集并显示实时状态信息的窗口，用于以友好的图形化界面为用户提供用户管理、系统维护、设备管理和信息管理的基本功能。优选的是，本专利技术所述ISMTA通过数据事务实现数据上行与下行传输，所述数据事务是指数据流从一个端点传送到另一个端点；其中，上行数据事务是：WSCN节点通过传感器采集环境中的相关数据，按照通信协议将数据以无线方式传送给GPRS/ETH-WSCN网关，GPRS/ETH-WSCN网关利用GPRS或以太网网络将数据上传至服务器，位于服务器的侦听程序接收到数据之后将数据插入服务器的数据库中，人机交互接口从数据库中获取数据并将其显示出来；下行数据事务为：人机交互接口对GPRS/ETH-WSCN网关或WSCN节点下达命令同时会将命令插入数据库，侦听程序从数据库中获取命令并通过远距离数据传输方式发送给GPRS/ETH-WSCN网关，GPRS/ETH-WSCN网关执行命令或者发送命令给目标WSCN节点执行。优选的是，所述WSCN节点包括：微控制器模块、感知模块、控制模块、无线射频模块和电源模块；所述微控制器模块包括中央处理单元、存储器、定时器、多种输入/输出接口，负责任务调度、数据整合及处理工作；感知模块负责采集外界实时物理信息，并将物理信息转换成数字信号；控制模块负责控制外接设备；无线射频模块负责数据的无线收发；电源模块则为其它各模块提供动力。优选的是，所述WSCN节点的软件包括以下模块：底层驱动构件，用于根据硬件构件的
实际功能和接口，对具体实现硬件构件的程序代码进行封装，为应用级软件构件提供统一的接口；应用级软件构件，实现对底层驱动构件的上一级操作，可以直接调用已封装好的底层驱动构件；通用级软件构件，用于实现实际的业务逻辑。优选的是，所述GPRS/ETH-WSCN网关包括：主控系统模块、WSCN节点通信模块、GPRS/以太网模块和电源模块；主控系统模块是能够协调其他各模块运行且功能独立的硬件电子设备，用于正确接收并转发WSCN节点通信模块和GPRS/以太网模块的数据；WSCN节点通信模块用于建立主控系统模块与传感器网络之间的连接，实现对下层WSCN网络的管理与控制；GPRS/以太网模块用于建立主控系统模块与互联网之间的连接，实现数据的远距离传输；电源模块为其它各模块提供最基本的动力支持。优选的是，侦听程序模块的软件架构包括：网络通信层、数据处理层和应用层；网络通信层负责建立或关闭GPRS/ETH-WSCN网关与侦听程序之间的连接，同时负责传送两者之间交互的数据；数据处理层负责处理GPRS/ETH-WSCN网关和侦听程序之间的数据，并将数据提取并分析形成有用信息；应用层负责根据不同应用场景对应的不同解决方案来对信息做进一步处理。进一步优选的是，在网络通信层，所述侦听程序模块采用多线程异步Socket机制，使得服务器的同一个端口可以与多个GPRS/ETH-WSCN网关进行通信；数据处理层用于处理上行数据包和下行数据包，分别交由上行数据包处理子模块和下行数据包处理子模块来处理；其中，上行数据包处理子模块用于对GPRS/ETH-WSCN网关发送给侦听程序的应答帧进行处理；所述应答帧有两种类型，一种是对设置命令的应答，包含设置成功与否的信息；另一种是对查询命令的应答，包含GPRS/ETH-WSCN网关的状态信息；所述上行数据包处理子模块从上行数据队列中获取应答帧，解析应答帧获得命令字，然后执行命令表中对应的命令，根据命令的执行结果在数据表中设置对应的标志位，人机交互软件通过该标志位便可以知道命令执行的状态，如果是查询命令应答帧，侦听程序则会将所查询的状态信息插入对应的数据表中，以供查询；所述下行数据包处理子模块用于从数据表中获取新命令并按照通信协议组本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种互联网与智能制造相结合的架构系统，其特征在于，包括：WSCN节点、GPRS/ETH‑WSCN网关、侦听程序模块、数据库模块及人机交互接口；其中，WSCN节点是具有计算能力和无线通信接口，可连接各种类型传感器及控制器的电子设备，用于：终端数据的实时采集和处理、短距离无线组网、与GPRS/ETH‑WSCN网关的通信、对终端对象的控制，通过数据上行将采集的数据上传至GPRS/ETH‑WSCN网关，并且通过数据下行从GPRS/ETH‑WSCN网关获取相应的命令，以便完成对终端设备的控制；GPRS/ETH‑WSCN网关位于ISMTA的中间层，用于实现感知网络与互联网的互联，是数据传输的中转站；侦听程序模块运行于服务器端，用于完成与GPRS/ETH‑WSCN网关的数据传输及数据处理，同时用于将用户通过人机交互接口下达的命令直接发送给GPRS/ETH‑WSCN网关，交由GPRS/ETH‑WSCN网关进行处理；数据库模块是侦听程序模块和人机交互接口进行数据交互和数据同步的中间件；人机交互接口运行于服务器端，是用户下发命令的通道，以及收集并显示实时状态信息的窗口，用于以友好的图形化界面为用户提供用户管理、系统维护、设备管理和信息管理的基本功能。...

【技术特征摘要】
1.一种互联网与智能制造相结合的架构系统，其特征在于，包括：WSCN节点、GPRS/ETH-WSCN网关、侦听程序模块、数据库模块及人机交互接口；其中，WSCN节点是具有计算能力和无线通信接口，可连接各种类型传感器及控制器的电子设备，用于：终端数据的实时采集和处理、短距离无线组网、与GPRS/ETH-WSCN网关的通信、对终端对象的控制，通过数据上行将采集的数据上传至GPRS/ETH-WSCN网关，并且通过数据下行从GPRS/ETH-WSCN网关获取相应的命令，以便完成对终端设备的控制；GPRS/ETH-WSCN网关位于ISMTA的中间层，用于实现感知网络与互联网的互联，是数据传输的中转站；侦听程序模块运行于服务器端，用于完成与GPRS/ETH-WSCN网关的数据传输及数据处理，同时用于将用户通过人机交互接口下达的命令直接发送给GPRS/ETH-WSCN网关，交由GPRS/ETH-WSCN网关进行处理；数据库模块是侦听程序模块和人机交互接口进行数据交互和数据同步的中间件；人机交互接口运行于服务器端，是用户下发命令的通道，以及收集并显示实时状态信息的窗口，用于以友好的图形化界面为用户提供用户管理、系统维护、设备管理和信息管理的基本功能。2.根据权利要求1所述的架构系统，其特征在于，所述架构系统通过数据事务实现数据上行与下行传输，所述数据事务是指数据流从一个端点传送到另一个端点；其中，上行数据事务是：WSCN节点通过传感器采集环境中的相关数据，按照通信协议将数据以无线方式传送给GPRS/ETH-WSCN网关，GPRS/ETH-WSCN网关利用GPRS或以太网网络将数据上传至服务器，位于服务器的侦听程序接收到数据之后将数据插入服务器的数据库中，人机交互接口从数据库中获取数据并将其显示出来；下行数据事务为：人机交互接口对GPRS/ETH-WSCN网关或WSCN节点下达命令同时会将命令插入数据库，侦听程序从数据库中获取命令并通过远距离数据传输方式发送给GPRS/ETH-WSCN网关，GPRS/ETH-WSCN网关执行命令或者发送命令给目标WSCN节点执行。3.根据权利要求1所述的架构系统，其特征在于，所述WSCN节点包括：微控制器模块、感知模块、控制模块、无线射频模块和电源模块；所述微控制器模块包括中央处理单元、存储器、定时器、多种输入/输出接口，负责任务调度、数据整合及处理工作；感知模块负责采集外界实时物理信息，并将物理信息转换成数字信号；控制模块负责控制外接设备；无线射频模块负责数据的无线收发；电源模块则为其它各模块提供动力。4.根据权利要求1所述的架构系统，其特征在于，所述WSCN节点的软件包括以下模块：底层驱动构件，用于根据硬件构件的实际功能和接口，对具体实现硬件构件的程序代码
\t进行封装，为应用级软件构件提供统一的接口；应用级软件构件，实现对底层驱动构件的上一级操作，可以直接调用已封装好的底层驱动构件；通用级软件构件，用于实现实际的业务逻辑。5.根据权利要求1所述的架构系统，其特征在于，所述GPRS/ETH-WSCN网关包括：主控系统模块、WSCN节点通信模块、GPRS/以太网模块和电源模块；主控系统模块是能够协调其他各模块运行且功能独立的硬件电子设备，用于正确接收并转发WSCN节点通信模块和GPRS/以太网模块的数据；WSCN节点通信模块用于建立主控系统模块与传感器网络之间的连接，实现对下层WSCN网络的管理与控制；GPRS/以太网模块用于建立主控系统模块与互联网之间的连接，实现数据的远距离传输；电源模块为其它各模块提供最基本的动力支持。6.根据权利要求1所述的架构系统，其特征在于，侦听程序模块的软件架构包括：网络通信层、数据处理层和应用层；网络通信层负责建立或关闭GPRS/ETH-WSCN网关与侦听程序之间的连接，同时负责传送两者之间交互的数据；数据处理层负责处理GPRS/ETH-WSCN网关和侦听程序之间的数据，并将数据提取并分析形成有用信息；应用层负责根据不同应用场景对应的不同解决方案来对信息做进一步处理。7.根据权利要求6所述的架构系统，其特征在于，在网络通信层，所述侦听程序模块采用多线程异步Socket机制，使得服务器的同一个端口可以与多个GPRS/ETH-W...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宜怀，施连敏，范宁宁，王绍丹，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32