一种基于边缘计算的工业智能物联模块制造技术

本发明专利技术公布了一种基于边缘计算的工业智能物联模块，包括数据传输模块和服务器，数据传输模块与服务器相连接，所述服务器通过信息通信来对所述数据传输模块做出响应，所述数据传输模块与服务器够成了基于无线网络通信的应用系统，数据传输模块包括开关电源变换单元（U1、U2、U3）、有线网络通讯单元（U4）、中央处理单元（U5）、RS485通讯单元（U6）、RS232通讯单元（U7）和无线通讯单元（U8）；本申请能够给高效处理海量数据，满足实时性和安全性。基于边缘计算的工业智能物联模块的主要应用领域有：工控产品、环保行业、智慧农业、工业设备、生活设施等方向。

【技术实现步骤摘要】
一种基于边缘计算的工业智能物联模块
本专利技术涉及工业控制器
，具体涉及一种基于边缘计算的工业智能物联模块。
技术介绍
截至到2020年，连接入网的无线设备已达到500亿台，云计算虽然能为大数据处理提供高效的计算平台，但线性增长的集中式云计算能力无法匹配数据爆炸式的增长，网络带宽成本也远不及CPU、内存等硬件资源成本下降的速度，传统云计算模式难以高效的支持的万物互联的应用服务。现有技术中，对比文件CN111381545A，公开一种基于边缘计算的保护测控智能终端，采集的数据是不均衡的、多源异构的，导致系统性能降低，异常数据检测效率大幅度下降，异常数据检测算法对算法参数的依赖性强，自适应性能差，且未有效地解决大数据量为异常检测带来的难题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供了一种基于边缘计算的工业智能物联模块，引入边缘计算，采用数据压缩方法对所述现场数据进行消冗处理，将所述消冗处理后的数据经异常检测后上传工业物联网系统的云平台，所述智能物联网模块采用一种基于边缘计算的数据压缩与异常检测算法。本专利技术具体技术方案为：一种基于边缘计算的工业智能物联模块，应用于工业物联网系统，采用基于边缘计算的数据压缩方法与异常检测算法。基于边缘计算的工业智能物联模块，包括数据传输模块和服务器，数据传输模块与服务器相连接，所述服务器通过信息通信来对所述数据传输模块做出响应，所述数据传输模块与服务器够成了基于无线网络通信的应用系统，数据传输模块包括开关电源变换单元、有线网络通讯单元、中央处理单元、RS485通讯单元、RS232通讯单元和无线通讯单元；开关电源变换单元、有线网络通讯单元、RS485通讯单元、RS232通讯单元和无线通讯单元均与中央处理单元相连接。中央处理单元进行基于边缘计算的数据压缩算法运算，开关电源变换单元包括三组通讯接口RX和TX，所述三组通讯接口RX和TX分别连接无线通讯单元、RS232通讯单元和RS485通讯单元；中央处理单元包括时钟信号引脚、片选信号引脚、输入信号引脚和输出信号引脚，时钟信号引脚、片选信号引脚、输入信号引脚和输出信号引脚都连接局域网通讯单元。中央处理单元为ARM。数据传输模块的通信方式包括：通过RS232通讯单元接口对工业智能物联模块进行设置，具体包括以下步骤：(101)系统自检，自检无故障则进入步骤(102)；(102)检测外接设备是否接入，如果接入进入步骤(103)，否则等待外接设备接入；(103)检查工业智能物联模块SN号；(104)设置工业智能物联模块服务器IP地址及端口号；(105)检查工业智能物联模块W5X00有线网络模块的MAC地址；(106)对RS232通道设置通过RS485周期性读操作；(107)对RS232通道设置通过RS485进行写操作；(108)对RS232通道设置RS485通信参数；通过RS232接口读取工业智能物联模块的参数，具体包括以下步骤：(201)读取工业智能物联模块SN号；(202)判断工业智能物联模块SN号是否在云平台数据库中，工业智能物联模块SN号在云平台数据库，进入步骤(203)；否则，退出系统；(203)读取工业智能物联模块固件版本号；(204)读取工业智能物联模块MAC地址；(205)读取工业智能物联模块RS485设置参数；(206)读取工业智能物联模块的服务器IP地址和端口号；(207)读取MODBUS读操作相关设置；通过服务器对工业智能物联模块进行设置，具体包括以下步骤：(301)服务器通过网络设置为通过RS485周期性读操作；(302)服务器通过网络设置为通过RS485进行写操作；(303)服务器通过网络设置RS485工作参数；基于边缘计算的数据压缩算法具体包括以下步骤：S1，采集数据，将数据进行分组上传到智能物联网模块边缘端；S2，建立数据集；S3，从数据集中随机选择子样本，构建隔离树；S4，判断数据集中数据是否为异常数据；S5，如果是异常数据，将异常数据以及标签上传至服务器并反馈给控制器执行相应控制；如果是正常数据，则正常上传至服务器。步骤S1具体包括以下步骤：按照时间维度采集数据，获取时序数据，将时序数据分组上传，每组时序数据包含m个时序数据，设置误差阈值e，将第T组时序数据上传到智能物联网模块边缘端，智能物联网模块边缘端指数据传入服务器前进行预处理的部分。步骤S2具体包括以下步骤：当第T组的时序数据T[i]与第T-1组时序数据的平均值的差小于误差阈值e则不进行输出，当组内时序数据T[i+1]、T[i+2]、……、T[i+m]中每个数据与第T-1组时序数据的平均值的的差小于误差阈值e，将T[i+m]与第T-1组中的时序数据的平均值作为非冗余数据上传至服务器，将[i+m]作为数据标签存入服务器中；其中i表示时序数据在分组数据中的序号，T[i]为第T组的第i个时序数据。当时序数据T[i+k]与第T-1组时序数据的平均值的差大于等于误差阈值e时，则将T[i+k]作为不可忽略数据直接上传至数据集S中，[i+k]将作为数据标签存入服务器中，进行异常检测处理，建立数据集S＝{S1，S2，S3，…，Sn}。步骤S3具体包括以下步骤：从数据集S＝{S1，S2，S3，…，Sn}中随机选择A个点作为子样本，构成子样本数据集S(A)，其中Sn表示第n个存入数据集S中的时序数据，S(Ai)表示子样本数据集S(A)中第i个时序数据；随机产生切割点P，从A个子样本中随机产生切割点P作为根节点，切割点(根节点)P产生于当前子样本中最大值与最小值之间，按照切割点P对子样本数据集S(A)进行划分；选取的切割点(或根节点)P的生成的超平面把当前子样本数据集S(A)中小于P的点放在当前节点的左分支NL，把大于等于P的点放在当前节点的右分支NR，递归构造左分支和右分支，直到叶子节点上只有一个时序数据或树已经生长到所设定的高度log2A，完成单个隔离树iTree的构建，其中，叶子节点为子样本数据集S(A)中的时序数据。循环随机数据集S＝{S1，S2，S3，…，Sn}中选取不同的A个点的子样本，训练得到若干个iTree。在训程过程中，每棵iTree是随机选取样本和独立生成的，通常iTree的数量越多，算法越稳定。步骤S4具体包括以下步骤：子样本数据遍历每一个iTree，得到A个子样本数据在iTree中的路径长度，路径长度表示从iTree的根节点到叶子节点所经过的边的数量。由于切割过程是完全随机的，采用集成方法使结果收敛，循环从子样本数据中随机选择A点作为子样本进行切割，计算A个子样本数据遍历每一个iTree时路径长度的平均值h(S(A))，其中第i个子样本数据遍历每一个iTree时路径长度的平均值记为h(Si)，数据集S中的n个数据在遍历每一个iTree时的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于边缘计算的工业智能物联模块，其特征在于，应用于工业物联网系统，采用基于边缘计算的数据压缩方法与异常检测算法。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于边缘计算的工业智能物联模块，其特征在于，应用于工业物联网系统，采用基于边缘计算的数据压缩方法与异常检测算法。


2.根据权利要求1所述基于边缘计算的工业智能物联模块，其特征在于，
包括数据传输模块和服务器，数据传输模块与服务器相连接，所述服务器通过信息通信来对所述数据传输模块做出响应，所述数据传输模块与服务器够成了基于无线网络通信的应用系统，数据传输模块包括开关电源变换单元(U1、U2、U3)、有线网络通讯单元(U4)、中央处理单元(U5)、RS485通讯单元(U6)、RS232通讯单元(U7)和无线通讯单元(U8)；开关电源变换单元(U1、U2、U3)、有线网络通讯单元(U4)、RS485通讯单元(U6)、RS232通讯单元(U7)和无线通讯单元(U8)均与中央处理单元(U5)相连接。


3.根据权利要求2所述基于边缘计算的工业智能物联模块，其特征在于，
中央处理单元(U5)进行基于边缘计算的数据压缩算法运算，开关电源变换单元(U1、U2、U3)包括三组通讯接口RX和TX，所述三组通讯接口RX和TX分别连接无线通讯单元(U8)、RS232通讯单元(U7)和RS485通讯单元(U6)；
中央处理单元(U5)包括时钟信号引脚(CLK)、片选信号引脚(CS)、输入信号引脚(SIN)和输出信号引脚(SOUT)，时钟信号引脚(CLK)、片选信号引脚(CS)、输入信号引脚(SIN)和输出信号引脚(SOUT)都连接局域网通讯单元(U4)。


4.根据权利要求2所述基于边缘计算的工业智能物联模块，其特征在于，中央处理单元(U5)为ARM。


5.根据权利要求2所述基于边缘计算的工业智能物联模块，其特征在于，
数据传输模块的通信方式包括：
通过RS232通讯单元接口对工业智能物联模块进行设置，具体包括以下步骤：
(101)系统自检，自检无故障则进入步骤(102)；
(102)检测外接设备是否接入，如果接入进入步骤(103)，否则等待外接设备接入；
(103)检查工业智能物联模块SN号；
(104)设置工业智能物联模块服务器IP地址及端口号；
(105)检查工业智能物联模块W5X00有线网络模块的MAC地址；
(106)对RS232通道设置通过RS485周期性读操作
(107)对RS232通道设置通过RS485进行写操作；
(108)对RS232通道设置RS485通信参数；
通过RS232接口读取工业智能物联模块的参数，具体包括以下步骤：
(201)读取工业智能物联模块SN号；
(202)判断工业智能物联模块SN号是否在服务器中，工业智能物联模块SN号在服务器的数据库，进入步骤(203)；否则，退出系统；
(203)读取工业智能物联模块固件版本号；
(204)读取工业智能物联模块MAC地址；
(205)读取工业智能物联模块RS485设置参数；
(206)读取工业智能物联模块的服务器IP地址和端口号；
(207)读取MODBUS读操作相关设置；
通过服务器对工业智能物联模块进行设置，具体包括以下步骤：
(301)服务器通过网络设置为通过RS485周期性读操作；
(302)服务器通过网络设置为通过RS485进行写操作；
(303)服务器通过网络设置RS485工作参数。


6.根据权利要求1所述基于边缘计算的工业智能物联模块，其特征在于，
基于边缘计算的数据压缩算法具体包括以下步骤：
S1，采集数据，将数据进行分组上传到智能物联网模块边缘端；
S2，建立数据集；
S3，从数据集中随机选择子样本，构建隔离树；
S4，判断数据集中数据是否为异常数据；
S5，如果是异常数据，将异常数据以及标签上传至服务器并反馈给控制器执行相应控制；如果是正常数据，则正常上传至服务器。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘德胜，孔德权，孙悦，王超阳，王慧，陈晓伟，赵金碧，
申请(专利权)人：佳木斯大学，黑龙江省大洲电气自动化科技有限公司，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23