一种无线模拟量控制方法、 装置及系统 【技术领域】
本发明涉及模拟量控制技术， 特别涉及一种无线模拟量控制方法、 装置及系统。背景技术 随着物联网技术的普及， 越来越多的设备上安装了无线传感器产品， 用于监控设 备的工作环境和运行状态， 并将监控得到的工作环境和运行状态信息上传到监控中心， 监 控中心根据接收的信息对设备运行状态进行分析， 以便在设备出现故障或需要对运行状态 进行调整时能够及时地通知技术人员进行维修或相应地调整设备的运行状态， 以有效减少 技术人员定期巡检设备所需的成本、 以及在两个巡检期之间不能及时修复故障导致的设备 工作效率低下的技术问题。
由上述可见， 现有的无线传感器技术， 主要用于监控设备的工作环境和运行状态， 以提供给监控中心进行设备运行状态分析， 但在设备出现故障或需要对运行状态进行调整 时， 还需要技术人员进行现场维护， 完成维护所需时间较长， 使得使用成本较高、 设备工作 效率较低。
发明内容 有鉴于此， 本发明的主要目的在于提出一种无线模拟量控制方法， 降低使用成本、 提高设备工作效率。
本发明的另一目的在于提出一种无线模拟量控制装置， 降低使用成本、 提高设备 工作效率。
本发明的再一目的在于提出一种无线模拟量控制系统， 降低使用成本、 提高设备 工作效率。
为达到上述目的， 本发明提供了一种无线模拟量控制方法， 该方法包括 ：
接收外部发送的携带比例参数信息以及被控设备标识 ID 的数据包 ；
解析数据包， 确定数据包中携带的被控设备 ID 与预先设置的 ID 匹配， 获取数据包 中的比例参数信息 ；
确定比例参数在预先设置的比例参数阈值范围内， 将比例参数信息转换为相应的 模拟信号， 向被控设备输出模拟信号， 以使被控设备根据接收的模拟信号进行调节。
所述接收外部发送的携带比例参数信息以及被控设备标识 ID 的数据包包括 ：
上位机将被控设备的比例参数信息进行打包， 形成数据包， 携带有被控设备 ID， 将 数据包发送给无线网关， 无线网关将接收的数据包转发 ；
无线通信模块接收携带比例参数信息以及被控设备 ID 的数据包。
所述无线网关将接收的数据包转发的步骤之前， 进一步包括 ：
无线网关将接收的数据包加密。
所述确定比例参数在预先设置的比例参数阈值范围内后， 进一步包括 ：
向无线网关发送加密的确认应答信息， 无线网关接收到确认应答信息解密后发送
给上位机， 上位机显示此次操作成功的提示信息。
进一步包括 ：
确定比例参数没有在预先设置的比例参数阈值范围内， 向无线网关发送加密的参 数错误应答信息， 无线网关接收到参数错误应答信息解密后发送给上位机， 上位机显示此 次操作失败的提示信息并调整比例参数信息。
进一步包括 ：
采集被控设备运行状态信息 ；
确定被控设备运行状态信息与预先设置的比例参数对应的运行状态信息不相匹 配， 将被控设备运行状态信息输出至上位机， 上位机调整当前已下发的比例参数信息。
进一步包括 ：
确定被控设备运行状态信息与预先设置的比例参数对应的运行状态信息相匹配， 向上位机输出控制完成信息。
所述模拟信号包括 ： 4 ～ 20mA 模拟信号、 0 ～ 5V 模拟信号、 脉宽调制器脉冲信号或 开关信号。
一种无线模拟量控制装置， 该装置包括 ： 无线通信模块、 微处理器以及模拟量输出 模块， 其中， 无线通信模块， 接收外部发送的携带比例参数信息以及被控设备标识 ID 的数据 包， 输出至微处理器 ；
微处理器， 解析数据包， 确定数据包中携带的被控设备 ID 与预先设置的 ID 匹配， 获取数据包中的比例参数信息， 确定比例参数在预先设置的比例参数阈值范围内， 将比例 参数信息输出至模拟量输出模块 ；
模拟量输出模块， 接收比例参数信息， 转换为相应的模拟信号， 向被控设备输出模 拟信号， 以使被控设备根据接收的模拟信号进行调节。
所述无线通信模块采用 TI 的 CC 系列无线通信芯片 ；
所述微处理器采用 16 位的 MSP430 单片机。
一种无线模拟量控制系统， 该系统包括 ： 上位机、 无线网关以及无线模拟量控制装 置， 其中，
上位机， 用于确定被控设备的比例参数信息， 将比例参数信息以及被控设备标识 ID 信息进行封装后形成数据包， 发送给无线网关 ；
无线网关， 将接收的数据包转发至无线模拟量控制装置 ；
无线模拟量控制装置， 接收并解析数据包， 确定数据包中携带的被控设备 ID 与预 先设置的 ID 匹配， 获取数据包中的比例参数信息， 确定比例参数在预先设置的比例参数阈 值范围内， 将比例参数信息转换为相应的模拟信号， 向被控设备输出模拟信号， 以使被控设 备根据接收的模拟信号进行调节。
所述无线网关进一步用于将接收的数据包进行加密或解密处理。
进一步包括 ： 无线传感器，
无线传感器， 采集被控设备运行状态信息， 输出至无线模拟量控制装置 ；
无线模拟量控制装置， 进一步用于判断接收的被控设备运行状态信息是否与预先 设置的比例参数对应的运行状态信息相匹配， 如果不匹配， 将被控设备运行状态信息加密
后输出至无线网关， 如果匹配， 将控制完成信息加密后输出至无线网关 ；
无线网关， 进一步用于将接收的信息解密后输出至上位机 ；
上位机， 进一步用于根据接收的被控设备运行状态信息以及预先设置的比例参数 对应的运行状态信息调整被控设备的比例参数信息。
所述无线模拟量控制装置包括 ： 无线通信模块、 微处理器以及模拟量输出模块， 其 中，
无线通信模块， 接收外部发送的携带比例参数信息以及被控设备 ID 的数据包， 输 出至微处理器 ；
微处理器， 解析数据包， 确定数据包中携带的被控设备 ID 与预先设置的 ID 匹配， 获取数据包中的比例参数信息， 确定比例参数在预先设置的比例参数阈值范围内， 将比例 参数信息输出至模拟量输出模块 ；
模拟量输出模块， 接收比例参数信息， 转换为相应的模拟信号， 向被控设备输出模 拟信号， 以使被控设备根据接收的模拟信号进行调节。
所述无线网关包括 ： 接口模块、 网关微处理器以及网关无线通信模块， 其中，
接口模块， 用于提供与上位机连接的接口， 接收上位机输出的数据包， 输出至网关 微处理器， 接收网关微处理器的数据包， 输出至上位机 ； 网关微处理器， 接收接口模块输出的数据包， 进行加密后输出至网关无线通信模 块； 接收网关无线通信模块输出的加密的数据包， 解密后输出至接口模块 ；
网关无线通信模块， 接收网关微处理器输出的加密数据包， 输出至无线模拟量控 制装置 ； 接收无线模拟量控制装置发送的加密数据包， 输出至网关微处理器。
由上述的技术方案可见， 本发明实施例提供的一种无线模拟量控制方法、 装置及 系统， 接收外部发送的携带比例参数信息以及被控设备标识 ID 的数据包 ； 解析数据包， 确 定数据包中携带的被控设备 ID 与预先设置的 ID 匹配， 获取数据包中的比例参数信息 ； 确定 比例参数在预先设置的比例参数阈值范围内， 将比例参数信息转换为相应的模拟信号， 向 被控设备输出模拟信号， 以使被控设备根据接收的模拟信号进行调节。 这样， 通过无线通信 方式， 减少了被控设备间的布线以及可能由布线引起的问题， 无需人工到现场操作被控设 备， 降低了人工维护成本， 同时也减少了被控设备调控的时间， 提高了被控设备工作效率。
附图说明
图 1 为本发明实施例的无线模拟量控制装置结构示意图。
图 2 为本发明实施例的无线模拟量控制系统结构示意图。
图 3 为本发明实施例的无线网关结构示意图。
图 4 为本发明实施例无线模拟量控制系统的第二结构示意图。
图 5 为本发明实施例无线模拟量控制系统的第三结构示意图。
图 6 为本发明实施例无线模拟量控制方法的流程示意图。
图 7 为本发明实施例无线模拟量控制方法的具体流程示意图。 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， 下面将结合附图及具体实施例对本发明作进一步地详细描述。
现有的无线传感器技术， 通过采集设备的运行状态信息并上报， 主要用于对设备 的监控， 还没有应用于对设备的控制， 因此， 应用领域较较为狭窄， 应用特点得不到充分扩 展， 本发明实施例提出无线模拟量控制方法、 装置及系统， 应用于设备控制， 例如， 应用于对 设备的流量控制、 电机转速控制或开关控制等方面， 这样， 可实现对设备的远程控制、 减少 使用成本以及布线成本， 扩展无线传感器应用范围。
图 1 为本发明实施例的无线模拟量控制装置结构示意图。参见图 1， 该装置包括 ： 无线通信模块、 微处理器以及模拟量输出模块， 其中，
无 线 通 信 模 块， 接 收 外 部 发 送 的 携 带 比 例 参 数 信 息 以 及 被 控 设 备 标 识 (ID， Identifier) 的数据包， 输出至微处理器 ；
本实施例中， 无线通信模块采用 TI 的 CC 系列无线通信芯片， 该芯片具有成本低 廉、 集成度高、 抗干扰能力强等特点。
比例参数信息是对设备进行控制过程中使用的技术术语， 以电机转速控制为例， 额定转速的比例参数信息为 1， 如果需要将电机转速设置为额定转速的一半， 则比例参数信 息为 0.5。被控设备 ID 用以标识需要被控制的设备的信息， 每一被控设备具有唯一被控设 备 ID， 本发明实施例中， 被控设备 ID 为无线模拟量控制装置的 ID， 无线模拟量控制装置与 被控设备具有唯一映射关系， 当然， 实际应用中， 也可以将无线模拟量控制装置设置在被控 设备上。 微处理器， 解析数据包， 确定数据包中携带的被控设备 ID 与预先设置的 ID 匹配， 获取数据包中的比例参数信息， 确定比例参数在预先设置的比例参数阈值范围内， 将比例 参数信息输出至模拟量输出模块 ；
本实施例中， 微处理器采用 16 位的 MSP430 单片机， 该机具有超低功耗、 外设丰富、 运算能力强的特点。 微处理器预先存储有被控设备的比例参数阈值范围， 例如， 对于电机转 速控制， 比例参数阈值范围可以为 ： 0.2 ～ 1.1， 即比例参数信息可以为 0.2 ～ 1.1 之间的数 值， 如果接收的比例参数数值不在 0.2 ～ 1.1 之间， 则丢弃接收的比例参数信息。
实际应用中， 如果无线模拟量控制装置与被控设备具有唯一映射关系， 则预先设 置的 ID 为无线模拟量控制装置的 ID， 如果无线模拟量控制装置可以控制多个被控设备， 则 预先设置的 ID 为多个被控设备 ID， 只要数据包中携带的被控设备 ID 与多个被控设备 ID 中 的一个被控设备 ID 相同， 则确定匹配。
模拟量输出模块， 接收比例参数信息， 转换为相应的模拟信号， 向被控设备输出模 拟信号， 以使被控设备根据接收的模拟信号进行调节。
本实施例中， 模拟量输出模块输出 4 ～ 20mA 模拟信号， 当然， 也可扩展为输出 0 ～ 5V 模拟信号、 脉宽调制器 (PWM， Pulse Width Modulation) 脉冲信号、 开关信号等通用性好、 适用范围广的模拟信号。 例如， 额定转速的比例参数信息对应的模拟信号设置为 18mA， 则比 例参数信息为 0.5 对应的模拟信号为 9mA。
图 2 为本发明实施例的无线模拟量控制系统结构示意图。参见图 2， 该系统包括 ： 上位机、 无线网关以及无线模拟量控制装置， 其中，
上位机， 用于确定被控设备的比例参数信息， 将比例参数信息以及被控设备 ID 信 息进行封装后形成数据包， 发送给无线网关 ；
本实施例中， 上位机可以根据被控设备运行状态或实际需要确定当前被控设备的 比例参数信息。
无线网关， 将接收的数据包转发至无线模拟量控制装置 ；
无线模拟量控制装置， 接收并解析数据包， 确定数据包中携带的被控设备 ID 与预 先设置的 ID 匹配， 获取数据包中的比例参数信息， 确定比例参数在预先设置的比例参数阈 值范围内， 将比例参数信息转换为相应的模拟信号， 向被控设备输出模拟信号， 以使被控设 备根据接收的模拟信号进行调节。
较佳地， 无线网关进一步用于将接收的数据包进行加密处理。
实际应用中， 该无线模拟量控制系统可以进一步包括 ： 无线传感器 ( 图中未示 出 )，
无线传感器， 采集被控设备运行状态信息， 输出至无线模拟量控制装置 ；
本实施例中， 无线传感器按照预先设置的采集时间周期采集被控设备运行状态信 息。
无线模拟量控制装置， 进一步用于判断接收的被控设备运行状态信息是否与预先 设置的比例参数对应的运行状态信息相匹配， 如果不匹配， 将被控设备运行状态信息加密 后输出至无线网关， 如果匹配， 将控制完成信息加密后输出至无线网关 ；
本实施例中， 以被控设备运行状态信息为电机转速信息为例， 如果比例参数为 0.5， 对应的电机转速为 3200 转 / 分钟， 预先设置的比例参数对应的运行状态信息为 ： 3150 转 / 分钟～ 3250 转 / 分钟。如果采集的被控设备运行状态信息为 3210 转 / 分钟， 则微处 理器判断被控设备运行状态信息与预先设置的比例参数对应的运行状态信息相匹配， 如果 采集的被控设备运行状态信息为 3090 转 / 分钟， 则微处理器判断被控设备运行状态信息与 预先设置的比例参数对应的运行状态信息不相匹配。
无线网关， 进一步用于将接收的信息解密后输出至上位机 ；
上位机， 进一步用于根据接收的被控设备运行状态信息以及预先设置的比例参数 对应的运行状态信息调整被控设备的比例参数信息。
图 3 为本发明实施例的无线网关结构示意图。 参见图 3， 该用于与无线模拟量控制 装置通信的无线网关由接口模块、 微处理器以及无线通信模块组成， 其中，
接口模块， 用于提供与上位机连接的接口， 接收上位机输出的数据包， 输出至微处 理器， 接收微处理器的数据包， 输出至上位机 ；
本实施例中， 接口模块采用通用串行总线 (USB， Universal Serial Bus) 接口， 也 可采用 RS-232、 RS-485 或控制器局域网络 (CAN， Controller Area Network) 总线接口等适 用范围广、 灵活便捷的接口。
微处理器， 接收接口模块输出的数据包， 进行加密后输出至无线通信模块 ； 接收无 线通信模块输出的加密的数据包， 解密后输出至接口模块 ；
本实施例中， 微处理器采用 16 位的 MSP430 单片机， 该机具有超低功耗、 外设丰富、 运算能力强的特点。
无线通信模块， 接收微处理器输出的加密数据包， 输出至无线模拟量控制装置 ； 接 收无线模拟量控制装置发送的加密数据包， 输出至微处理器。
本实施例中， 无线通信模块采用 TI 的 CC 系列无线通信芯片， 该芯片具有成本低廉、 集成度高、 抗干扰能力强等特点。
图 4 为本发明实施例无线模拟量控制系统的第二结构示意图。 参见图 4， 该无线模 拟量控制系统包括 ： 上位机、 无线网关、 无线模拟量控制装置以及被控设备， 其中，
无线模拟量控制装置 ID 与被控设备 ID 相同或存在唯一映射关系， 上位机通过 USB 接口或者串口连接无线网关， 比例参数信息经过上位机打包后发送给无线网关， 无线网关 上的微处理器将数据包加密， 然后通过无线网关上的无线通信模块将数据包发送， 无线模 拟量控制装置上的无线通信模块接收到数据包后， 产生数据包接收完成中断， 输出至无线 模拟量控制装置上的微处理器， 微处理器将数据包读出， 解密后开始解析数据， 当数据包中 的被控设备 ID 不等于自身的 ID 时， 丢弃该数据包， 否则， 解析数据包中的其他数据， 并判 断比例参数是否在正确的调整范围 ( 预先设置的比例参数对应的运行状态信息 ) 内， 如果 比例参数在正确的调整范围内， 则向无线网关发送加密的确认应答信息， 否则则向无线网 关发送加密的参数错误应答信息， 无线网关接收到应答信息， 解密后发送给上位机， 上位机 显示提示信息， 以提示此次操作是否成功。同时， 微处理器解析出比例参数后， 经过运算产 生输出给模拟输出模块的数据， 发送给模拟输出模块， 模拟输出模块根据数据产生模拟信 号。 如果被控设备有反馈信号， 则通过无线传感器采集被控设备的反馈信号， 输出至微处理 器， 微处理器检测被控设备是否已经调整到设定的比例值， 同时， 将被控设备的控制比例值 ( 被控设备运行状态信息 ) 打包加密后通过无线通信模块传送给无线网关， 无线网关解密 后传送给上位机。如果被控设备的反馈信号值达到所设定的控制比例值， 则发送加密的本 次控制完成信息包给无线网关， 无线网关将信息包解密后发送给上位机。 图 5 为本发明实施例无线模拟量控制系统的第三结构示意图。参见图 5， 该无线 模拟量控制系统包括 ： 上位机、 通用分组无线业务 (GPRS， General Packet Radio Service) 网络基站、 GPRS 网关、 无线网关、 无线模拟量控制装置以及被控设备， 其中，
上位机通过因特网 (Internet) 将数据包发送到 GPRS 网络基站， GPRS 网络基站再 将数据包发送给 GPRS 网关， GPRS 网关接收到数据包后， 通过串口将数据包传送到无线网关 的微处理器中， 然后无线网关与无线模拟量控制装置进行通信， 关于无线网关与无线模拟 量控制装置进行通信的描述， 具体可参见图 4 的相关描述， 在此不再赘述。
图 6 为本发明实施例无线模拟量控制方法的流程示意图。参见图 6， 该流程包括 ：
步骤 601， 接收外部发送的携带比例参数信息以及被控设备 ID 的数据包 ；
步骤 602， 解析数据包， 确定数据包中携带的被控设备 ID 与预先设置的 ID 匹配， 获 取数据包中的比例参数信息 ；
步骤 603， 确定比例参数在预先设置的比例参数阈值范围内， 将比例参数信息转换 为相应的模拟信号， 向被控设备输出模拟信号， 以使被控设备根据接收的模拟信号进行调 节。
图 7 为本发明实施例无线模拟量控制方法的具体流程示意图。 参见图 7， 该流程包 括：
步骤 701， 无线通信模块接收携带比例参数信息以及被控设备 ID 的数据包， 输出 至微处理器 ；
本步骤中， 上位机将待发送至设备的比例参数信息进行打包， 形成数据包， 携带有 被控设备 ID， 即待发送至设备的 ID， 将数据包发送给无线网关， 无线网关上的微处理器将
数据包加密， 然后通过无线通信模块将数据包发送， 设备上的无线通信模块接收数据包， 接 收完成后中断给微处理器。
步骤 702， 微处理器解析数据包， 确定数据包中携带的被控设备 ID 与预先设置的 ID 匹配， 获取数据包中的比例参数信息 ；
本步骤中， 微处理器接收数据包， 解密后开始解析数据， 当数据包中的被控设备 ID 与预先设置的 ID 不匹配时， 表明该数据包不是发送给自己的， 丢弃该数据包 ； 如果数据包 中的被控设备 ID 与预先设置的 ID 匹配， 则解解析包中的其他数据， 获取数据包中的比例参 数信息。
步骤 703， 微处理器确定比例参数在预先设置的比例参数阈值范围内， 将比例参数 输出至模拟量输出模块 ；
本步骤中， 微处理器判断比例参数是否在预先设置的比例参数阈值范围内， 如果 比例参数没有超出比例参数阈值范围， 微处理器解析出比例参数后， 经过运算产生输出给 模拟输出模块的模拟信号， 发送给模拟输出模块。 如果比例参数超出比例参数阈值范围， 则 丢弃该比例参数， 并结束流程。
较佳地， 微处理器在确定比例参数在预先设置的比例参数阈值范围内后， 进一步 包括 ： 微处理器向无线网关发送加密的确认应答信息， 无线网关接收到确认应答信息解 密后发送给上位机， 上位机显示此次操作成功的提示信息。
当然， 微处理器在确定比例参数没有在预先设置的比例参数阈值范围内后， 也可 以进一步包括 ：
微处理器向无线网关发送加密的参数错误应答信息， 无线网关接收到参数错误应 答信息解密后发送给上位机， 上位机显示此次操作失败的提示信息。 实际应用中， 上位机还 可以根据操作失败的提示信息， 调整比例参数信息， 并再次向该设备下发。
步骤 704， 模拟量输出模块将接收的比例参数信息转换为模拟信号， 并输出至被控 设备， 以使被控设备根据接收的模拟信号进行调节 ；
本步骤中， 模拟量输出模块将接收的比例参数信息转换为模拟信号， 以实现对被 控设备的控制， 例如， 被控设备根据模拟信号进行流量控制、 电机转速控制或开关控制等。
在被控设备进行调节后， 该无线模拟量控制方法还进一步包括 ：
步骤 705， 采集被控设备运行状态信息， 输出至微处理器 ；
本步骤中， 如果是对被控设备进行流量控制， 则采集被控设备进行流量控制后的 流量信息， 如果是对被控设备进行电机转速控制， 则按照预先设置的采集周期采集被控设 备进行电机转速控制后的电机转速信息。
步骤 706， 微处理器判断被控设备运行状态信息是否与预先设置的比例参数对应 的运行状态信息相匹配， 如果不匹配， 执行步骤 707， 如果匹配， 执行步骤 708 ；
本步骤中， 以被控设备运行状态信息为电机转速信息为例， 如果比例参数为 0.5， 对应的电机转速为 3200 转 / 分钟， 预先设置的比例参数对应的运行状态信息为 ： 3150 转 / 分钟～ 3250 转 / 分钟。如果采集的被控设备运行状态信息为 3210 转 / 分钟， 则微处理器 判断被控设备运行状态信息与预先设置的比例参数对应的运行状态信息相匹配， 如果采集 的被控设备运行状态信息为 3090 转 / 分钟， 则微处理器判断被控设备运行状态信息与预先
设置的比例参数对应的运行状态信息不相匹配。
步骤 707， 将被控设备运行状态信息输出至上位机 ；
本步骤中， 微处理器将被控设备运行状态信息打包加密后， 通过无线通信模块传 送给无线网关， 无线网关解密后传送给上位机， 上位机根据接收的被控设备运行状态信息 以及目标比例参数， 对被控设备进行调整。
步骤 708， 向上位机输出控制完成信息。
本步骤中， 如果被控设备运行状态达到所设定的比例参数对应的运行状态， 则发 送本次控制完成信息给无线网关， 无线网关将信息解密后发送给上位机。
由上述可见， 本发明实施例提供了一种可以远程控制被控设备的流量、 电机或者 开关， 通过接收上位机发送的比例参数控制模拟量输出的大小， 并且可以采集后端被控设 备的反馈信号实现更加精确的控制， 达到如同现场操作被控设备同样的效果， 不需要人工 在现场干预， 可长时间稳定、 可靠工作的无线模拟量控制装置， 同时也可以将被控设备的工 作环境和状态采集后发送给监控中心 ( 上位机 )， 特别适用于长期运转的设备， 可以应用 在分布式的传感控制系统中， 上位机可以通过算法将分布在同一区域的传感器信息进行统 计， 计算出准确的比例参数发送给该无线模拟量控制装置， 因为使用的是无线通信技术， 安 装该无线模拟量控制装置省去了线路敷设的麻烦， 具有如下有益技术效果 ： 1)、 通过无线通信方式， 减少了被控设备间的布线以及可能由布线引起的问题， 无 需人工到现场操作被控设备， 降低了人工维护成本， 同时也减少了被控设备调控的时间， 提 高了被控设备工作效率。
2)、 无线数据包加密传输， 保证了数据的安全有效。
3)、 使用通信应答方式， 保证了数据能够准确可靠地传输到被控设备。
4)、 每个无线模拟量控制装置都有唯一的 ID， 该装置只解析发送给自身 ID 的信 息， 这样， 使用一台主机可以控制多台被控设备。
5)、 控制过程中一直监控被控设备的反馈信号， 保证控制的精准有效。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已， 并非用于限定本发明的保护范围。凡在 本发明的精神和原则之内， 所作的任何修改、 等同替换以及改进等， 均应包含在本发明的保 护范围之内。