室温采集系统及其终端设备的制作方法

1.本发明涉及室温无线采集技术领域，特别是涉及一种室温采集系统及其终端设备。


背景技术：

2.早期的人工定期抽查室温供给指标，温度采集靠人工上门测量，工作量大，数据不及时，数据无法与自动化设备连接，导致人力资源在繁忙的系统运行中问题比较突出。随需求而来的，又陆续出现了安装远程网络终端采集数据的方案，这种方案由于其布线施工难度、造价高、工作量大、线缆故障率高等问题的存在，并没能得到广泛应用。
3.继有线的网络终端出现之后，又出现了基于有线终端+无线中继的系统构成方式，与前者相比，这样的方案优化了长输通讯线缆的弊端，只保留了各终端到临近中继的有线通讯，施工量有所减小，但中继等设备的投入有所增加，而且在使用效果上看，数据的有效上传故障率仍较高，尤其是集群性失联和丢数的问题突出，此类问题的故障通常是由于线缆故障所致。而与此类同时产生的，还有另一类局部无线组网+集中无线上报的技术方案，如lora,与前者相比，这样的方案优化了所有通讯线缆的弊端，但仍存在数据的有效上传故障率较高，尤其是集群性失联和丢数的问题突出。且由于无线信号穿透的限制，中继所在位置与楼宇间信号覆盖率不高的问题也突显出来。
4.随着无线通讯技术的发展，又衍生出基于gprs通讯的纯无线数据采集方案，较之前方案，该方案有两个突出的改进：首先，彻底去除了各环节信号线的有线传输方式，有效规避了线缆所带来的故障根源。其次，利用gsm通讯公网，既省去了自建网络的投入费用，同时有效规避了自建网络的不稳定。可以说是此前最优的方案。但随着部署数量的增加，该方案也带来了新的问题：1.终端设备的通讯模块和gprs的网络运营服务费成本大大增加。2.密集部署对通讯基站的压力激增，甚至影响了正常的通讯保障。3.gprs模组的工作方式及功率决定了其功耗最低限，也造成了其只能用于有源终端的使用限制。
5.因此，现有技术中的室温采集系统可靠性较差且实用性较低。


技术实现要素：

6.基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种可靠性较高且实用性较高的室温采集系统及其终端设备。
7.本发明提供了一种室温采集系统，包括数据采集模块、网络通讯模块、数据服务模块以及应用服务模块；
8.所述数据采集模块用于通过温度传感器和湿度传感器获取相应的传感器数据，并将所述传感器数据进行加密打包为数据包；
9.所述网络通讯模块用于基于nb-iot组网和mqtt协议将所述数据包传输至所述数据服务模块；
10.所述数据服务模块用于对所述数据包进行过滤和认证，并按照中台规则将过滤认
证后的数据包进行解析和存储；
11.所述应用服务模块用于接收中台规则解析后的数据包，并将所述中台规则解析后的数据包进行分类和转发。
12.在其中一个实施例中，所述数据采集模块包括温度采集单元、湿度采集单元以及数据处理单元；
13.所述温度采集单元用于通过所述温度传感器获取相应的温度数据，并将所述温度数据发送至所述数据处理单元；
14.所述湿度采集单元用于通过所述湿度传感器获取相应的湿度数据，并将所述湿度数据发送至所述数据处理单元；
15.所述数据处理单元用于接收所述温度数据和湿度数据，并将所述温度数据和湿度数据进行加密打包为所述数据包。
16.在其中一个实施例中，所述网络通讯模块包括nb-iot单元和mqtt单元；
17.所述nb-iot单元用于将所述数据包的上报形式调整为nb-iot组态；
18.所述mqtt单元用于将所述数据包的上报协议统一为mqtt协议。
19.在其中一个实施例中，所述数据服务模块包括过滤认证单元、消息服务单元以及存储单元；
20.所述过滤认证单元用于接收来自所述网络通讯模块的数据包，并对所述数据包进行过滤和认证，并将过滤认证后的数据包发送至所述消息服务单元；
21.所述消息服务单元用于接收来自所述过滤认证单元的过滤认证后的数据包，并以消息服务集群的方式通过所述中台规则对所述过滤认证后的数据包进行解析；
22.所述存储单元用于接收并存储所述中台规则解析后的数据包。
23.在其中一个实施例中，所述应用服务模块包括分类转发单元和服务单元；
24.所述分类转发单元用于接收所述中台规则解析后的数据包，并按照所述服务单元的需求对所述中台规则解析后的数据包进行分类；
25.所述服务单元用于接收所述分类转发单元分类后的数据包，以获取对应所述服务单元需求的传感器数据。
26.在其中一个实施例中，所述分类转发单元包括多种不同的数据分类类型，分别为用于现场主控的数据类型、用于平台总控的数据类型、用于客服和运维的数据类型、用于ai分析的数据类型、用于查询的数据类型以及用于远程管理的数据类型。
27.在其中一个实施例中，所述应用服务模块还包括远程管理单元；
28.所述远程管理单元用于接收所述分类转发单元分类后的数据包，以获取满足所述远程管理单元的需求的传感器数据。
29.在其中一个实施例中，还包括更新修正模块，
30.所述更新修正模块用于建立所述远程管理单元与所述网络通讯模块之间的数据传输通道，以实现系统状态的查询、固件的更新以及系统参数的修正。
31.本发明还提供了一种终端设备，用于实现上述任一种所述的室温采集系统，包括温度传感器、湿度传感器、mcu主控芯片、电源转换电路、插卡式sim卡、nb-iot通讯模组、可替换式信号天线的一体化主板以及板载的扩展功能接口及其扩展功能板。
32.上述室温采集系统及其终端设备，数据采集模块通过温度传感器和湿度传感器在
包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
42.下面结合图1-图4描述本发明的室温采集系统及其终端设备。
43.如图1所示，在一个实施例中，一种室温采集系统，包括：
44.数据采集模块，数据采集模块用于通过温度传感器和湿度传感器获取相应的传感器数据，并将传感器进行加密打包为对应的数据包。
45.具体的，数据采集模块包括温度采集单元、湿度采集单元以及数据处理单元。温度采集单元用于通过温度传感器获取相应的温度数据，并将得到的温度数据发送至数据处理单元。湿度采集单元用于通过湿度传感器获取相应的湿度数据，并将得到的湿度数据发送至数据处理单元。数据处理单元用于接收来自温度采集单元和湿度采集单元的温度数据和湿度数据，并将得到的温度数据和湿度数据进行加密打包为相应的数据包。
46.网络通讯模块，网络通讯模块用于基于nb-iot组网和mqtt协议将来自数据采集模块的数据包传输至数据服务模块。
47.具体的，网络通讯模块包括nb-iot单元和mqtt单元。nb-iot单元用于接收来自数据处理单元加密打包后的数据包，并将得到的数据包的上报形式统一调整为nb-iot组态。mqtt单元用于将来自数据处理单元加密打包的数据包的上报协议统一调整为mqtt协议。
48.需要说明的是，nb-iot的全称为narrow band internet of things，中文名称为窄带物联网，是iot领域一个新兴的技术，支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，也被叫做低功耗广域网(lpwan)。mqtt(message queuing telemetry transport，消息队列遥测传输协议)，是一种基于发布/订阅(publish/subscribe)模式的“轻量级”通讯协议，该协议构建于tcp/ip协议上，由ibm在1999年发布。mqtt能够用极少的代码和有限的带宽，为连接远程设备提供实时可靠的消息服务。且mqtt作为一种低开销、低带宽占用的即时通讯协议，使其在物联网、小型设备、移动应用等方面有较广泛的应用。
49.数据服务模块，数据服务模块用于接收来自网络通讯模块传输的数据包，并对得到的该数据包进行过滤和认证，按照中台规则将过滤认证后的数据包进行解析和存储。
50.具体的，数据服务模块包括过滤认证单元、消息服务单元以及存储单元。过滤认证单元用于接收来自网络通讯模块的数据包，并对得到的数据包进行过滤和认证，筛选得到符合条件的数据包并过滤掉不符合条件的数据包，随后将过滤认证处理后的数据包发送至消息服务单元。消息服务单元用于接收来自过滤认证单元过滤认证处理后的数据包，并以消息服务集群的方式通过中台规则对该过滤认证处理后的数据包进行解析。存储单元用于接收来自消息服务单元的通过中台规则解析后的数据包，并对得到的数据包进行存储。
51.应用服务模块，应用服务模块用于接收中台规则解析后的数据包，并将得到的中台规则解析后的数据包进行分类和转发。
52.具体的，应用服务模块包括分类转发单元和服务单元。分类转发单元用于接收中台规则解析后的数据包，并按照服务单元的需求对得到的中台规则解析后的数据包进行分类，并将分类后的数据包转发至对应需求服务单元。服务单元用于接收分类单元分类后的数据包，以获取对应服务端元需求的传感器数据。
53.应用服务模块还包括远程管理单元，远程管理单元是服务单元的一种，用于接收分类转发单元分类后的数据包，以获取满足远程管理单元的需求的传感器数据。
54.其中，分类转发单元包括多种不同的对应服务单元需求的数据分类类型，分别为
用于现场主控的数据类型、用于平台总控的数据类型、用于客服和运维的数据类型、用于ai分析的数据类型、用于查询的数据类型以及用于远程管理的数据类型。
55.更新修正模块，更新修正模块用于建立远程管理单元与网络通讯模块中的nb-iot单元之间的数据传输通道，以实现该室温采集系统状态的查询、固件的更新以及系统参数的修正。
56.上述室温采集系统，数据采集模块通过温度传感器和湿度传感器在室内获取相应的传感器数据，即室内温度数据和室内湿度数据，并对得到的传感器数据进行加密打包以形成对应的数据包。随后，通过网络通讯模块基于nb-iot组网和mqtt协议将数据包传输至数据服务模块，并通过数据服务模块对数据包进行过滤和认证，随后按照中台规则将过滤认证后的数据包进行解析和存储。最后，通过应用服务模块接收中台规则解析后的数据包，并将中台规则解析处理后的数据包进行分类和转发。该系统的通讯方式采用nb-iot组网，在一定程度上提高了系统的集成度，进而提高了通讯的可靠性，防止密集部署对通讯基站的压力激增而影响正常的通讯保障。另外，通讯方式采用nb-iot组网，避免了gprs的网络运营服务的昂贵费用，在一定程度上降低了运营成本。
57.参见图2至图4所示，在具体的实施例中，本发明提供了一种室温采集系统，该系统是一种基于nb-iot窄带互联网通讯技术、云计算、分布式的集服务、软件、硬件于一体的新型室温数据收集的系统性解决方案。
58.在本实施例中，该室温采集系统所在的终端设备的核心包括温度传感器、湿度传感器、mcu主控芯片、电源转换电路、插卡式sim卡、通讯模组(nb-iot)以及可替换式信号天线的一体化主板，以及板载的扩展功能接口及其上可配置安装的扩展功能板。在使用过程中，将以上板卡部分封装或安装于专用外壳或其他设备内(如：空调室内机、墙壁电源开关或插座、路由器、台灯、桌面装饰摆件等)，在实现温度、湿度数据获取的同时，为用户提供更为人性化、接受度高的置入形式，在不增加使用麻烦的基础上，提供更多人性化功能。
59.在本实施例中，该终端设备整体功能部分采用低功耗设计，既可以通过所内置的电源转换电路实现有源运行，同时，也可以通过配置内置充电电池或安装一次性电池的方式实现无源运行，其动态工作电流在μa级，功耗以mw计，使用常规的aa碱性电池工作时间不少于3年，经济性和可靠性均佳。且该终端设备的构成方案集成度高、可靠性好，扩展功能采用扩展板形式构成，功能构成灵活、产品形式变化更多、成本更低、客户体验更好。整体终端设备基本功能稳定、扩展功能灵活，形式多样化，适用性明显。
60.在本实施例中，终端设备的网络通讯技术采用窄带物联网(narrow band internet of things,nb-iot)，是iot领域一个新兴的技术，支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，也被叫做低功耗广域网(lpwan)。nb-iot支持待机时间长、对网络连接要求较高设备的高效连接，同时还能提供非常全面的室内蜂窝数据连接覆盖和大开发，nb-iot构建于蜂窝网络，只消耗大约180khz的带宽，可直接部署于gsm网络、umts网络或lte网络，部署成本低、技术稳定，实现了终端的无关联全无线部署、数据通道的双向保持以及通讯低功耗常在线等重要的通讯保障功能，是本发明提供的室温采集系统的核心作用点之一，同时也是室温数据采集终端数据通道的重要构成主体。
61.在本实施例中，安全架构，采用多层级分布式部署，涉及数据安全、设备安全、网络安全和操作安全。系统由下向上依次为：终端层数据安全策略
→
链路层网络安全(中间层部
分区间由运营商提供)
→
云端层数据安全、链路安全、操作安全、系统安全。在各层级的网络接出/入端，设置硬件安全设备+软件安全防护系统，实现自运行系统的安全保障和服务性功能的稳定支持。在系统构成中的各环节中涉及数据加密、it安全、ot安全、物理安全、ics安全等机制，以互有交集方式并存。其中，通讯层面的主体由网络运营商支持(移动、联通、电信)，平台层面的主体由云服务商支持(亚马逊、华为、阿里)，专用的应用层面则是在系统搭建时自我部署实现，病毒和攻击防护由专业厂商提供支持(avast、卡巴斯基)。
62.在本实施例中，数据服务架构核心的数据仓库构成分3层4类，由下到上依次为：ods层存储原始数据、dwd存储etl后的数据、dws简单聚合的数据、ads主题数据层。这样的架构模式是在结合本系统自身数据和服务需求的特点前提下，依托强大的云计算及云存储能力，最为高效和精确的服务于每一个对象和相应需求的构成模式。应用服务架构以任务事件驱动系统的任务调度与监控管理模式，共分为4层，其由下自上依次为：数据采集层、数据存储与分析层、数据共享层、数据应用层。结构关系清晰、分工明确。是整体系统分步搭建、协调运行、全局管理的重要保障，且对后续若干年的发展预期支持和可扩展性方面亦有着稳固的支撑。
63.系统架构是分布式系统(distributed system)架构，是建立在网络之上云端的软件系统，正是因为软件的特性，所以分布式系统具有高度的内聚性和透明性。网络和分布式系统之间更多的区别在于高层软件(特别是操作系统)，而不是硬件，因此，本发明的系统架构构建于终端硬件、网络、云端的系统设计能以最为灵活的体量管理小可及点，大可无限的海量数据收集及这些数据后续的应用支撑。
64.在本实施例中，系统由终端设备、网络、后端服务构成。在系统搭建的过程中，测试性终端设备的部署和启用是第一步，完成大分布、多点位的终端部署，并通过测试及监听专用端口的数据发送及运营商网络的数据传输，可以基本判定终端部署的有效性，同时此机制也可使得后续系统调试过程中的诊断机制一直存在。后端服务的系统搭建是纯软件层面的搭建，具备独立测试、内部验证、优化条件，可递进完善，以确保系统的可靠性。中间网络及安全层面的搭建则是成熟系统的接入，只做兼容性方面测试即可。
65.构建数据服务中台机制包含：安全层面的设备及软件，用于实现系统安全、链路安全、数据安全等。设备管理机制，可同时管理多类型、广分布的数据终端，可支持多品类的终端设备类型。消息服务集群，主要作用是收、发服务端与平台通讯的所有消息，如数据上报、状态上报、策略下发、指令/参数下发等。存储采用离线分析与实时计算并行逻辑，分别基于hdfs和kafka搭建。
66.在本实施例中，该室温采集系统的运行过程为：终端设备开机
→
完成自检后开始执行运行策略
→
按预定的采样间隔通过传感器采集温度、湿度数据并缓存
→
终端将数据按规则加密、打包并依照预定的上报规则上报数据集(上报形式为nb-iot组态，上报协议为mqtt)
→
数据包通过运营商网络转发到云端数据接收端(其间会通过各网络安全层的过滤和认证)
→
消息服务集群在收到数据包后，按照中台规则将数据解析并存储及分发给有需求的服务定制。至此，作为原始数据存储的进程完成，同时，通过作为数据应用服务的主体工作全面开启
→
应用服务处理机制将按各需求服务的定制要求完成数据包的分类、筛选、转发，以进一步实现数据的应用。在此环节中，各服务之间各为独立，并无直接关联关系，数据专用性好，因此效率及安全性极高。随着应用变化而来的旧服务停止和新服务创建，对于
已有部署无任何影响，真正实现了数据应用的解耦，从而为灵活多变的应用需求提供强大的随动性有效支持。
67.在上述室温采集系统的运行过程中，终端设备按自有规则自行无间歇运行，数据采集层常态接收并处理所收到的全部数据，数据存储及分析层以接收到的数据为驱动进行常态在线式服务，数据共享层和数据应用层则按内建服务机制完成对数据的加工和处理。在此过程中，所安装终端设备位置的温度、湿度数据已经在有序并持续的完成着上报、更新、存储、转发等一系列的运行动作。系统构成中各环节可实现自运行、自检、主/被动修复的24小时
×
365天的全周期运行。
68.上述室温采集系统，采集终端采用传感+主控+通讯(nb-iot)的一体化主板，集成度更高、可靠性更好，扩展功能采用扩展板形式构成，功能构成灵活、成本更低、客户体验更好，整体终端设备基本功能稳定、扩展功能灵活，形式多样化，适用性明显。通讯方式采用最新的nb-iot技术，直接由终端上传到云端，其特性有效展现了周密部署、高并发、低功耗、低成本、低资费、信号强、易管理、便维护的强大优势。系统通讯架构实现多层级安全隔离，防火墙、网关管控，实现数据、链路、设备安全范围安全保障。在云端构建数据服务层，实现远程部署+动态支持，采用“中台”管理，分离了存储与应用的管存机制，做到原始数据完整保存，应用数据动态专项支持。在云端构建应用服务层，以微服务方式快速搭建并实现各类型数据应用的需求满足，实现了“专用+专取+专出+专销”的数据专项服务支持，提供了前所未有的应用支持能力。系统方案的整体构成，在功能上有如下优势：硬件构成性能稳定、多样性强、综合成本低。通讯通道借助专业的商用网络，以最小的投入得到了最强大的支持和应用效果；后台数据及应用管理全部建设在云端，同样是以最优的方式用最小的投入构筑了最为强大的后台管理系统，无论是功能、稳定性、系统安全还是可扩展性等各方面都得到了最优。
69.本发明还提供了一种终端设备，用于实现上述任一种所述的室温采集系统，该系统至少包括数据采集模块、网络通讯模块、数据服务模块以及应用服务模块；
70.数据采集模块用于通过温度传感器和湿度传感器获取相应的传感器数据，并将传感器数据进行加密打包为数据包；
71.网络通讯模块用于基于nb-iot组网和mqtt协议将数据包传输至数据服务模块；
72.数据服务模块用于对数据包进行过滤和认证，并按照中台规则将过滤认证后的数据包进行解析和存储；
73.应用服务模块用于接收中台规则解析后的数据包，并将中台规则解析后的数据包进行分类和转发。
74.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
75.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：
1.一种室温采集系统，其特征在于，该系统包括数据采集模块、网络通讯模块、数据服务模块以及应用服务模块；数据采集模块用于通过温度传感器和湿度传感器获取相应的传感器数据，并将所述传感器数据进行加密打包为数据包；网络通讯模块用于基于nb-iot组网和mqtt协议将所述数据包传输至所述数据服务模块；数据服务模块用于对所述数据包进行过滤和认证，并按照中台规则将过滤认证后的数据包进行解析和存储；应用服务模块用于接收中台规则解析后的数据包，并将所述中台规则解析后的数据包进行分类和转发。2.根据权利要求1所述的室温采集系统，其特征在于，所述数据采集模块包括温度采集单元、湿度采集单元以及数据处理单元；温度采集单元用于通过所述温度传感器获取相应的温度数据，并将所述温度数据发送至所述数据处理单元；湿度采集单元用于通过所述湿度传感器获取相应的湿度数据，并将所述湿度数据发送至所述数据处理单元；数据处理单元用于接收所述温度数据和湿度数据，并将所述温度数据和湿度数据进行加密打包为所述数据包。3.根据权利要求1所述的室温采集系统，其特征在于，所述网络通讯模块包括nb-iot单元和mqtt单元；nb-iot单元用于将所述数据包的上报形式调整为nb-iot组态；mqtt单元用于将所述数据包的上报协议统一为mqtt协议。4.根据权利要求1所述的室温采集系统，其特征在于，所述数据服务模块包括过滤认证单元、消息服务单元以及存储单元；过滤认证单元用于接收来自所述网络通讯模块的数据包，并对所述数据包进行过滤和认证，并将过滤认证后的数据包发送至所述消息服务单元；消息服务单元用于接收来自所述过滤认证单元的过滤认证后的数据包，并以消息服务集群的方式通过所述中台规则对所述过滤认证后的数据包进行解析；所述存储单元用于接收并存储所述中台规则解析后的数据包。5.根据权利要求1所述的室温采集系统，其特征在于，所述应用服务模块包括分类转发单元和服务单元；所述分类转发单元用于接收所述中台规则解析后的数据包，并按照所述服务单元的需求对所述中台规则解析后的数据包进行分类；所述服务单元用于接收所述分类转发单元分类后的数据包，以获取对应所述服务单元需求的传感器数据。6.根据权利要求5所述的室温采集系统，其特征在于，所述分类转发单元包括多种不同的数据分类类型，分别为用于现场主控的数据类型、用于平台总控的数据类型、用于客服和运维的数据类型、用于ai分析的数据类型、用于查询的数据类型以及用于远程管理的数据类型。
7.根据权利要求5所述的室温采集系统，其特征在于，所述应用服务模块还包括远程管理单元；所述远程管理单元用于接收所述分类转发单元分类后的数据包，以获取满足所述远程管理单元的需求的传感器数据。8.根据权利要求7所述的室温采集系统，其特征在于，还包括更新修正模块，所述更新修正模块用于建立所述远程管理单元与所述网络通讯模块之间的数据传输通道，以实现系统状态的查询、固件的更新以及系统参数的修正。9.一种终端设备，用于实现权利要求1至8任一项所述的室温采集系统，其特征在于，包括温度传感器、湿度传感器、mcu主控芯片、电源转换电路、插卡式sim卡、nb-iot通讯模组、可替换式信号天线的一体化主板以及板载的扩展功能接口及其扩展功能板。

技术总结
本发明涉及一种室温采集系统及其终端设备，包括数据采集模块、网络通讯模块、数据服务模块以及应用服务模块，数据采集模块用于通过温度传感器和湿度传感器获取相应的传感器数据，并将传感器数据进行加密打包为数据包，网络通讯模块用于基于NB-Iot组网和MQTT协议将数据包传输至数据服务模块，数据服务模块用于对数据包进行过滤和认证，并按照中台规则将过滤认证后的数据包进行解析和存储，应用服务模块用于接收中台规则解析后的数据包，并将中台规则解析后的数据包进行分类和转发，该系统的通讯方式采用NB-Iot组网，防止密集部署对通讯基站的压力激增而影响正常的通讯保障，进而提高了通讯的可靠性，避免了GPRS的网络运营服务的昂贵费用，降低了运营成本。降低了运营成本。降低了运营成本。


技术研发人员：蒋涛 李月姣
受保护的技术使用者：北京首创热力股份有限公司
技术研发日：2023.05.10
技术公布日：2023/9/14