[发明专利]一种基于WI-FI的通用型多协议数字仪表物联模块

说明书

本发明为一种基于WI‑FI的通用型多协议数字仪表物联模块，从WI‑FI通讯模块硬件、物联软件协议和物联API函数库三个方面进行设计，提供了面向不同类型数字仪表移植适配简单且物联功能强大的通用型物联解决方案。WI‑FI通讯模块硬件采用宽电压范围串行接口设计，借助WI‑FI的高速传输性能满足不同的物联传输要求；物联软件协议采用私有仪表交互协议与数字仪表交互，采用私有物联交互协议、MODBUS‑TCP协议和命令透传协议与网络设备交互，支持仪表数据定时转发/实时高速转发、仪表工作参数调试、MODBUS通讯、仪表私有命令调试、仪表固件升级等强大的物联功能；物联API函数库通过IoT.lib文件和IoT.h文件提供兼容不同处理器工作模式的、高度封装的物联数据变量和API函数，用于数字仪表物联功能的简单灵活适配；从而，为不同类型数字仪表提供灵活、强大的物联功能和简单的适配方案。

技术领域

本发明涉及仪器仪表的物联网技术，特别是一种适用于数字仪表加入互联网的基于WI-FI通讯的通用型物联模块，同时支持私有的物联交互协议和标准的MODBUS-TCP协议，为数字仪表物联功能的开发提供简易的物联API函数库，实现数字仪表通过WI-FI与网络中的其它设备进行现场通讯或远程交互，从而为数字仪表提供通讯、调试、维护、云服务等强大的物联功能。

背景技术

随着物联网技术的发展，将网络技术与仪表技术结合以实现仪表物联功能的需求越来越多。现有的仪表物联功能的实现通常有两种方式：其一为一体化物联功能定制设计；其二为分体式通用物联功能扩展。前一种方式通常在要求物联功能的仪表的整体设计中加入定制的物联功能，设计出结构紧凑的具有物联功能的仪表；该方式通常针对性较强，即一表一设计，设计周期较长，通用性较差，导致每开发一款新的仪表都需要做新的物联设计；例如，文献《具有工业以太网接口的差压质量流量计研究》（付敬奇、杨鹏，仪表技术与传感器，2007,6:8-10.）、《基于物联网的高精度超声波气体流量监测系统设计》（郑高原、佘世刚，仪表技术与传感器，2021,2:65-70.）、《基于物联网通信技术的智能燃气表系统设计与实现》（张俊刚，山东大学，2018.）以及中国专利CN110400423A（潘洪原.一种一体式物联网多功能流量计及控制方法, 2019-11-01.）中公布的物联技术均为此种方式，存在物联功能高度定制、仪表数据转发刷新率低、物联功能通用性差、不能移植的特点；亦有仪表企业制定统一规范，在自己内部的系列产品中采用统一的物联功能设计，但相关的物联功能同样难以移植到其它品牌或其它系列产品，通用性仍较差。第二种方式为采用通用的物联模块对仪表进行物联功能扩展，通用的物联模块与仪表之间采用传统的标准协议的数字通讯连接或者工业标准模拟信号连接来获取仪表的数据，然后由物联模块自带的网络通讯功能实现数据的网络转发；该方式不要求重新开发仪表，通用性好、物联功能适配简单、适配周期短；但此方式能提供的物联功能一般比较简单，数据传输的速率一般也较低，难以满足灵活、复杂的物联功能需求，且仪表整体不够紧凑；例如，文献《工业物联网网关设计》（武丽英、沈林涛，自动化仪表，2020,41(9):51-53+58.）、《基于工业物联网的智能网关设计》（张仪、杨露霞、张椅，自动化仪表，2018,39(6):43-45.）、《基于低功耗蓝牙和WebSocket的物联网数据网关》（谢佳柏、陈贤祥、胡欣宇，仪表技术与传感器，2016,1:76-78.）以及中国专利CN112669584A（徐永,耿朋,王战友. 一种便携式多功能物联网终端. 2021-04-16.）中公布的通用物联网关设计，仅通过Modbus通讯等方式获得仪表输出数据，实现数据的网络转发的功能，物联功能简单、数据转发速率低，且物联功能的进一步扩展受限于仪表自身的数据通讯交换功能。据此可知，一种功能强大、能灵活配置、数据转发速率高、兼容标准工业网络通讯协议、支持仪表自带的命令调试功能、提供仪表固件的OTA升级通道、同时可简单适配任意数字仪表的结构紧凑的通用型物联模块无论是对于有物联要求的新数字仪表的整体设计还是对现有仪表的物联功能拓展都具有重要的意义，能够大幅提升其物联功能的开发效率，提供强大的物联功能且兼容性好。