传感器底座 DLM底座——低功耗传感器北向之路

发布时间：2024-10-09 07:10:09

DLM底座——低功耗传感器北向之路

# 一：什么是北向

"北向"通常用于描述系统或组件与上层系统的接口。在物联网和传感器领域，"北向"指的是与上层应用或平台的接口，即系统向上与其他系统进行通信的方向。

如果你在描述传感器北向，那么你可能在考虑传感器与上层应用、平台或系统的通信方式和接口。这包括数据传输、协议、数据格式等方面的设计，确保传感器可以向上层系统提供有效的数据，并与其他系统进行交互。

因此，传感器北向的设计可能涉及以下方面：

* 数据格式与协议：选择一种适合与上层系统通信的数据格式和通信协议，例如 JSON、RESTful API 等。

* 数据传输方式：确定数据是通过什么方式传输，例如 MQTT、HTTP、WebSocket 等。

* 安全性：考虑数据在传输过程中的安全性，可能需要使用加密和其他安全措施。

* 数据接口设计：设计易于使用和理解的数据接口，确保上层系统可以轻松地集成和利用传感器提供的数据。

* 灵活性：考虑传感器北向接口的灵活性，以适应不同种类的上层系统和应用。

# 二：什么是低功耗传感器

低功耗传感器是一种设计用于在工作时最小化能源消耗的传感器。这类传感器通常被用于无线传感器网络（WSN）和物联网（IoT）设备中，因为这些设备通常需要长时间运行，而其能源往往由有限的**!!#ff0000 电池供应!!**。

低功耗传感器的主要特征包括：

1. **节能设计：** 低功耗传感器通常采用一系列技术来最小化能源的使用，比如在传感器不需要工作时进入低功耗模式。

2. **定期唤醒：** 传感器在需要采集数据或执行任务之前会定期唤醒，而在大部分时间保持休眠状态，以降低功耗。

3. **优化通信：** 对于无线传感器网络中的传感器，采用功耗较低的通信协议，或者采用短距离通信来减少能源的使用。

4. **硬件优化：** 使用低功耗的硬件组件，例如低功耗处理器和传感器，以降低整个系统的功耗。

5. **数据处理在传感器端：** 尽可能在传感器端进行数据处理，减少将原始数据传输到中央处理单元的需要，从而减少通信和处理的功耗。

6. **灵活的电源管理：** 采用灵活的电源管理策略，根据传感器的工作负荷动态地调整电源的供应。

# 三：低功耗北向痛点

华为，阿里，腾讯，百度，电信这些厂家的物联网平台的标准协议包含

1. **MQTT（Message Queuing Telemetry Transport）：** 一种轻量级、开放的物联网协议，用于设备与平台之间的消息传递。

2. **CoAP（Constrained Application Protocol）：** 专为受限环境（如物联网设备）设计的应用层协议，用于资源受限的网络。

3. **HTTP/HTTPS：** 常规的超文本传输协议，可用于设备与云平台之间的通信。

4. **DTLS（Datagram Transport Layer Security）：** 用于在不可靠的通信介质上提供保护的安全协议，通常用于加密 CoAP 等协议。

5. **WebSockets：** 一种在单个 TCP 连接上提供全双工通信的协议，可用于实时通信。

6. **LwM2M（Lightweight M2M）：** 一种针对物联网设备设计的远程设备管理和信息收集协议。

7. **OneM2M：** 一个为多种应用领域（如智能城市、工业控制、医疗保健等）提供服务的物联网标准。

绝大部分的物联网平台对于设备的!!#ff0000 在离线是基于设备和平台之间的心跳进行评估的!!。而低功耗设备设计的初衷是!!#ff0000 降低能耗减少通讯!!。这往往会给平台判断在离线带来困扰。

基于对于华为，阿里，腾讯，百度，电信这些大厂的物联网平台深度了解以及低功耗传感器的了解，对于低功耗传感器的"北向痛点"可以总结以下几方面：

1. **设备在离线判断：** 低功耗传感器通常会限制数据传输的频率以降低能耗，这可能导致设备无法和平台进行长连接的心跳交互。

2. **通信协议选择：** 选择合适的通信协议以在低功耗模式下进行有效的数据传输可能是一个挑战。

3. **数据安全：** 在低功耗模式下实现数据的安全传输和存储可能相对困难。加密和身份验证等安全手段可能增加功耗，需要权衡数据的安全性和传感器的续航能力。

4. **远程管理：** 对于大规模部署的低功耗传感器网络，远程管理和维护可能变得更加复杂。更新传感器固件、配置参数，以及处理异常情况可能需要一套有效的管理方案。

5. **北向接口标准：** 缺乏统一的低功耗传感器北向接口标准可能导致不同厂家的传感器难以在同一应用中无缝集成。

6. **应用适配：** 低功耗传感器的应用场景多种多样，但不同的应用场景可能需要不同的北向接口和数据处理方式，需要在设计阶段考虑应用的灵活性。

随着物联网平台越来越标准化，低功耗设备接入物联网平台需要解决以上痛点。

现在绝大部的低功耗传感器供应商或者系统集成商的做法为：

1. **定制开发**：适配平台协议，每一种协议都需要去实现，对于平台物模型也需要进行定制开发。带来硬件部门协议对接的人力成本。

2. **采集器/网关**：通过采集器或者网关和设备进行通讯，由采集器/网关（该类物联网设备基本是外供电模式）和平台进行交互。

# 四：DLM底座-低功耗传感器北向组件

DLM底座-低功耗传感器北向组件并不是一个“闭门造车”的产物，它是基于多个项目进行锤炼出来的产物。

DLM底座-低功耗传感器北向组件并不是一个简单的平台组件，而是一个可以部署在基于ARM处理器的采集器/网关以及平台上的组件。

## 4.1：系统架构

1. **基于ARM处理器的采集器/网关系统架构**

2. **基于平台系统架构**

## 4.2：痛点解决

### 4.2.1：在离线问题解决

实现原理：由设备和低功耗传感器北向组件（后面统称为组件）进行通讯，并且设置规定通讯频率，在这个时间内由组件模拟设备和平台进行心跳交互，如在规定的时间内，设备没有组件进行通讯，由组件主动断开和平台的通讯，直到下一次设备再次和组件进行连接，发起心跳。

### 4.2.2：通信协议选择

实现原理：设备本身不考虑平台支持何种协议，由组件去和平台进行交互，组件本身内置了MQTT，HTTP，TCP等网络通讯协议。

设备只需要去安装原来的协议和组件进行通讯。

### 4.2.3：数据安全

实现原理：对于像华为，阿里，电信这类物联网平台，通常对于设备通讯中数据安全往往是一机一密，在这个过程里面，设备如果是基于TCP的协议，只需要进行SSL认证就可以，所有的一机一密这类型的管理由组件进行管理。

### 4.2.4：北向接口标准

DLM底座-低功耗传感器北向组件已经内置了华为等其他厂家北向接口标准，并且可以将低功耗设备协议中的信息映射到北向接口标准（物模型）中。

**4.2.5：应用适配：**

DLM底座-低功耗传感器北向组件在采集端和网关端以及集成了modbus、CoAP、 Modbus PLC。

## 4.3：本组件开发语言

本组件是基于Java开发，并且可以部署在树莓派，CentOS，统信UOS系统。本系统部署不依赖任何第三方组件

### 4.3.1：开发语言组件

#### 4.3.1.1：Modbus PLC

```

<groupId>org.apache.plc4x</groupId>

</dependency>

<groupId>org.apache.plc4x</groupId>

<artifactId>plc4j-driver-modbus</artifactId>

</dependency>

```

#### 4.3.1.1：CoAP

```

<groupId>org.eclipse.californium</groupId>

<artifactId>californium-core</artifactId>

</dependency>

```

#### 4.3.1.1：Modbus

```

<groupId>com.intelligt.modbus</groupId>

<artifactId>modbus-core</artifactId>

</dependency>

```

#### 4.3.1.1：PLC

```

<groupId>com.intelligt.modbus</groupId>

<artifactId>modbus-core</artifactId>

</dependency>

```

# 专业名词解释

## 什么是Modbus

# Modbus是什么

Modbus 是一种通信协议，通常用于在工业自动化和控制系统中进行数据通信。它最初由 Modicon 公司开发，用于在（PLC）之间进行通信，以监测和控制工业设备。Modbus 协议已成为工业领域中最常用的通信协议之一，广泛应用于监控、控制和数据采集系统。Modbus 协议有多个变种，包括 Modbus RTU、Modbus ASCII 和 Modbus TCP/IP。其中，Modbus RTU 和 Modbus ASCII 是串行通信协议，通常用于串行通信介质（如 RS-232 或 RS-485），而 Modbus TCP/IP 是基于的协议，可以通过 TCP/IP 网络进行通信。**Modbus 协议的特点和应用包括：**

- 简单性：Modbus 协议设计简单，易于实现和部署。这使得它在工业控制系统中非常受欢迎，特别是在老旧的系统中广泛使用。

- 实时性：Modbus 支持实时数据传输，可以在毫秒级的时间内进行通信，适用于需要快速响应的控制系统。

- 开放标准：Modbus 是一个开放标准的协议，使得不同供应商的设备能够互相通信。这种互操作性对于维护和升级工业自动化系统非常有价值。

- 广泛应用：Modbus 协议广泛用于监控和控制领域，包括工业自动化、能源管理、、温室控制、智能家居和更多领域。

**Modbus 协议通常涉及两种角色：**

- 主站（Master）：主站是通信的发起者，通常是一个计算机、PLC 或其他控制设备，用于发送请求并接收响应。

- 从站（Slave）：从站是被动的通信端，通常是控制设备、传感器或其他外部设备，用于接收请求并发送响应。

Modbus 协议允许主站向从站发送读取、写入、控制等类型的命令，并获取或设置从站中的寄存器或数据。这使得 Modbus 协议成为监测和控制系统中的核心通信协议。Modbus 是一种通信协议，用于工业自动化和控制系统中的设备之间进行数据通信，它的简单性和广泛应用使得它在工业领域非常受欢迎。

## 什么是CoAP

CoAP（Constrained Application Protocol）是一种专为受限环境（如物联网设备）设计的轻量级网络协议。其设计目标是在受限资源和带宽有限的设备上提供简单而有效的通信。以下是关于CoAP协议的一些关键特点：1.

**轻量级：** CoAP是一种轻量级协议，旨在在资源受限的设备上运行。它的消息格式紧凑，减小了通信的开销，适用于低功耗设备和有限的网络带宽。

**RESTful：** CoAP采用了REST（Representational State Transfer）架构的设计理念，使得它更容易与现有的Web架构集成。资源（例如传感器、执行器）通过URI标识，通过标准的HTTP方法（GET、POST、PUT、DELETE）进行访问和操作。

**支持多种传输层：** CoAP可以在UDP和（Datagram Transport Layer Security）上运行，这使得它适用于不同的网络环境。UDP提供了低延迟和小的通信开销，而DTLS提供了对通信的安全性保障。

**低能耗：** CoAP协议被设计为在低功耗设备上运行，支持快速休眠和唤醒。它的轻量级特性和对触发式通信的支持有助于降低设备的能耗。

**触发式通信：** CoAP支持触发式通信，即设备可以主动发送触发事件的通知。这种方式对于实时数据的传输和事件驱动型应用场景非常有用。

**可靠和不可靠通信：** CoAP提供了可靠（CON）和不可靠（NON）两种消息传输方式。可靠方式使用重传机制来确保消息的可靠传输，而不可靠方式则适用于一些实时性要求不高的场景。

**简化的代理和缓存：** CoAP支持代理和缓存，使其更容易在大规模系统中部署和管理。

## 什么是PLC4X

PLC4X 的设计目标之一是为开发人员提供简化的 API，隐藏底层通信细节，以便他们能够更轻松地与各种 PLC 进行通信。这种设计使得 PLC4X 在不同的通信协议之间提供了一致的编程接口，使得开发人员能够更方便地切换和集成不同类型的 PLC 设备。以下是 PLC4X 框架目前支持的一些通信协议：1. **Modbus：**

Modbus 是一种工业通信协议，用于在（PLC）和其他设备之间进行通信。

2. **S7 Communication (Siemens S7)：**

用于与西门子（Siemens）S7系列PLC通信的协议。

3. **ADS (Automation Device Specification)：**

用于与Beckhoff TwinCAT 控制器进行通信的协议。

4. **

(Unified Architecture)：**

一种用于在工业自动化领域中进行通信的标准协议。

5. **EtherNet/IP：**

EtherNet/IP 是一种在工业领域中常见的通信协议。

6. **DF1 (Data Highway Plus)：**

用于与Rockwell Automation PLC进行通信的协议。

7. **KNX：**

KNX 是一种在建筑自动化中广泛使用的通信协议。

8. **ISO on TCP (ISO Transport Protocol on TCP)：**

ISO on TCP 是一个通用的工业通信协议。

传力传感器DBSL-2T：称重传感器安装注意事项有那些？

安装称重传感器 时需要注意以下几个要点，以确保传感器的测量精度和使用寿命:

1.安装水平的调整:使用水平仪确保传感器底座的安装平面完全水平。对于多传感器系统，各传感器的底座安装面应尽可能保持在一个水平面上，以保证每个传感器承受的力量基本一致。

2.传感器轻拿轻放:特别对于使用合金铝材料作为弹性体的小容量传感器，应避免振动、冲击或跌落，这些都可能导致输出误差。

3.加载装置的设计与安装:确保加载力的作用线与传感器的受力轴线重合，这样可以最小化倾斜负荷和偏心负荷的影响

4.量程的选定:根据传感器的说明选定其额定载荷，避免超出传感器量程，以免损坏传感器。

5.底座的清洁与强度:传感器的底座安装面应尽可能平整目清洁，无油污或胶膜。安装底座本身的强度和刚性通常需要高于传感器本身的强度和刚度。

6.传感器的密封处理:传感器外壳、保护盖板和引线接头都应经过密封处理，用户不应打开。

7.防腐蚀措施:为防止化学腐蚀，安装时可在传感器外表面涂抹凡士林。同时，应避免将传感器暴露在阳光直晒和环境温度剧变的地方。

8.多个传感器的组合安装:在多个传感器组合安装时，应在各传感器两旁加装固定支柱和千斤顶支架，以便于传感器更换或维护。固定支柱的高度应略低于传感器高度，以便于使用千斤顶将秤体顶起。

9.电子衡器的稳定性:在由多个传感器构成的电子衡器中，应合理选定传感器的负荷并正确安装，以维持秤体的稳定性并增大称重吨位。

以上这些注意事项，可以帮助用户确保称重传感器的准确性和可靠性，延长其使用寿命，并确保整个称重系统的正常运行。

传感器底座 DLM底座——低功耗传感器北向之路

DLM底座——低功耗传感器北向之路

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