本发明涉及5g基站节能领域，尤其涉及一种5g通信基站智能关断控制开关的嵌入式管控平台。
背景技术：
目前，5g通信基站覆盖密度大，能耗高。基站供电智能化控制程度低，电源开关独立运行，无法通过网页平台或者手机app等方式实现控制开关的远程开合及实时检测线路电参数等功能。例如电压电流电能耗的实时测定，远程智能过欠压保护、过载保护等。工厂、基站、物流、仓储、智能家居等灵活性要求较高的领域长期处于高能耗成本状态。
技术实现要素：
本发明主要解决的技术问题是提供一种5g通信基站智能关断控制开关的嵌入式管控平台，将智能控制开关同nb-iot无线采集技术相结合，实现控制开关的无线化，可通过网页平台或者手机app实现控制开关的开合及实时检测线路的电参数，如电压电流电能等，通过实时电参数，可实现过欠压保护、过载保护。尤其适合工厂、基站、物流、仓储、智能家居等对灵活性要求较高的场合。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种5g通信基站智能关断控制开关的嵌入式管控平台，包括智能开关嵌入式系统和智慧物联采集系统；所述智慧物联采集系统基于lwm2m协议，包括客户端、引导服务器、工作服务器；所述智能开关嵌入式系统嵌入在所述客户端内，包括硬件层、数据层、软件层；
所述硬件层以机械方式挂载在空气开关上，包括：mcu核心模块以及连接在mcu核心模块上的rs485通信模块、nb-iot无线模块、霍尔模块、电闸电机模块、时钟模块、存储模块、按键输入模块、液晶显示模块；
所述数据层建立在mcu核心模块内，包括：针对引导服务器的通信接口；针对工作服务器的注册接口、设备管理接口、上报接口；所述客户端由通信接口从引导服务器获取引导数据，所述客户端根据引导数据由注册接口握手工作服务器，所述客户端通过软件层经设备管理接口和上报接口与工作服务器交互；
所述软件层烧录在存储模块内并与数据层连接，包括串口协议处理模块、重合闸模块、计量处理模块；所述串口协议处理模块用于接收上行下发数据并解包，判断任务类型，直接调用函数执行任务或重新组包发出后唤醒其他模块执行任务；所述重合闸模块用于从串口协议处理模块接收下发任务，控制霍尔模块检测电闸电机位置，调动mcu核心模块控制电闸电机模块执行锁机、分闸、合闸、解锁控制功能；所述计量处理模块用于计算电参数、电能耗，判断数据触发告警，调用存储模块记录数据。
在本发明一个较佳实施例中，所述软件层包括线程监控模块，所述线程监控模块基于喂狗机制对软件层发生死机的功能模块执行强制重启。
在本发明一个较佳实施例中，所述软件层包括gui模块，所述gui模块用于传递事件消息，所述事件消息包括时间片处理、按键扫描、通讯标志刷新、刷新显示网络状态及时间、菜单按键处理、菜单按键显示、更新时钟、背光处理、重启处理、串口读历史数据超时处理、e2prom初始化失败处理。
在本发明一个较佳实施例中，所述软件层包括ota模块，所述ota模块用于调用设备管理接口接收并执行来自工作服务器的升级指令。
在本发明一个较佳实施例中，所述客户端由超过1台客户端设备组成一主机、多从机的下行网络。
在本发明一个较佳实施例中，所述下行网络上的主机客户端设置有配置串口收发模块，所述下行网络上的从机客户端设置有从机协议处理模块，所述配置串口收发模块用于从rs485通信模块、nb-iot无线模块接收基于lwm2m协议的数据，根据数据处理任务的不同，将数据分发至串口协议处理模块或从机协议处理模块，所述从机协议处理模块用于按队列顺序下传送往重合闸模块的控制数据并调用gui模块进行事件消息同步。
在本发明一个较佳实施例中，所述软件层包括网络收发模块，所述网络收发模块用于转发事件消息并基于心跳实施监控和维护网络状态。
本发明的有益效果是：本发明提供的一种5g通信基站智能关断控制开关的嵌入式管控平台，将智能控制开关同nb-iot无线采集技术相结合，实现控制开关的无线化，可通过网页平台或者手机app实现控制开关的开合及实时检测线路的电参数，如电压电流电能等，通过实时电参数，可实现过欠压保护、过载保护。尤其适合工厂、基站、物流、仓储、智能家居等对灵活性要求较高的场合。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
图1是硬件层架构图；
图2是协议框架图；
图3是引导程序引导过程示意图；
图4是通信接口逻辑示意图；
图5是注册接口逻辑示意图；
图6是设备管理接口逻辑示意图；
图7是上报接口逻辑示意图；
图8是软件层架构示意图；
图9是串口协议处理流程图；
图10是重合闸逻辑示意图；
图11是ota逻辑示意图；
图12是网络维护流程图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
一种5g通信基站智能关断控制开关的嵌入式管控平台，包括智能开关嵌入式系统和智慧物联采集系统；所述智慧物联采集系统基于lwm2m协议，包括客户端、引导服务器、工作服务器；所述智能开关嵌入式系统嵌入在所述客户端内，包括硬件层、数据层、软件层；本系统主要使用nb-iot无线模块，通过lwm2m协议实现同电信官方aep平台进行连接，实现数据通道的远程无线化，同时提供按键输入、液晶显示功能，提供可配置的人机交互界面。具有电参数显示、分析、保存功能，可以工作在离线状态，保证采集数据不丢失，重新与服务器取得连接后续传存储的数据。
如图1所示，所述硬件层以机械方式挂载在空气开关上，包括：mcu核心模块以及连接在mcu核心模块上的rs485通信模块、nb-iot无线模块、霍尔模块、电闸电机模块、时钟模块、存储模块、按键输入模块、液晶显示模块；本系统的硬件平台以32bitstm32f205增强系列的处理器stm32f205ret6为核心，外围电路主要包括一个nb-iot无线模块、rs485通讯模块、存储模块、按键输入模块、液晶显示模块、rx8025t时钟模块、2.2寸tft彩屏和3个按键。
系统硬件电路主控芯片stm32f205ret6属于stm32f增强系列处理器,出色的性能和丰富的资源使得几乎不需要扩展外围电路就能完全满足设计要求，使硬件设计大为简化。执行速度和内存容量完全满足主控模块的多任务实时应用。主控模块设计使用stm32f205ret6的usart、spi、iic等通信接口，2个usart分别用于rs485通信、nb-iot无线模块，iic用于时钟模块及存储模块。霍尔模块及电机模块通过定时器控制。主控模块人机界面中的tft、按键均通过gpio控制。
本系统重点和难点是nb-iot网络的处理及电机配合机构的处理，以下是解决次技术问题的一较佳实施例：
首先介绍平台的数据传输解决方案：
如图2所示，oma是一家国际组织，因为物联网的兴起，oma在传统的oma-dm协议基础之上，提出了lwm2m协议。这个协议基于coap协议，coap协议基于udp协议。
lwm2m的组成有3个设备(或者叫做逻辑实体)，客户端设备，引导服务器，工作服务器：
lwm2mserver：工作服务器；
lwm2mclient客户端：负责执行服务器的命令和上报执行结果；
lwm2mbootstrapserver：引导服务器负责配置lwm2m客户端；
可简单理解为：首先有个设备，比如电脑，算是lwm2mclient客户端设备，其次需要一个引导服务器bootstrapserver，它是用来配置你的电脑的，还有一个server工作服务器。因此，本协议中电脑先去问问引导服务器，应该去连哪个工作服务器(如图3所示)，然后再去连接工作服务器，类似于投石问路。
所述数据层建立在mcu核心模块内，包括：针对引导服务器的通信接口；针对工作服务器的注册接口、设备管理接口、上报接口；所述客户端由通信接口从引导服务器获取引导数据，所述客户端根据引导数据由注册接口握手工作服务器，所述客户端通过软件层经设备管理接口和上报接口与工作服务器交互；
具体来说，实现上述过程的基础有：
客户端和引导服务器之间的通信接口(如图4所示)：bootstrapserver通过这个接口来配置clinet-比如说lwm2mserver的url地址；
客户端和工作服务器之间的注册接口(如图5所示)：这个接口让客户端注册到服务器并通知服务器客户端所支持的能力(简单说就是支持哪些资源resource和对象object；
客户端和工作服务器之间的设备管理接口(如图6所示)：这个就是最主要的业务接口了。lwm2mserver发送指令给client并受到回应；
客户端和工作服务器之间的上报接口(如图7所示)：这个接口是lwm2mclient来上报其资源信息的，比如传感器温度。上报方式可以是事件触发，也可以是周期性的。
下面描述的是实施例中的软件层技术方案：
针对系统相对复杂，涉及到多个模块之间多种接口间的数据处理，软件设计难度相对较高。为简化系统软件设计难度，增加软件系统稳定性，故选用实时操作系统freertos。
如图8所示，所述软件层烧录在存储模块内并与数据层连接，包括串口协议处理模块、重合闸模块、计量处理模块；
所述串口协议处理模块用于接收上行下发数据并解包，判断任务类型，直接调用函数执行任务或重新组包发出后唤醒其他模块执行任务；具体为：根据网络传输协议，对上行发来的数据进行简单解包，判断是升级功能、参数配置功能、抄表瞬时数据功能、补抄功能、主动上报功能、应答功能等，并重新组包发往对应的任务或调用函数进行处理；对返回的数据进行组包，然后选择相应的方式进行上传；通过其它任务往该任务发送消息，进行唤醒。该任务的消息队列最好长一些，防止帧丢失；处理流程如图9所示。
所述重合闸模块用于从串口协议处理模块接收下发任务，控制霍尔模块检测电闸电机位置，调动mcu核心模块控制电闸电机模块执行锁机、分闸、合闸、解锁控制功能；详细处理逻辑如图10所示。
所述计量处理模块用于计算电参数、电能耗，判断数据触发告警，调用存储模块记录数据。
其中，所述软件层包括线程监控模块，所述线程监控模块基于喂狗机制对软件层发生死机的功能模块执行强制重启。线程监控任务为最高优先级，100ms触发一次。任务被触发后，首先进行喂狗，对于定时唤醒的任务，置计数加1，该计数需要在所属任务中进行清零。若某个计数大于一定的值，说明该任务可能已死机，强制重启。对于消息触发的任务，在这些任务开始处理的时候先触发计时标志，监控任务开始计时，当这些任务处理完成的时候，需清空标记及计数，当某一计数大于一定的值，说明该任务可能已死机，强制重启。以上处理，保证每个任务出现死机后，重启后能正常运行。
进一步的，所述软件层包括gui模块，所述gui模块用于传递事件消息，所述事件消息包括时间片处理、按键扫描、通讯标志刷新、刷新显示网络状态及时间、菜单按键处理、菜单按键显示、更新时钟、背光处理、重启处理、串口读历史数据超时处理、e2prom初始化失败处理。gui任务25ms触发，传递的消息主要用于显示上行、下行的通讯标志。每25ms调用一次时间片处理，分为25ms事件(按键扫描、通讯标志刷新)，50ms事件(刷新显示网络状态及时间、菜单按键处理、菜单按键显示)，500ms事件(更新时钟、背光处理)，1s事件(重启处理、串口读历史数据超时处理)，10s事件(e2prom数据初始化失败处理)。
进一步的，所述软件层包括ota模块，所述ota模块用于调用设备管理接口接收并执行来自工作服务器的升级指令。详细逻辑为：平台按照规则加载升级包，然后平台对指定的设备发布可以开始升级指令；指定的设备收到开始指令后，设备发布指令获取分包后的指定升级分包，可重复获取同一分包，可以获取指定编号的分包，正常情况下是按照顺序获取，超过30秒平台未回复则认定升级失败；升级包全部获取完毕后，设备发布指令，告知平台结果并请求下一步动作；此时平台发布执行升级或放弃升级命令，同样30秒内平台不回复设备将放弃此次升级。远程升级流程如图11所示。
进一步的，所述客户端由超过1台客户端设备组成一主机、多从机的下行网络。
进一步的，所述下行网络上的主机客户端设置有配置串口收发模块，所述下行网络上的从机客户端设置有从机协议处理模块，所述配置串口收发模块用于从rs485通信模块、nb-iot无线模块接收基于lwm2m协议的数据，根据数据处理任务的不同，将数据分发至串口协议处理模块或从机协议处理模块，所述从机协议处理模块用于按队列顺序下传送往重合闸模块的控制数据并调用gui模块进行事件消息同步。所述配置串口收发模块主要是处理串口uart数据的收发，不对数据进行判断或解析等处理，接收数据后将数据发往网络协议处理任务，该任务只与uart串口中断及网络协议处理任务有联系；任务通过事件唤醒：uart串口收到数据，中断中将消息发出唤醒任务；网络协议处理任务需要通过uart往上行发送数据，任务唤醒。所述从机协议处理模块的主要功能具体为：1、消息触发：控制下行设备,统一控制,间隔200ms发送一帧控制数据,应答数据不作处理。2、定时1秒触发：对下行设备进行操作，每次对一个设备操作结束后操作下一个设备。发送数据后，允许接收消息，通过消息进行同步，如果收到消息则进行解析；如果超时未收到消息，则禁止接收消息并计数错误次数，进行下一个设备操作。
进一步的，所述软件层包括网络收发模块，所述网络收发模块用于转发事件消息并基于心跳实施监控和维护网络状态。具体逻辑为：处理网络收发数据，定时100ms处理一次消息，若无消息，则进行网络监控维护工作、以状态机模式，心跳、注册帧等在此处理。mcu与网络模块通过串口连接，接收数据实则是接收串口的数据，网络模块自动将数据发往串口，串口接收后保存在环形缓存中等待处理，当联网成功后，定时100ms会检索一次串口环形缓存的数据，数据格式正确，则将数据打包发送消息至网络收发任务；数据错误、则清空缓存，不做其它处理。该任务收到消息并不对数据解析，根据消息类型进行转发而已；流程图见附图12。
综上所述，本发明提供了一种5g通信基站智能关断控制开关的嵌入式管控平台，将智能控制开关同nb-iot无线采集技术相结合，实现控制开关的无线化，可通过网页平台或者手机app实现控制开关的开合及实时检测线路的电参数，如电压电流电能等，通过实时电参数，可实现过欠压保护、过载保护。尤其适合工厂、基站、物流、仓储、智能家居等对灵活性要求较高的场合。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
1.一种5g通信基站智能关断控制开关的嵌入式管控平台，其特征在于，包括智能开关嵌入式系统和智慧物联采集系统；所述智慧物联采集系统基于lwm2m协议，包括客户端、引导服务器、工作服务器；所述智能开关嵌入式系统嵌入在所述客户端内，包括硬件层、数据层、软件层；
所述硬件层以机械方式挂载在空气开关上，包括：mcu核心模块以及连接在mcu核心模块上的rs485通信模块、nb-iot无线模块、霍尔模块、电闸电机模块、时钟模块、存储模块、按键输入模块、液晶显示模块；
所述数据层建立在mcu核心模块内，包括：针对引导服务器的通信接口；针对工作服务器的注册接口、设备管理接口、上报接口；所述客户端由通信接口从引导服务器获取引导数据，所述客户端根据引导数据由注册接口握手工作服务器，所述客户端通过软件层经设备管理接口和上报接口与工作服务器交互；
所述软件层烧录在存储模块内并与数据层连接，包括串口协议处理模块、重合闸模块、计量处理模块；所述串口协议处理模块用于接收上行下发数据并解包，判断任务类型，直接调用函数执行任务或重新组包发出后唤醒其他模块执行任务；所述重合闸模块用于从串口协议处理模块接收下发任务，控制霍尔模块检测电闸电机位置，调动mcu核心模块控制电闸电机模块执行锁机、分闸、合闸、解锁控制功能；所述计量处理模块用于计算电参数、电能耗，判断数据触发告警，调用存储模块记录数据。
2.根据权利要求1所述的5g通信基站智能关断控制开关的嵌入式管控平台，其特征在于，所述软件层包括线程监控模块，所述线程监控模块基于喂狗机制对软件层发生死机的功能模块执行强制重启。
3.根据权利要求1所述的5g通信基站智能关断控制开关的嵌入式管控平台，其特征在于，所述软件层包括gui模块，所述gui模块用于传递事件消息，所述事件消息包括时间片处理、按键扫描、通讯标志刷新、刷新显示网络状态及时间、菜单按键处理、菜单按键显示、更新时钟、背光处理、重启处理、串口读历史数据超时处理、e2prom初始化失败处理。
4.根据权利要求1所述的5g通信基站智能关断控制开关的嵌入式管控平台，其特征在于，所述软件层包括ota模块，所述ota模块用于调用设备管理接口接收并执行来自工作服务器的升级指令。
5.根据权利要求1所述的5g通信基站智能关断控制开关的嵌入式管控平台，其特征在于，所述客户端由超过1台客户端设备组成一主机、多从机的下行网络。
6.根据权利要求5所述的5g通信基站智能关断控制开关的嵌入式管控平台，其特征在于，所述下行网络上的主机客户端设置有配置串口收发模块，所述下行网络上的从机客户端设置有从机协议处理模块，所述配置串口收发模块用于从rs485通信模块、nb-iot无线模块接收基于lwm2m协议的数据，根据数据处理任务的不同，将数据分发至串口协议处理模块或从机协议处理模块，所述从机协议处理模块用于按队列顺序下传送往重合闸模块的控制数据并调用gui模块进行事件消息同步。
7.根据权利要求1所述的5g通信基站智能关断控制开关的嵌入式管控平台，其特征在于，所述软件层包括网络收发模块，所述网络收发模块用于转发事件消息并基于心跳实施监控和维护网络状态。
技术总结