DB4201T603-2019智慧农业 农业物联网传感器数据接口规范.pdf
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1、ICS 65.020.01 B 07 DB4201 武汉市地方标准 DB4201/T 6032019 智慧农业 农业物联网传感器数据接口规范 武汉市市场监督管理局 发 布 2019-12-15 发布 2020-01-15 实施 DB4201/T 6032019 I 前 言 本标准按照GB/T 1.1-2009标准化工作导则 第1部分:标准的结构和编写给出的规则起草。本标准由武汉市农业科学院农业机械化研究所提出本标准由武汉市农业科学院归口。本标准起草单位:武汉市农业科学院农业机械化研究所。本标准主要起草人:高星星、王琢、张俊峰、王锐、肖进、张唐娟、陈鸿、万勇、罗友谊、罗欣、张尉、郭振宁。本标准首
2、次发布。DB4201/T 6032019 1 智慧农业 农业物联网传感器数据接口规范 1 范围 本标准规定了农业物联网系统中传感器及其节点参数编码及数据交互规则。本标准适用于武汉市行政区域内农业物联网系统的传感器设计、生产、测试、系统集成与应用开发。2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T 30269.2-2013 信息技术 传感器网络 第2部分:术语 GBT 30269.501-2014 信息技术 传感器网络 第501部分:标识:传感节点标识符编制
3、规则.GB/T 30269.702-2016 信息技术 第702部分:传感器接口:数据接口 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。3.1 传感器 依照一定的规则,对物理世界中的客观现象、物理属性进行监测,并将监测结果转化为可进一步处理的信号的设备。注1:信号可以为电子的、化学的或者其他形式的传感器响应。注2:信号可以表示为 1 维、2 维、3 维或更高维度的数据。3.2 传感器节点/结点 在传感器网络中,能够进行采集,并具有数据处理、组网和控制管理的功能单元。3.3 传感器网络节点/结点 传感器网络中各种功能单元的统称,包括传感器节点、传感器网络网关等设备。3.4 传感器接口 将传感器连
4、接到传感器节点内其他功能模块所涉及的一套软件、硬件及协议规范,包括机械、电气和软件集成的内容。DB4201/T 6032019 2 3.5 传感器数据接口 传感器与传感器节点内其他功能模块之间的软件接口,包括数据格式和交互协议两个方面。3.6 标识 用于传感器网络节点标志的识别,并对其对象属性进行辨别的过程。3.7 标识符 用于描述传感器网络节点身份以及属性的一系列数字、字母、符合或者他们的任何组合形式。3.8 通道组 传感器节点中共用同一个ADC的通道称为一个通道组。4 缩略语 下列缩略语适用于本文件。ADC:模拟数字转换器(Analog Digital Converter)CN:通道号(C
5、hannel Number)CRC:循环冗余校验(Cyclic Redundancy Check)DT:数据类型(Data Type)EC:错误代码(Error Code)TLV:类型长度值(Type-Length-Value)5 总则 5.1 规范内容范围 本规范规定了农业领域内传感器或传感器节点在接入农业物联网系统过程中所涉及的数据描述文件及数据交互规则,主要解决农业领域内传感器网络对传感器节点和数字通信型传感器的识别、访问和配置,为智慧农业系统跨平台访问和数据共享提供基础支撑。本规范不对传感器或传感器节点的物理承载实体,数据交互使用的信号接口、通信接口等内容进行规范。5.2 数据类型约定
6、 本部分所涉及的数据类型均以“大端”字节序(高字节在前、低字节在后)进行处理,其中结构体类型采用1字节对齐。6 传感器编码 DB4201/T 6032019 3 6.1 传感器编码 包括类型编码、身份标识符编码、被测物理量编码、校准信息编码等。传感器参数编码表述格式见附录A。6.2 传感器类型编码 传感器类型按照输出信号分为模拟型传感器和数字型传感器,类型编码结构如表1所示,其中模拟型传感器类型编码值为0 x01,数字型传感器类型编码值为0 x02,其他取值为非法值。表1 传感器类型编码结构表 类型代码 参数名称 数据类型 八位位组数 0 x81 0 x01:模拟型传感器 0 x02:数字型传
7、感器 uint8 1 6.3 身份标识符编码 身份标识符编码为32个八位位组,由版本号编码、生产厂商编码、类型码、序列号按照先后顺序依次构成,身份标识符编码结构见表2。表2 身份标识符编码结构表 代码 参数名 数据类型 八位位组数 备注 0 x84 身份标识符 Uint8 数组 32 无 0 x85 版本号 Uint8 1 从“0000 0001”开始编码 0 x86 生产厂商 Uint8 数组 9 传感器生产厂商的组织机构代码 0 x87 类型码 Uint8 数组 6 生产厂商为每个传感器产品类型分配 0 x88 序列号 Uint8 数组 16 生产厂商为每个传感器产品类型分配 6.4 被测
8、物理量编码 被测物理量编码包含单位编码、量程编码、特性参数编码。6.4.1 单位编码 单位编码结构如表3所示,其中涉及的被测参量及其单位的编码见附录B。表3 单位编码结构表 代码 参数名 数据类型 八位位组数 0 x8C 领域 Uint8 1 0 x8D 物理量 Uint8 1 0 x8E 单位 Uint8 1 6.4.2 量程编码 测量物理量以上限值和下限值的形式表示传感器量程,编码结构如表4所示。当量程无法用范围表示时候,设定其上下限值均为0。DB4201/T 6032019 4 表4 量程编码结构表 代码 参数名 数据类型 八位位组数 0 x90 上限值 Float32 4 0 x91
9、下限值 Float32 4 6.4.3 特性参数编码 特性参数编码结构如表5所示,默认值为0。表5 扩展技术指标参数编码结构表 代码 参数名 数据类型 八位位组数 备注 0 xB5 输出信号最高频率 Float32 4 非必选 0 xB6 灵敏度 Float32 4 非必选 0 xB7 线性度 Float32 4 非必选 0 xB8 迟滞 Float32 4 非必选 0 xB9 分辨力(率)Float32 4 非必选 0 xBA 重复性 Float32 4 非必选 0 xBB 零位温度系数 Float32 4 非必选 0 xBC 灵敏度温度系数 Float32 4 非必选 6.5 校准信息编码
10、 6.5.1 校准日期编码 说明最近校准的日期。以2000年1月1日为起点,以整数形式描述至校准日期的天数。编码结构见 表6。表6 校准日期编码结构表 代码 参数名 数据类型 八位位组数 0 xBE 校准日期 Uint32 4 6.5.2 校准周期编码 说明校准的周期,单位为天,默认为90天,其编码结构如表7所示。表7 校准周期编码结构表 代码 参数名 数据类型 八位位组数 0 xBF 校准周期 Uint16 2 6.5.3 校准参考温度编码 传感器标定校准的环境温度。以摄氏温度()为单位。编码结构如表8所示。DB4201/T 6032019 5 表8 校准周期编码结构表 代码 参数名 数据类
11、型 八位位组数 0 xC1 校准参考温度 Int16 2 6.5.4 校准参考湿度编码 传感器标定校准的环境相对湿度,其编码结构如表9所示。表9 校准参考湿度编码结构表 代码 参数名 数据类型 八位位组数 0 xC2 校准参考湿度 Int16 2 7 传感器节点编码格式 本章给出了智慧农业领域内传感节点参数描述,主要参数类型包括:结点总体参数、通道组参数、通道参数等,传感节点数据接口参数框架如图1所示。通道参数的类型分为:电压型、电流型、电阻型、频率型、脉冲型、开关型、数字通信型。传感节点参数编码表述格式见附录A中图A.3。图1 传感器节点数据接口参数框架 7.1 总体参数 用于从整体上描述传
12、感结点的基本特性或固有属性参数,其编码结构如表10所示。DB4201/T 6032019 6 表10 总体结点参数 代码 参数名 数据类型 八位位组数 说明 0 x31 节点版本号 Uint16 2 该结点数据接口描述采用的版本号 0 x32 身份标识符 结构体 15 该结点的身份标识信息,见GB/T 30269.501-2014 0 x33 结点描述符 结构体 7 描述结点应用信息,包括:描述符类型、供电方式、外壳防护等级、防爆型式、无线频段等内容,见GB/T 30269.501-2014 0 x34 通道数 Uint8 1 该结点包含的通道总数,最大不超过16 0 x35 通道组数 Uin
13、t8 1 该结点包含的通道组总数,最大不超过4 7.2 通道组参数 传感器节点的通道组参数不能超过4组,其编码结构如表11所示。表11 通道组参数 代码 参数名 数据类型 八位位组数 说明 0 x41 通道组号 Uint8 1 该通道组的本地编号 0 x42 ADC位数 Uint8 1 该通道组使用的ADC的位数 0 x43 组成员个数 Uint8 1 该通道组包含的通道总数 0 x44 成员通道号列表 Uint8数组 N 该通道组包含的通道,列表元素依次为该通道组包含的通道号,按通道号升序排列,通道数目与“组成员个数”一致 0 x45 干扰频率 Float32 4 ADC共振干扰频率点 0
14、x46 最大采样频率 Float32 4 ADC最大采样速率 7.3 通道参数 7.3.1 通道类型 依据信号接口类型,传感结点通道分为7个类型,通道类型编码如表12所示。表12 通道类型编码表 代码 参数名 枚举值 八位位组数 0 x52 电压型 0 x01 1 0 x53 电流型 0 x02 1 0 x54 电阻型 0 x03 1 0 x55 频率型 0 x04 1 0 x56 脉冲型 0 x05 1 0 x57 开关型 0 x06 1 0 x58 数字通信型 0 x07 1 7.3.2 电压型通道参数 DB4201/T 6032019 7 电压型通道参数如表13所示。表13 电压型通道参
15、数表 代码 参数名 数据类型 八位位组数 说明 0 x59 通道号 Uint8 1 该通道的本地编号 0 x5A 所属通道组号 Uint8 1 该通道所属的通道组号 0 x5B 最坏情况的不确定度 Float32 4 该通道采集的数据在最坏情况下的不确定度 0 x5C 增益 Float32 4 该通道对采集信号的放大倍数 0 x5D 滤波方式 Uint8 1 采用的滤波方式,其枚举值编码如表E.1所示 0 x5E 高通截止频率 Float32 4 滤波采用的高通截止频率,非必选 0 x5F 低通截止频率 Float32 4 滤波采用的低通截止频率,非必选 0 x60 通道自检时间 Float3
16、2 4 该通道的自检时间,非必选 7.3.3 电流型通道参数 电流型通道参数如表14所示。表14 电流型通道参数表 代码 参数名 数据类型 八位位组数 说明 0 x59 通道号 Uint8 1 该通道的本地编号 0 x5A 所属通道组号 Uint8 1 该通道所属的通道组号 0 x5B 最坏情况的不确定度 Float32 4 该通道采集的数据在最坏情况下的不确定度 0 x5C 增益 Float32 4 该通道对采集信号的放大倍数 0 x5D 滤波方式 Uint8 1 采用的滤波方式,其枚举值编码如表E.1所示 0 x5E 高通截止频率 Float32 4 滤波采用的高通截止频率,非必选 0 x
17、5F 低通截止频率 Float32 4 滤波采用的低通截止频率,非必选 0 x60 通道自检时间 Float32 4 该通道的自检时间,非必选 7.3.4 电阻型通道参数 电阻型通道参数如表15所示。表15 电阻型通道参数 代码 参数名 数据类型 八位位组数 说明 0 x59 通道号 Uint8 1 该通道的本地编号 0 x5A 所属通道组号 Uint8 1 该通道所属的通道组号 0 x5B 最坏情况的不确定度 Float32 4 该通道采集的数据在最坏情况下的不确定度 0 x5C 增益 Float32 4 该通道对采集信号的放大倍数 0 x5D 滤波方式 Uint8 1 采用的滤波方式,其枚
18、举值编码如表E.1所示 0 x5E 高通截止频率 Float32 4 滤波采用的高通截止频率,非必选 0 x5F 低通截止频率 Float32 4 滤波采用的低通截止频率,非必选 0 x60 通道自检时间 Float32 4 该通道的自检时间,非必选 DB4201/T 6032019 8 7.3.5 频率型通道参数 频率型通道参数如表16所示。表16 频率型通道参数 代码 参数名 数据类型 八位位组数 说明 0 x59 通道号 Uint8 1 该通道的本地编号 0 x5A 所属通道组号 Uint8 1 该通道所属的通道组号,非必选 0 x60 通道自检时间 Float32 4 该通道的自检时间
19、,非必选 7.3.6 脉冲型通道参数 脉冲型通道参数如表17所示。表17 脉冲型通道参数 代码 参数名 数据类型 八位位组数 说明 0 x59 通道号 Uint8 1 该通道的本地编号 0 x60 通道自检时间 Float32 4 该通道的自检时间,非必选 7.3.7 开关型通道参数 开关型通道参数如表18所示。表18 开关型通道参数 代码 参数名 数据类型 八位位组数 说明 0 x59 通道号 Uint8 1 该通道的本地编号 0 x60 通道自检时间 Float32 4 该通道的自检时间,非必选 7.3.8 数字通信型通道参数 数字通信型通道参数如表19所示。表19 数字通信型通道参数 代
20、码 参数名 数据类型 八位位组数 说明 0 x59 通道号 Uint8 1 该通道的本地编号 0 x60 通道自检时间 Float32 4 该通道的自检时间,非必选 8 传感器数据交互规范 8.1 概述 本章内容规定了数字通信型传感器与传感结点之间的数据交互规范,适用于传感结点对数字通信型传感器的传感数据、传感器自身信息和状态等内容进行访问和配置。DB4201/T 60320199 8.2 交互模式 传感结点与数字通信型传感器之间采取主从方式进行通信交互,数字通信型传感器为从站,传感结点为主站。数字通信型传感器上电、完成相关初始化工作之后开始侦听命令。传感结点主动向数字通信型传感器发送命令,数
21、字通信型传感器对命令进行响应。当传感结点接收到数字通信型传感器发送的响应数据报文后,才可发送下一条命令数据报文。8.3 数据报文格式 数字通信型传感器与传感结点之间数据交互报文格式定义如表20所示;消息格式中各字段的说明如表21所示;表22给出了数据报文中命令字的格式;控制码编码格式如表23所示。表20 数字通信型传感器与传感结点数据交互报文格式 地址 命令 数据长度 数据 验证码 表21 数据报文格式说明 字段 八位位组数 描述 地址 1 数字通信型传感器通信地址,0 x00为通配地址,OxFF为广播地址 命令 1 命令类型,见表22和表23 数据长度 1 数据区的字节长度,不超过248 数
22、据 N 数据内容,不超过248个字节 验证码 2 为本字段之外所有数据的CRC16校验码,高位字节在前,低位字节在后 注:当使用通配地址时,只能用于点对点通信。表22 命令字格式 B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0 传送方向 后续帧标志 保留 控制码 注1:B7(传送方向):0-主站发出的命令帧,1-从站发出的应答帧。注2:B6(后续帧标志):0-无后续数据帧,1-有后续数据帧。注3:B5B4 保留,应填充 0。表23 控制码编码表 控制码 描述 0000 读取通信地址 0001 读取数据描述文件 0010 读取后续数据描述文件 0011 读取通道传感数据 0100 读取后续通道传
23、感数据 01010111 保留 1000 配置通信地址 1001 配置数据描述文件 DB4201/T 603201910 表23(续)控制码 描述 1010 配置后续数据描述文件 1011 广播校时 11001110 保留 1111 出错 8.4 数据报文格式详解 8.4.1 读取通信地址 传感结点发送读取数字通信型传感器通信地址的数据报文格式如表24所示;数字通信型传感器响应读取通信地址命令的数据报文格式如表25所示。表24 读取通信地址命令报文格式 0 x00 0 x00 0 x00 CRC16 注:CRC16为CRC校验码,高位字节在前、低位字节在后。此命令只用于点对点通信。表25 读取
24、通信地址命令反馈报文格式 ADDR 0 x80 0 x00 CRC16 注:ADDR为所读取的数字通信型传感器通信地址。8.4.2 读取数据描述文件 由传感结点向数字通信型传感器发送读取数据描述文件命令,该命令报文格式如表26所示;该命令报文中数据段的内容结构具体含义说明如表27所示;数字通信型传感器向传感结点反馈数据描述文件内容,其报文格式如表28所示。表26 读取数据描述文件命令报文格式 地址 0 x01 0 x02 数据描述文件类型 通道(组)号 CRC16 表27 读取数据描述文件命令报文中数据段具体含义 字段项 八位位组数 描述 数据描述文件类型 1 采用枚举类型,枚举值及物理意义见
25、表E.2 通道(组)号 1 指待移除的数据描述文件对应的通道(组)号 表28 读取数据描述文件命令反馈报文格式 地址 0 x81/0 xC1 数据长度 数据描述文件 CRC16 注1:当命令字为 0 x81 时,表示无后续数据描述文件,OxCl 表示有后续数据描述文件。注2:该命令反馈报文数据段中的内容为采用 TLV 格式的数据描述文件。DB4201/T 603201911 8.4.3 读取后续数据描述文件 此命令作为“读取数据描述文件”命令的辅助命令,当传感结点发送“读取数据描述文件”命令且接收到具有OxCl命令的反馈包时使用。传感结点读取后续数据描述文件命令报文格式如表29所示;数字通信型
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