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设备监控之数据处理(1)-概述

news 2025/7/22 12:53:57

从串口接收到数据后，就进入了数据处理这一步。
关于数据处理的数据来源，可以是串口来的，也可以是网络上来的。 （源码链接：本节无代码）

多源异构设备监控系统的数据处理架构设计

引言

在前期关于设备串口数据接收的技术探讨中，我们已构建了完整的帧结构解析机制。当系统接收到合规数据帧后，如何构建高效的数据处理体系成为新的技术挑战。本文将深入解析多源异构设备监控场景下的数据处理架构设计，为后续具体实现奠定理论基础。

一、设备数据处理的复杂性解析

1.1 设备类型的多维差异性

工业监控系统需要对接的物理设备具有显著差异性特征：

同类设备参数共性：同类型设备（如不同厂商的温控仪）具有标准化的参数集合，主要体现在协议中的量化单位差异（如℃/℉）和数值表示方式（定点/浮点）
跨类设备参数特性：异种设备间存在参数体系的结构性差异，例如：
- 温控仪：多通道温度采样值（NTC/PT100）、PID控制参数
- 流量计：瞬时流量、累计流量、流体密度补偿值
- 电力监测仪：三相电流/电压、功率因数、谐波分量

1.2 数据格式的异构特性

协议层面的异构性体现在三个维度：

编码格式：ASCII可读字符（如"25.6℃"）与二进制编码（如0x1A4B）混合使用
结构组织：定长字段（如4字节浮点数）与变长字段（分隔符标识的字符串）并存
语义表达：同一状态位在不同协议中可能采用位掩码（Bitmask）或枚举值（Enum）表示

1.3 处理维度的正交分解

系统需应对两个正交维度：

设备类型维度：建立设备类型与参数集合的映射关系
协议格式维度：设计统一的格式解析适配层

这两个维度的正交特性，为采用面向对象设计范式提供了天然的优势。通过继承体系处理设备差异，通过策略模式应对格式变化，可构建高扩展性的处理架构。

二、面向对象架构设计原则

2.1 核心抽象模型构建

@startuml
class DataParser {+parse(rawData: byte[]): DeviceData
}class DeviceData {+parameters: Map+status: DeviceStatus
}abstract class ProtocolAdapter {+decode(data: byte[]): ParsedData+validateChecksum(): boolean
}class TemperatureControllerParser {+parseSpecificData()
}class FlowMeterParser {+parseSpecificData()
}DataParser *-- ProtocolAdapter
ProtocolAdapter <|-- TemperatureControllerParser
ProtocolAdapter <|-- FlowMeterParser
@enduml

（c++）

#include <vector>
#include <map>
#include <string>
#include <memory>// 前置声明
class DeviceStatus;
class ParsedData;// 数据解析器类
class DataParser {
public:std::unique_ptr<DeviceData> parse(const std::vector<uint8_t>& rawData);void setProtocolAdapter(std::unique_ptr<ProtocolAdapter> adapter);private:std::unique_ptr<ProtocolAdapter> protocolAdapter;
};// 设备数据类
class DeviceData {
public:std::map<std::string, double> parameters;std::shared_ptr<DeviceStatus> status;
};// 协议适配器抽象类
class ProtocolAdapter {
public:virtual ~ProtocolAdapter() = default;virtual std::unique_ptr<ParsedData> decode(const std::vector<uint8_t>& data) = 0;virtual bool validateChecksum() = 0;
};// 温度控制器解析器
class TemperatureControllerParser : public ProtocolAdapter {
public:std::unique_ptr<ParsedData> decode(const std::vector<uint8_t>& data) override;bool validateChecksum() override;void parseSpecificData();
};// 流量计解析器
class FlowMeterParser : public ProtocolAdapter {
public:std::unique_ptr<ParsedData> decode(const std::vector<uint8_t>& data) override;bool validateChecksum() override;void parseSpecificData();
};

2.2 设计约束与最佳实践

接口隔离原则:

定义IProtocolDecoder解码接口，隔离设备无关的通用解析逻辑
创建IDeviceSpecificParser处理设备特有参数转换

组合优于继承:

  class ModbusTCPParser:def __init__(self, format_adapter):self.adapter = format_adapter

def parse(self, data):# 通用Modbus解析逻辑base_data = parse_modbus(data)# 委托给具体格式适配器return self.adapter.adapt(base_data)

(c++:)

#include <vector>
#include <memory>// 前置声明
class FormatAdapter;class ModbusTCPParser {
public:explicit ModbusTCPParser(std::shared_ptr<FormatAdapter> formatAdapter): adapter(std::move(formatAdapter)) {}std::vector<uint8_t> parse(const std::vector<uint8_t>& data) {// 通用Modbus解析逻辑std::vector<uint8_t> baseData = parseModbus(data);// 委托给具体格式适配器return adapter->adapt(baseData);}private:std::vector<uint8_t> parseModbus(const std::vector<uint8_t>& data);std::shared_ptr<FormatAdapter> adapter;
};

循环引用防范:
- 采用依赖注入模式解耦模块
- 定义数据传输对象（DTO）作为模块间交互媒介