專利名稱:工業(yè)無線傳感網(wǎng)開關(guān)控制終端的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種工業(yè)無線傳感網(wǎng)開關(guān)控制終端，包括主控模塊、無線模塊、開關(guān)輸入模塊、開關(guān)輸出模塊、指示燈模塊、RS232通信模塊、存儲模塊和電源轉(zhuǎn)換模塊，實(shí)現(xiàn)對網(wǎng)內(nèi)開關(guān)量數(shù)據(jù)的采集、處理及數(shù)據(jù)有線或無線傳輸功能。主控模塊通過內(nèi)部集成的UART接口與無線模塊相連，對接收到的無線數(shù)據(jù)進(jìn)行解析、存儲以及開關(guān)量輸入輸出控制等功能。電源模塊為RS232模塊、主控模塊和無線模塊供電。存儲模塊通過HC接口與主控模塊相連，用來存儲工業(yè)無線傳感網(wǎng)中的組編號、模塊地址等信息。本實(shí)用新型采用車載控制終端與通信中轉(zhuǎn)終端構(gòu)成點(diǎn)對多點(diǎn)的無線通信網(wǎng)絡(luò)，能減少頻段，避免節(jié)點(diǎn)間的相互抗干擾。
【專利說明】工業(yè)無線傳感網(wǎng)開關(guān)控制終端

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型設(shè)計一種工業(yè)無線傳感網(wǎng)開關(guān)控制終端。屬無線通信和嵌入式系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]工業(yè)控制系統(tǒng)發(fā)展主要經(jīng)歷手動控制、半自動控制和智能化控制三個階段。手動控制方式?jīng)]有中控室，控制全憑借經(jīng)驗操作，隨意性大。半自動控制方式終端運(yùn)行參數(shù)一般通過有線電纜從中控室對其進(jìn)行設(shè)置。終端設(shè)備按照設(shè)置的參數(shù)自動進(jìn)行作業(yè)，在作業(yè)過程中，可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行必要的干預(yù)，也可以在中控室設(shè)置參數(shù)或命令通過有線電纜進(jìn)行控制作業(yè)，或通過裝載無線設(shè)備進(jìn)行無線控制。智能化運(yùn)行方式主要采用遠(yuǎn)程控制模式，作業(yè)人員在中控室中進(jìn)行控制，發(fā)出指令，終端設(shè)備按照指令進(jìn)行工作，工作過程中，作業(yè)人員可在中控室進(jìn)行監(jiān)控和干預(yù)。如果現(xiàn)場很大，有多臺設(shè)備的話，人工遠(yuǎn)程干預(yù)將不易實(shí)現(xiàn)，因此，該方式一般用于現(xiàn)場設(shè)備很少的情況下，如日本北陸電力大田七尾發(fā)電所就采用這種方式。傳統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制基于PLC的有線信號傳輸控制。每臺終端通過自身的PLC進(jìn)行有線信號的收集和處理，并將處理結(jié)果信息通過有線電纜傳送到中控室，這種方式長年累月易造成電纜磨損，影響信號傳輸?shù)默F(xiàn)象。
[0003]針對這種現(xiàn)象，利用無線通信技術(shù)，進(jìn)行控制信息傳輸，即有點(diǎn)對點(diǎn)控制。這里點(diǎn)對點(diǎn)控制采用雙向無線智能控制器，可以完全代替終端設(shè)備的控制電纜，實(shí)現(xiàn)無線控制，從而解決傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的控制電纜斷裂造成嚴(yán)重影響生產(chǎn)的問題，同時維護(hù)更換方便，節(jié)省了大量的人力物力和財力。點(diǎn)對點(diǎn)控制需要兩臺配對使用，A設(shè)備和B設(shè)備相互控制，輸入狀態(tài)控制到對方設(shè)備的輸出，設(shè)備同時具有自診斷功能、檢測對方設(shè)備是否在線、故障輸出告警等功能，具有配置簡單、使用方便、實(shí)用性強(qiáng)、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。
[0004]為避免有線傳輸中因電纜損壞或接觸不良造成控制信號丟失現(xiàn)象，同時也利用控制系統(tǒng)升級及維護(hù)，相比點(diǎn)對點(diǎn)和點(diǎn)對多點(diǎn)的無線控制系統(tǒng)提高了頻段利用率。針對現(xiàn)場終端設(shè)備數(shù)量多、分布不集中，采用車載控制終端與通信中轉(zhuǎn)終端構(gòu)成點(diǎn)對多點(diǎn)的無線通信網(wǎng)絡(luò)，以減少頻段，避免各機(jī)之間的相互抗干擾。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種工業(yè)無線傳感網(wǎng)開關(guān)控制終端。本開關(guān)控制終端采用車載控制終端與通信中轉(zhuǎn)終端構(gòu)成點(diǎn)對多點(diǎn)的無線通信網(wǎng)絡(luò)，能減少頻段，避免各機(jī)之間的相互抗干擾。對終端設(shè)備數(shù)量多、分布不集中的現(xiàn)場工作具有極大的發(fā)展前景和現(xiàn)實(shí)意義。
[0006]本實(shí)用新型所解決的技術(shù)問題可以采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0007]一種工業(yè)無線傳感網(wǎng)開關(guān)控制終端，包括主控模塊、無線模塊、開關(guān)輸入模塊、開關(guān)輸出模塊、指示燈模塊、RS232模塊、存儲模塊和電源轉(zhuǎn)換模塊組成，實(shí)現(xiàn)對網(wǎng)內(nèi)開關(guān)量的采集、處理功能。
[0008]具體來說，所述的無線模塊接收監(jiān)控終端或其他控制終端發(fā)來的數(shù)據(jù)，并發(fā)送控制終端要發(fā)送的指令數(shù)據(jù)。
[0009]進(jìn)一步地，所述的主控模塊通過無線模塊接收監(jiān)控終端或其他控制終端發(fā)來的數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)類型并控制終端設(shè)備執(zhí)行相應(yīng)的操作。主控模塊以MKL25Z128VLH4芯片為核心，解析數(shù)據(jù)，重設(shè)、存儲參數(shù)數(shù)據(jù)。
[0010]進(jìn)一步地，所述的電源模塊包括+24V轉(zhuǎn)+5V模塊和+5V轉(zhuǎn)+3.3V模塊兩部分電源。+24V轉(zhuǎn)+5V模塊為RS232模塊提供電源，同時作為+5V轉(zhuǎn)+3.3V模塊的輸入電源。+5V轉(zhuǎn)+3.3V模塊為主控模塊和無線模塊供電。
[0011]進(jìn)一步地，所述的存儲模塊用來存儲工業(yè)傳感網(wǎng)內(nèi)的組編號、本模塊地址等信息。存儲模塊采用AT24C256EEPROM存儲芯片，其空間大小為262，144字節(jié)，工作電壓為+3.3V。
[0012]進(jìn)一步地，所述的指示燈模塊，包括電源、運(yùn)行、故障、通信指示燈。
[0013]進(jìn)一步地，所述的RS232模塊，與主控模塊內(nèi)部集成的UARTO接口相連，可實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與主控模塊的串行通信。
[0014]進(jìn)一步地，所述的開關(guān)輸入模塊和開關(guān)輸出模塊。其中開關(guān)輸入模塊包含8路開關(guān)輸入量，主要由兩個具有4路輸入的光電耦合器和8路輸入開關(guān)狀態(tài)指示燈組成。光電耦合器使開關(guān)輸入量和主控模塊之間實(shí)現(xiàn)電氣隔離，增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性，8個指示燈獨(dú)立顯示8個輸入開關(guān)量的通斷狀態(tài)。開關(guān)輸出模塊，包含8路開關(guān)量輸出，主要由電流驅(qū)動器、8路繼電器和8路輸出開關(guān)狀態(tài)指示燈組成。
[0015]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)及效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型提供的工業(yè)無線傳感網(wǎng)開關(guān)控制終端采用車載控制終端與通信中轉(zhuǎn)終端構(gòu)成點(diǎn)對多點(diǎn)的無線通信網(wǎng)絡(luò)，能減少頻段，避免各機(jī)之間的相互抗干擾。對于終端設(shè)備數(shù)量多、分布不集中的現(xiàn)場作業(yè)通過組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)聯(lián)動；通過監(jiān)控終端實(shí)現(xiàn)對控制終端的配置及控制。可實(shí)現(xiàn)一對一、一對多、多對一、多對多的靈活配置，即每個無線開關(guān)控制終端可臨時作為主控制終端用以控制整個網(wǎng)絡(luò)中其它無線開關(guān)控制終端的工作狀態(tài)?？朔鹘y(tǒng)有線控制系統(tǒng)帶來的弊端同時，靈活高效地組織多臺終端設(shè)備聯(lián)動，達(dá)到降低系統(tǒng)維修成本及功耗，提高工作效率及系統(tǒng)穩(wěn)定性的目的。

【附圖說明】

[0016]圖1是本實(shí)用新型工業(yè)無線傳感網(wǎng)開關(guān)控制終端的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2是本實(shí)用新型工業(yè)無線傳感網(wǎng)開關(guān)控制終端的工作流程圖；
[0018]圖3是本實(shí)用新型工業(yè)無線傳感網(wǎng)開關(guān)控制終端中的電源模塊工作流程圖；
[0019]圖4是本實(shí)用新型工業(yè)無線傳感網(wǎng)開關(guān)控制終端結(jié)構(gòu)設(shè)計圖
[0020]圖5是本實(shí)用新型工業(yè)無線傳感網(wǎng)開關(guān)控制終端主流程圖；
具體實(shí)施方案
[0021]下面結(jié)合實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式不限于此。
[0022]圖1是本實(shí)用新型基于工業(yè)無線傳感網(wǎng)的開關(guān)控制終端的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。本控制終端包括主控模塊、無線模塊、開關(guān)輸入模塊、開關(guān)輸出模塊、指示燈模塊、RS232通信模塊、存儲模塊和電源轉(zhuǎn)換模塊。
[0023](I)無線模塊。
[0024]控制終端之間，控制終端與監(jiān)控終端之間通過無線方式進(jìn)行通信，無線模塊負(fù)責(zé)接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，工作頻段為410-480MHZ，視距情況下，離地高度> I米放置，可靠傳輸距離可達(dá)2700米，最大發(fā)射功率500mW。
[0025]采用VT-DTMSD3-433集成無線模塊，如圖2所示通過串口與主控模塊MKL25Z128VLH4的最小系統(tǒng)相連接。
[0026](2)主控模塊 MKL25Z128VLH4。
[0027]主控模塊以MKL25Z128VLH4芯片為核心，首先可根據(jù)需求對控制終端進(jìn)行工作參數(shù)的設(shè)定，設(shè)定可通過UART接口，利用PC實(shí)現(xiàn)，也可利用無線開關(guān)監(jiān)控終端在線設(shè)定。工作時，控制終端解析無線模塊收到的數(shù)據(jù)，根據(jù)解析結(jié)果對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、轉(zhuǎn)發(fā)以及遠(yuǎn)程開關(guān)量輸入輸出的控制等功能。
[0028](3)電源模塊。
[0029]無線開關(guān)控制終端由外部提供+24V直流電供給，最大工作電流控制在500mA左右，外部電源根據(jù)實(shí)際需求另行配置。包括兩部分電源:+24V轉(zhuǎn)+5V模塊和+5V轉(zhuǎn)+3.3V模塊，如圖3所示。+24V通過電壓轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)+5V為RS232模塊提供電源，同時+5V通過電源轉(zhuǎn)換芯片ASMl 117轉(zhuǎn)+3.3V為主控模塊和無線模塊供電。
[0030](4)存儲模塊。
[0031]為存儲工業(yè)無線傳感網(wǎng)的組編號，本模塊地址等信息設(shè)計存儲模塊，采用AT24C256EEPROM存儲芯片，其空間大小為 262，144字節(jié)，工作電壓為+3.3V。如圖1所示存儲模塊通過HC與主控模塊相連。
[0032](5)開關(guān)輸入輸出模塊
[0033]通過開關(guān)輸入輸出模塊實(shí)現(xiàn)終端設(shè)備的工作。開關(guān)輸入模塊，包含8路開關(guān)輸入量，主要由兩個具有4路輸入的光電耦合器和8路輸入開關(guān)狀態(tài)指示燈組成。光電耦合器使開關(guān)輸入量和主控模塊之間實(shí)現(xiàn)電氣隔離，增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性，8個指示燈獨(dú)立顯示8個輸入開關(guān)量的通斷狀態(tài)。開關(guān)輸出模塊，包含8路開關(guān)量輸出，主要由電流驅(qū)動器、8路繼電器和8路輸出開關(guān)狀態(tài)指示燈組成?？刂平K端通過解析無線模塊接收的數(shù)據(jù)，若解析結(jié)果是1控制，則根據(jù)數(shù)據(jù)是實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的輸出開關(guān)的通斷控制。
[0034](6)控制終端結(jié)構(gòu)設(shè)計
[0035]本實(shí)用新型考慮到更新和維修方便，采集兩層結(jié)構(gòu)化設(shè)計方案，如圖4所示。上層為無線模塊；下層為MKL25Z128VLH4最小系統(tǒng)板及電源電路，開關(guān)量輸入輸出控制電路。
[0036]控制終端的主流程如圖5所示?？刂平K端上電之后，運(yùn)行MCU初始化程序(包括時鐘、EEPROM、串口、指示燈、開關(guān)量初始狀態(tài))。然后讀取存儲模塊中存儲的數(shù)據(jù)判斷控制終端是否初次運(yùn)行。主循環(huán)讀取PC數(shù)據(jù)，若讀取成功，則對獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，根據(jù)解析結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的參數(shù)設(shè)定。參數(shù)設(shè)定成功后，若無線模塊收到數(shù)據(jù)，對收到數(shù)據(jù)的相應(yīng)位進(jìn)行解析，若非本機(jī)數(shù)據(jù)則轉(zhuǎn)發(fā)，是本機(jī)數(shù)據(jù)則判斷數(shù)據(jù)類型，進(jìn)行參數(shù)設(shè)定或開關(guān)量輸入輸出控制，并返回應(yīng)答信息。
【權(quán)利要求】
1.一種工業(yè)無線傳感網(wǎng)開關(guān)控制終端，其特征在于:包括主控模塊、無線模塊、開關(guān)輸入模塊、開關(guān)輸出模塊、指示燈模塊、RS232模塊、存儲模塊和電源轉(zhuǎn)換模塊組成，實(shí)現(xiàn)對網(wǎng)內(nèi)開關(guān)量數(shù)據(jù)的采集、處理及數(shù)據(jù)有線或無線傳輸功能，電源模塊為RS232模塊、主控模塊和無線模塊提供電源。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工業(yè)無線傳感網(wǎng)開關(guān)控制終端，其特征在于:所述主控模塊包括MKL252128VLH4處理器芯片、寫入器電路、晶振電路和復(fù)位電路。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工業(yè)無線傳感網(wǎng)開關(guān)控制終端，其特征在于:所述的開關(guān)輸入模塊包含8路帶光電隔離的開關(guān)輸入量，所述的開關(guān)輸出模塊包含8路帶光電隔離及電流驅(qū)動的開關(guān)輸出量。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的工業(yè)無線傳感網(wǎng)開關(guān)控制終端，其特征在于:所述主控模塊內(nèi)部集成的IIC接口與存儲模塊相連。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的工業(yè)無線傳感網(wǎng)開關(guān)控制終端，其特征在于:所述主控模塊內(nèi)部集成的UART接口分別于無線模塊及RS232模塊相連。
【文檔編號】G05B19-418GK204302760SQ201420365514
【發(fā)明者】林志貴, 孟德軍, 劉喆, 楊子原, 劉英平 [申請人]天津工業(yè)大學(xué)