專利名稱:一種基于Modbus總線的無線數據采集儀的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種基于Modbus總線的無線數據采集儀。本實用新型中電源模塊將12V變?yōu)?V和3.3V；處理器芯片與電平隔離芯片信號連接，兩路電平隔離芯片與兩路RS485串口芯片信號連接，兩路RS485串口芯片與八個Modbus節(jié)點信號連接；處理器芯片與無線WiFi模塊、GPRS模塊分別信號連接；處理器芯片與繼電器驅動芯片信號連接，繼電器驅動芯片與八路繼電器信號連接；處理器芯片與RS232串口芯片信號連接，RS232串口芯片與調試串行接口信號連接。本實用新型可以將資源、信息、物體以及人緊密聯(lián)系在一起，從而創(chuàng)造工業(yè)物聯(lián)網及相關服務，并將工業(yè)現場轉變?yōu)橐粋€可以遠程測控的智能環(huán)境。
【專利說明】
一種基于Modbus總線的無線數據采集儀
技術領域
[0001]本實用新型涉及無線數據采集儀，主要涉及一種可以采集多個Modbus終端節(jié)點數據并可通過無線WiFi和無線GPRS方式傳遞到遠程服務器的采集設備。
【背景技術】
[0002]隨著無線通信技術和總線技術的不斷發(fā)展，工業(yè)領域迫切需要將現場設備、儀表與工人聯(lián)網起來。工業(yè)4.0的核心是連接，要把設備、生產線、工廠、供應商、產品、客戶緊密地連接在一起，使得產品與生產設備之間、不同的生產設備之間以及數字世界和物理世界之間能夠互聯(lián)，使得機器、工作部件、系統(tǒng)以及人類會通過網絡持續(xù)地保持數字信息的交流，以使企業(yè)的整個運行效率保持最高效的狀態(tài)?！肮I(yè)4.0”概念在歐洲乃至全球工業(yè)領域引起了極大關注和得到了普遍認同。Modbus是全球第一個真正用于工業(yè)現場的總線協(xié)議，可支持247個之多的遠程從Modbus節(jié)點，可應用于各種數據采集和過程監(jiān)控。Modbus總線協(xié)議標準完全開放，用戶可以免費、放心地使用Modbus協(xié)議，不需要交納許可證費，也不會侵犯知識產權。目前，支持Modbus的廠家超過400家，支持Modbus的產品超過600種，因此屬于一種適用范圍較廣的總線協(xié)議。由于工業(yè)物聯(lián)網中廣泛采用Modbus協(xié)議作為數據采集協(xié)議，而基于Modbus總線的無線數據采集儀可以兼容多種工業(yè)設備和裝置，無線數據傳輸方式避免了有線布線的缺點，因此具有廣泛的應用前景。

【發(fā)明內容】

[0003]本實用新型提出了一種用于Modbus協(xié)議儀表設備數據采集的無線數據采集儀，通過Modbus總線方式采集8個Modbus儀表設備的數據，然后通過兩種無線傳輸方式傳輸到服務器，實現生產設備之間的互聯(lián)和設備與產品的互聯(lián)，滿足信息物理融合系統(tǒng)(CPS)的需求。
[0004]本實用新型包括電源模塊、處理器芯片、八路繼電器、八個Modbus節(jié)點、無線WiFi模塊、GPRS模塊、RS232串口芯片、繼電器驅動芯片、調試串行接口、兩路電平隔離芯片和兩路RS485串口芯片。
[0005]所述的電源模塊將12VDC電源變?yōu)?VDC和3.3VDC，給所有其他部分供電；處理器芯片與電平隔離芯片信號連接，兩路電平隔離芯片分別與兩路RS485串口芯片信號連接，兩路RS485串口芯片與八個Modbus節(jié)點信號連接，兩路并接的方式保證了數據連接備份，提高了系統(tǒng)可靠性;處理器芯片與無線WiFi模塊、GPRS模塊分別信號連接，用戶可以根據實際應用場景選擇合適的無線傳輸方式;處理器芯片與繼電器驅動芯片信號連接，繼電器驅動芯片與八路繼電器信號連接，用于對工業(yè)現場的設備進行通斷控制;處理器芯片與RS232串口芯片信號連接，RS232串口芯片與調試串行接口信號連接，用于系統(tǒng)軟件更新或在線調試。
[0006]本實用新型涉及的基于Modbus總線的無線數據采集儀的指標如下:
[0007]系統(tǒng)供電范圍:9VDC-16VDC;
[0008]支持Modbus節(jié)點數:8個；
[0009]繼電器控制路數:8路；
[0010]無線通信方式:WiFi與GPRS;
[0011]Modbus節(jié)點采集路數:2路備份。
[0012]與其他【背景技術】相比，本實用新型的作用是可以提供8路Modbus節(jié)點數據采集及通電控制，以無線WiFi和無線GPRS方式傳輸到遠程服務器。本實用新型提出的基于Modbus總線的無線數據采集儀可以將資源、信息、物體以及人緊密聯(lián)系在一起，從而創(chuàng)造工業(yè)物聯(lián)網及相關服務，并將工業(yè)現場轉變?yōu)橐粋€可以遠程測控的智能環(huán)境。
【附圖說明】

[0013]圖1是本實用新型的電路結構示意圖。
[0014]圖2是本實用新型的工作流程圖。
【具體實施方式】
[0015]本實用新型包括電源模塊1、處理器芯片2、八路繼電器3、八個Modbus節(jié)點4、無線WiFi模塊5、GPRS模塊6、RS232串口芯片7、繼電器驅動芯片8、調試串行接口9、兩路電平隔離芯片10和兩路RS485串口芯片11。所述的電源模塊將12￥變?yōu)?￥和3.3￥，給所有其他部分供電；處理器芯片與電平隔離芯片信號連接，2路電平隔離芯片與2路RS485串口芯片信號連接，2路RS485串口芯片與8個Modbus節(jié)點信號連接;處理器芯片與無線WiFi模塊、GPRS模塊分別信號連接;處理器芯片與繼電器驅動芯片信號連接，繼電器驅動芯片與8路繼電器信號連接;處理器芯片與RS232串口芯片信號連接，RS232串口芯片與調試串行接口信號連接。
[0016]如圖1所示，整個系統(tǒng)輸入為12VDC電源，所述的電源模塊將12V變?yōu)?V和3.3V，給所有其他各部分供電。處理器芯片3.3V供電，8路繼電器12V供電，8個Modbus節(jié)點12V供電，無線WiFi模塊3.3V供電，GPRS模塊3.3V供電，RS232串口芯片3.3V供電，繼電器驅動芯片
3.3V供電、調試串行接口 3.3V供電，2路電平隔離芯片5V供電，2路RS485串口芯片5V供電。
[0017]如圖1所示，處理器芯片與電平隔離芯片信號連接，2路電平隔離芯片與2路RS485串口芯片信號連接，2路RS485串口芯片與8個Modbus節(jié)點信號連接。處理器芯片選用ST公司的STM32F103VCt6，2路電平隔離芯片選用B0505S，2路RS485串口芯片選用MAX485，8個Modbus節(jié)點為采用Modbus總線協(xié)議的節(jié)點設備。處理器芯片(2)實現各個Modbus儀表設備的數據采集與無線發(fā)送。
[0018]如圖1所示，處理器芯片與無線WiFi模塊、GPRS模塊分別信號連接。無線WiFi模塊采用USR-C322模塊，GPRS模塊采用USR-GM3模塊。處理器芯片分別通過獨立的UART接口連接無線WiFi模塊、GPRS模塊，因此采集數據可以同時通過無線WiFi方式或無線GPRS方式進行傳輸，也可以由用戶根據使用場景進行選擇，只要無線數據采集儀處于相應的網絡信號覆蓋范圍。
[0019]如圖1所示，處理器芯片與繼電器驅動芯片信號連接，繼電器驅動芯片與8路繼電器信號連接。繼電器驅動芯片采用ULN2803芯片，8路繼電器采用OMRON/歐姆龍的G6HK-2-100繼電器，用于控制8個Modbus節(jié)點的通電與否。8路繼電器的控制可以根據設置的內部規(guī)則來啟動，也可以通過無線通信遠程控制。
[0020]如圖1所示，處理器芯片與RS232串口芯片信號連接，RS232串口芯片與調試串行接口信號連接。RS232串口芯片選用MAX3232芯片，調試串行接口為標準的DB9串口母頭。調試PC可以通過調試串行接口進行運行調試，便于用戶進行設置或修改，還可以用于在線更新程序。
[0021]如圖2所示，本實用新型的工作方式如下:當無線數據采集儀上電后進行系統(tǒng)初始化，等待定時采集時間間隔，如果定時時間到，打開8路繼電器，給8個Modbus節(jié)點供電，通過輪詢查詢8個Modbus節(jié)點的數據，然后將采集到的數據進行打包處理，開啟無線通信與服務器之間的握手連接，將數據通過無線WiFi通信方式和無線GPRS通信方式發(fā)送給遠程服務器。下一采集周期將重復上一周期的過程，實現自動數據采集。除此之外，系統(tǒng)還維護了個自動更新程序的流程，系統(tǒng)初始化后會檢查是否在線更新程序，如果此時調試串行接口發(fā)送了程序更新指令，則開啟在線程序更新步驟，等到更新結束后重啟動系統(tǒng)，進入新一版程序，實施系統(tǒng)初始化。如果在線程序更新失敗，系統(tǒng)也會重啟動，運行前一版程序，由此保證本地軟件程序的可靠、及時更新。
[0022]本實用新型的作用是可以提供8路Modbus節(jié)點數據采集及通電控制，并以無線WiFi和GPRS方式傳輸到遠程服務器的無線數據采集儀，而且通過遠程服務器還可以操控設置采集參數。由于目前工業(yè)現場中Modbus協(xié)議使用較為廣泛，而且本實用新型中科采集與控制的Modbus節(jié)點還可以進一步擴展，因此可以滿足多種應用場合下的Modbus儀表設備數據采集需求，為工業(yè)4.0中的網絡化提供一種技術方案。
【主權項】
1.一種基于Modbus總線的無線數據采集儀，包括電源模塊(1)、處理器芯片(2)、八路繼電器(3)、八個Modbus節(jié)點(4)、無線WiFi模塊(5)、GPRS模塊(6)、RS232串口芯片(7)、繼電器驅動芯片(8)、調試串行接口(9)、兩路電平隔離芯片(10)和兩路RS485串口芯片(11)，其特征在于: 所述的電源模塊(I)將12VDC輸入電壓變?yōu)?VDC和3.3VDC電壓，給所有其他部分供電；處理器芯片(2)與電平隔離芯片(10)信號連接，兩路電平隔離芯片(10)與兩路RS485串口芯片(11)信號連接，兩路RS485串口芯片(11)與八個Modbus節(jié)點(4)信號連接;處理器芯片(2)與無線WiFi模塊(5)、GPRS模塊(6)分別信號連接;處理器芯片(2)與繼電器驅動芯片(8)信號連接，繼電器驅動芯片(8)與八路繼電器(3)信號連接;處理器芯片(2)與RS232串口芯片(7)信號連接，RS232串口芯片(7)與調試串行接口(9)信號連接。
【文檔編號】G06F13/42GK205722365SQ201620287093
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年4月8日
【發(fā)明人】張美燕, 周莉萍, 彭學虎, 陳麗莉, 沈勝標
【申請人】浙江水利水電學院