一種具有短距離無線通訊能力的數(shù)據(jù)采集設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及具有短距離無線通訊能力的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，可有效解決現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的信號(hào)采集，又節(jié)省通信資源，降低通信使用費(fèi)用的問題，其解決的技術(shù)方案是，一個(gè)數(shù)據(jù)集中器通過短距離無線通信器與中斷器或采集器相連，通過公共移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)與主站服務(wù)器相連，中繼器或采集器通過短距離無線通信器與數(shù)據(jù)集中器相連，中繼器與采集器通過短距離無線通信器相連接，多個(gè)短距離無線通信器構(gòu)成自組網(wǎng)無線通信系統(tǒng)，采集器經(jīng)RS485接口模塊同現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備相連，構(gòu)成工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)監(jiān)控采集終端系統(tǒng)，本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，新穎獨(dú)特，易安裝使用，既解決了GPRS信號(hào)不能覆蓋場(chǎng)所的應(yīng)用，又節(jié)省了通信資源，降低了通信使用費(fèi)用，是工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)采集設(shè)備上的創(chuàng)新。
【專利說明】一種具有短距離無線通訊能力的數(shù)據(jù)采集設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及通訊數(shù)據(jù)采集，特別是基于ZigBee短距離無線通信技術(shù)和GPRS移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的一種具有短距離無線通訊能力的數(shù)據(jù)采集設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著通信技術(shù)的發(fā)展，移動(dòng)網(wǎng)GPRS通信技術(shù)在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集方面得到了的廣泛的應(yīng)用，尤其是在電力行業(yè)。用來采集電力設(shè)備和儀表的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、故障信息，匯集到電力公司的信息管理平臺(tái)，為負(fù)荷控制、線損分析、自動(dòng)配網(wǎng)提供了科學(xué)準(zhǔn)確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。目前市場(chǎng)上也出現(xiàn)了很多利用GPRS技術(shù)的數(shù)據(jù)采集終端。
[0003]但是這種應(yīng)用技術(shù)目前有兩個(gè)問題。其一是，GPRS應(yīng)用受到信號(hào)覆蓋范圍的限制，在移動(dòng)信號(hào)覆蓋范圍之內(nèi)，可以保證正常通信，但是但在眾多的大中城市里，許多需要監(jiān)測(cè)的電力設(shè)備分布在建筑物地下室，GPRS的信號(hào)無法覆蓋，就無法實(shí)現(xiàn)正常的通信。其二是，現(xiàn)場(chǎng)很多需要檢測(cè)的設(shè)備相對(duì)很分散，如果對(duì)每個(gè)分散的采集點(diǎn)都用GPRS方式來組網(wǎng)的話，會(huì)占用很多通信資源，并且也會(huì)花費(fèi)很多通信使用費(fèi)。因此，為解決以上兩個(gè)問題，采用短距離無線技術(shù)，首先把分散的被監(jiān)控設(shè)備的數(shù)據(jù)通過短距離無線采集器集中起來，通過短距離無線網(wǎng)絡(luò)傳輸給集中器，集中器再將現(xiàn)場(chǎng)所有的設(shè)備數(shù)據(jù)傳送給監(jiān)控主站。這樣，既解決了 GPRS信號(hào)不能覆蓋場(chǎng)所的應(yīng)用，又節(jié)省了通信資源，降低了通信使用費(fèi)用。但至今未見有此類技術(shù)設(shè)備的公開報(bào)導(dǎo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)上述情況，為克服現(xiàn)有技術(shù)之缺陷，本實(shí)用新型之目的就是提供一種具有短距離無線通訊能力的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，可有效解決現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的信號(hào)采集，又節(jié)省通信資源，降低通信使用費(fèi)用的問題。
[0005]本實(shí)用新型解決的技術(shù)方案是，包括主站服務(wù)器、數(shù)據(jù)集中器、中繼器、采集器和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，一個(gè)數(shù)據(jù)集中器通過短距離無線通信器(ZigBee)與中斷器或采集器相連，通過公共移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)(GPRS)與主站服務(wù)器相連，中繼器或采集器通過短距離無線通信器與數(shù)據(jù)集中器相連，中繼器與采集器通過短距離無線通信器相連接，多個(gè)短距離無線通信器構(gòu)成自組網(wǎng)無線通信系統(tǒng)，采集器經(jīng)RS485接口模塊同現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備相連，構(gòu)成工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)監(jiān)控米集終端系統(tǒng)。
[0006]本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，新穎獨(dú)特，易安裝使用，既解決了 GPRS信號(hào)不能覆蓋場(chǎng)所的應(yīng)用，又節(jié)省了通信資源，降低了通信使用費(fèi)用，是工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)采集設(shè)備上的創(chuàng)新。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框示圖。
[0008]圖2為本實(shí)用新型的集中器結(jié)構(gòu)框示圖。[0009]圖3為本實(shí)用新型的中繼器或采集器的結(jié)構(gòu)框示圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】作詳細(xì)說明。
[0011]由圖1-3所示，本實(shí)用新型包括主站服務(wù)器、數(shù)據(jù)集中器、中繼器、采集器和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，一個(gè)數(shù)據(jù)集中器3通過短距離無線通信器(ZigBee)與中斷器或采集器相連，通過公共移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)(GPRS) 2與主站服務(wù)器I相連，中繼器或采集器通過短距離無線通信器與數(shù)據(jù)集中器3相連，中繼器與采集器通過短距離無線通信器相連接，多個(gè)短距離無線通信器構(gòu)成自組網(wǎng)無線通信系統(tǒng)，采集器經(jīng)RS485接口模塊同現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備相連，構(gòu)成工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)監(jiān)控采集終端系統(tǒng)。
[0012]為了保證使用效果，所述的中繼器可為多個(gè)，圖中給出包括第一中繼器7、第二中繼器8的多個(gè)，采集器可為多個(gè)，圖中給出第一采集器11、第二采集器12和第三采集器13的多個(gè)，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備(工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備)可為多臺(tái)，圖中給出第一現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備17、第二現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備18和第三現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備19的多個(gè)，其中第一中繼器7經(jīng)第一短距離無線通信器4與數(shù)據(jù)集中器3相連，經(jīng)第二短距離無線通信器9與第二采集器12相連；第二中繼器8經(jīng)第三短距離無線通信器5與數(shù)據(jù)集中器3相連，經(jīng)第四短距離無線通信器10與第三采集器13相連；數(shù)據(jù)集中器3經(jīng)第五短距離無線通信器6與第一采集器11相連，在實(shí)際使用中可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備多少的情況，增加中繼器、采集器，圖1給出的只是實(shí)施例，用于說明本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)，并不是用于限制本實(shí)用新型的保護(hù)部件數(shù)量范圍；第一采集器11經(jīng)第一 RS485接口模塊14與第一現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備17相連，第二采集器12經(jīng)第二 RS485接口模塊15與第二現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備18相連，第三采集器13經(jīng)第三RS485接口模塊16與第三現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備19相連；
[0013]所述的數(shù)據(jù)集中器3內(nèi)含有RS485接口模塊，其結(jié)構(gòu)是，第一微處理器經(jīng)接口分別接短距離無線通信器、第一存儲(chǔ)器、第一 FLASH存儲(chǔ)器和公共移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)，第一微處理器上裝有狀態(tài)指示燈和帶有隔離墻的RS485接口，第一微處理器經(jīng)電源插口同電源相連。
[0014]所述的中繼器與采集器結(jié)構(gòu)相同，其結(jié)構(gòu)是，第二微處理器經(jīng)接口分別接第二存儲(chǔ)器、第二 FLASH存儲(chǔ)器和短距離無線通信器，第二微處理器上裝有狀態(tài)指示燈和帶有隔離墻的RS485接口，第二微處理器的電源端同電源相連，中繼器與采集器其區(qū)別在于，具體使用時(shí)作為中繼器或者作為采集器使用，是通過設(shè)定其工作方式實(shí)現(xiàn)的，即采集器既可以采集數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)采集器的功能，也可以實(shí)現(xiàn)無線信號(hào)的中繼，完成中繼器的功能。
[0015]所述的第一微處理器、第二微處理器為帶有4個(gè)串行通信接口的LPC微處理器；短距離無線通信器(ZigBee通信模塊)為英國(guó)Jennic公司的JN3139模塊；第一 FLASH存儲(chǔ)器和第二 FLASH存儲(chǔ)器為Atmel公司的45DB041型；GPRS模塊為有方公司的M580I型。
[0016]由上述給出，本實(shí)用新型是基于短距離無線技術(shù)和GPRS移動(dòng)通信技術(shù)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，系統(tǒng)架構(gòu)集中器為核心。通過短距離無線通信技術(shù)組成現(xiàn)場(chǎng)無線網(wǎng)絡(luò)，通過該網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)集中，之后經(jīng)過集中器將數(shù)據(jù)傳輸給中心主站。采集器通過RS485串行接口采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)、狀態(tài)信息。并通過短距離無線網(wǎng)絡(luò)向集中器傳送。采集器同時(shí)具有無線中繼功能，即可以接受其他采集器的無線信號(hào)，經(jīng)放大后，轉(zhuǎn)發(fā)給集中器。集中器一方面接收采集器或者中繼器的數(shù)據(jù)，同時(shí)將受到的數(shù)據(jù)經(jīng)過GPRS傳給監(jiān)控主站，構(gòu)成工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)監(jiān)控采集系統(tǒng)。[0017]集中器內(nèi)部電路和結(jié)構(gòu)構(gòu)造包括嵌入式微處理器、存儲(chǔ)器、GPRS模塊、ZigBee通信模塊、隔離RS485通信接口、狀態(tài)指示電路等幾部分組成。狀態(tài)指示:指示GPRS的信號(hào)強(qiáng)度及在線狀態(tài)，ZigBee的注冊(cè)狀態(tài)。
[0018]CPU主控處理模塊是集中器的控制核心，本實(shí)施例CPU主控處理器為帶有4個(gè)串行通信接口的LPC1778微處理器。通過CPU的異步串行接口和GPRS模塊相連，通過CPU的第二個(gè)異步串行通信口與ZigBee通信模塊相連、通過SPI總線與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器電路以及程序存儲(chǔ)器電路相連，通過第三個(gè)異步串行接口與RS485通信接口電路相連。CPU通過程序代碼控制這些模塊的工作。
[0019]公共移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)(GPRS模塊)其作用是負(fù)責(zé)連接GPRS網(wǎng)絡(luò)，建立與主站服務(wù)器連接，完成與主站服務(wù)器的數(shù)據(jù)通信。
[0020]短距離無線通信器(ZigBee通信模塊)其內(nèi)部含有ZigBee協(xié)議棧。其作用為建立ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)、接收采集器或者中繼器的無線連接。
[0021]數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器電路的作用是緩存通信任務(wù)中待發(fā)送的數(shù)據(jù)與已接收待處理的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)緩存。
[0022]FLASH存儲(chǔ)器的作用存儲(chǔ)需要保存的設(shè)備參數(shù)以及要存儲(chǔ)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)和工況信息，并具有掉電保存的功能的；FLASH存儲(chǔ)器可以選用市場(chǎng)上流行的芯片，本實(shí)施例選用了 Atmel 公司的 4OTB041 ；
[0023]RS485通信接口電路用作采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的接口或者用來對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)的接口。
[0024]中繼器/采集器內(nèi)部電路和結(jié)構(gòu)構(gòu)造包括中繼器包含CPU主控處理模塊、處理ZigBee通信模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器電路、FLASH存儲(chǔ)器，RS485通信接口電路。
[0025]CPU主控處理模塊是中繼器/采集器的控制核心，本實(shí)施例中繼器/采集器的CPU主控處理器為帶有4個(gè)串行通信接口的LPC1788微處理器。通過CPU的異步串接口與ZigBee通信模塊相連、通過SPI總線與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器電路以及程序存儲(chǔ)器電路相連。CPU通過程序代碼控制這些模塊的工作。
[0026]ZigBee通信模塊的作用是建立ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)。ZigBee通信模塊的工作方式，受CPU程序代碼的控制，具來說，可以通過對(duì)ZigBee通信模塊設(shè)定不同的方式，使其工作在允許其他節(jié)點(diǎn)加入方式，或者不允許其他節(jié)點(diǎn)加入的方式，在允許其他節(jié)點(diǎn)加入的方式下，該采集器即可作為采集器又可以作為中繼器，對(duì)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)其他采集器的無線信號(hào)，進(jìn)行中繼轉(zhuǎn)發(fā)。
[0027]數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器電路的作用是緩存通信任務(wù)中待發(fā)送的數(shù)據(jù)與已接收待處理的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)緩存。
[0028]FLASH存儲(chǔ)器的作用存儲(chǔ)需要保存的設(shè)備參數(shù)以及要存儲(chǔ)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)和工況信息，并具有掉電保存的功能的；
[0029]總之，本實(shí)用新型所述系統(tǒng)是基于嵌入式微處理器技術(shù)、移動(dòng)通信技術(shù)、短距離無線通信技術(shù)研究開發(fā)的，解決了移動(dòng)通信信號(hào)未覆蓋區(qū)域的數(shù)據(jù)采集問題，由于采用分散采集、集中上傳方式，系統(tǒng)的總體應(yīng)用費(fèi)用大大降低。
[0030]要說明的是，以上顯示和描述了本實(shí)用新型的基本原理和主要特征和本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實(shí)用新型不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本實(shí)用新型的原理，在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的前提下，本實(shí)用新型還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實(shí)用新型范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種具有短距離無線通訊能力的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，包括主站服務(wù)器、數(shù)據(jù)集中器、中繼器、采集器和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其特征在于，一個(gè)數(shù)據(jù)集中器(3)通過短距離無線通信器與中斷器或采集器相連，通過公共移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)(2)與主站服務(wù)器(I)相連，中繼器或采集器通過短距離無線通信器與數(shù)據(jù)集中器(3)相連，中繼器與采集器通過短距離無線通信器相連接，多個(gè)短距離無線通信器構(gòu)成自組網(wǎng)無線通信系統(tǒng)，采集器經(jīng)RS485接口模塊同現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備相連，構(gòu)成工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)監(jiān)控采集終端系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有短距離無線通訊能力的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，其特征在于，所述的中繼器包括第一中繼器(7)、第二中繼器(8)的多個(gè)，采集器包括第一采集器(11)、第二采集器(12)和第三采集器(13)的多個(gè)，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備包括第一現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備(17)、第二現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備(18)和第三現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備(19)的多個(gè)，其中第一中繼器(7)經(jīng)第一短距離無線通信器(4)與數(shù)據(jù)集中器(3)相連，經(jīng)第二短距離無線通信器(9)與第二采集器(12)相連；第二中繼器(8)經(jīng)第三短距離無線通信器(5)與數(shù)據(jù)集中器(3)相連，經(jīng)第四短距離無線通信器(10)與第三采集器(13)相連；數(shù)據(jù)集中器(3)經(jīng)第五短距離無線通信器(6)與第一采集器(11)相連；第一采集器(11)經(jīng)第一 RS485接口模塊(14)與第一現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備(17)相連，第二采集器(12)經(jīng)第二 RS485接口模塊(15)與第二現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備(18)相連，第三采集器(13)經(jīng)第三RS485接口模塊(16)與第三現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備(19)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有短距離無線通訊能力的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，其特征在于，所述的數(shù)據(jù)集中器(3)內(nèi)含有RS485接口模塊，其結(jié)構(gòu)是，第一微處理器經(jīng)接口分別接短距離無線通信器、第一存儲(chǔ)器、第一 FLASH存儲(chǔ)器和公共移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)，第一微處理器上裝有狀態(tài)指示燈和帶有隔離墻的RS485接口，第一微處理器經(jīng)電源插口同電源相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有短距離無線通訊能力的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，其特征在于，所述的中繼器與采集器結(jié)構(gòu)相同，其結(jié)構(gòu)是，第二微處理器經(jīng)接口分別接第二存儲(chǔ)器、第二 FLASH存儲(chǔ)器和短距離無線通信器，第二微處理器上裝有狀態(tài)指示燈和帶有隔離墻的RS485接口，第二微處理器的電源端同電源相連。
【文檔編號(hào)】G08C17/02GK203689669SQ201420001796
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2014年1月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月3日
【發(fā)明者】周慶民, 王中心, 高遠(yuǎn), 鄭紅艷, 蔣俊亮, 李素春, 張海峰, 白高峰 申請(qǐng)人:鄭州天道科技發(fā)展有限公司