CN101419443B - 一种数据采集与监测控制系统终端采集设备 - Google Patents

一种数据采集与监测控制系统终端采集设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种数据采集与监测控制系统终端采集设备,包括无线数据传输单元、数据采集单元、中央处理单元、电源控制模块;电源控制单元的电源输出端分别与数据采集单元和无线数据传输单元连接;中央处理单元的数据输入端与数据采集单元的输出端连接;中央处理单元的数据输出端与无线数据传输单元连接;中央处理单元向电源控制单元发出不同的控制信号,电源控制单元根据该不同的控制信号对数据采集单元和无线数据传输单元供断电。本发明的终端采集设备,电源控制单元根据不同的控制信号对数据采集单元和无线数据传输单元供断电,有效的节约了耗电量,可以采用电池组作为电源对该终端采集设备供电,实现对任意位置的监测点的数据采集。

Description

一种数据采集与监测控制系统终端采集设备
技术领域
[0001] 本发明涉及一种数据采集与监测控制系统,尤其涉及一种数据采集与监测控制系 统的终端采集设备。
背景技术
[0002]在城市供水 / 供气等 SCADA(Supervisory Control And DataAcquisition,数据 采集与监测控制系统)系统中,有大量的供水/供气管网的压力监测、流量监测需要用终端 采集设备去采集数据。现有技术中的终端采集设备一般包括数据采集单元、GPRS单元及数 据处理单元,所述数据采集单元在监测点采集相应的采集数据,将该采集数据发送到所述 数据处理单元,所述数据处理单元接收所述采集数据并进行相应的处理之后通过所述GPRS 单元发送到SCADA系统中的中央管理系统。但随着城市规模的扩大、高楼林立,监测点的选 取有一定的难度,因为数据采集单元和GPRS单元的耗电量比较大,如果数据采集单元和所 述GPRS单元一直工作,使得终端采集设备整体的耗电量比较大,需要有交流电源来供电, 如果监测点离交流电源比较远,终端采集设备就找不到相应的交流电源来供电,也就无法 采集监测点的数据。
发明内容
[0003] 本发明提供了一种数据采集与监测控制系统终端采集设备,其耗电量小,可以采 用电池组作为电源供电,可以实现对任意监测点的数据采集。
[0004] 本发明的技术方案是:一种数据采集与监测控制系统终端采集设备,包括无线数 据传输单元、数据采集单元,还包括中央处理单元、电源控制模块;
[0005] 所述电源控制单元的电源输出端分别与所述数据采集单元和无线数据传输单元 连接,其电源输入端与电源连接;所述中央处理单元的数据输入端与所述数据采集单元的 输出端连接;所述中央处理单元的数据输出端与所述无线数据传输单元连接;
[0006] 所述中央处理单元设置第一时间,在第一时间到时向所述电源控制单元发出第一 控制信号,所述电源控制单元根据该第一控制信号对所述数据采集单元供电,所述中央处 理单元控制所述数据采集单元从监测点采集数据,在接收到所述数据采集单元的采集数据 后向所述电源控制单元发出第二控制信号,所述电源控制单元根据该第二控制信号停止对 所述数据采集单元的供电;
[0007] 所述中央处理单元还设置第二时间,在第二时间到时向所述电源控制单元发出第 三控制信号,所述电源控制单元根据该第三控制信号对所述无线数据传输单元供电;所述 中央处理单元将接收到的所述采集数据处理后通过所述无线数据传输单元发送到所述中 央管理系统,在发送完所述处理后的采集数据后向所述电源控制单元发出第四控制信号, 所述电源控制单元根据该第四控制信号停止对所述无线数据传输单元的供电。
[0008] 本发明的数据采集与监测控制系统终端采集设备,通过中央处理单元向电源控制 单元发送不同的控制信号来控制电源控制单元对数据采集单元和无线数据传输单元在工
4作时供电,不工作时断电,有效的节约了耗电量,使得整个终端采集设备的耗电量比较小, 可以采用电池组作为电源对终端采集设备供电,不需要依靠交流电源来供电,可以实现对 任意位置的监测点的数据采集。
附图说明
[0009] 图1是本发明数据采集与监测控制系统终端采集设备其中一个实施例的结构原 理框图;
[0010] 图2是本发明数据采集与监测控制系统终端采集设备其中一个实施例的结构原 理框图;
[0011] 图3是本发明数据采集与监测控制系统终端采集设备其中一个实施例的结构原 理框图;
[0012] 图4是本发明数据采集与监测控制系统终端采集设备具体实施例的结构原理框 图。
具体实施方式
[0013] 本发明的数据采集与监测控制系统终端采集设备,通过中央处理单元向电源控制 单元发送不同的控制信号来控制电源控制单元对数据采集单元和无线数据传输单元在工 作时供电,不工作时断电,有效的节约了耗电量,使得整个终端采集设备的耗电量比较小, 可以采用电池组作为电源对终端采集设备供电,不需要依靠交流电源来供电,可以实现对 任意位置的监测点的数据采集。
[0014] 下面结合附图和具体实施例对本发明做一详细的阐述。
[0015] 本发明的数据采集与监测控制系统(SCADA)终端采集设备,如图1,包括无线数据 传输单元、数据采集单元、中央处理单元和电源控制模块;
[0016] 所述电源控制单元的电源输出端分别与所述数据采集单元和无线数据传输单元 连接,所述电源控制单元的电源输入端与电源连接;所述中央处理单元的数据输入端与所 述数据采集单元的输出端连接;所述中央处理单元的数据输出端与所述无线数据传输单元 连接。
[0017] 所述中央处理单元设置第一时间,在第一时间到时向所述电源控制单元发出第一 控制信号,所述电源控制单元根据该第一控制信号对所述数据采集单元供电,所述中央处 理单元控制所述数据采集单元从监测点采集数据,在接收到所述数据采集单元的采集数据 后向所述电源控制单元发出第二控制信号,所述电源控制单元根据该第二控制信号停止对 所述数据采集单元的供电。第一时间可以是固定的时间值,也可以是固定的时间间隔值,即 中央处理单元按固定时间频率向电源控制单元发出第一控制信号。
[0018] 所述中央处理单元还设置第二时间,在第二时间到时向所述电源控制单元发出第 三控制信号,所述电源控制单元根据该第三控制信号对所述无线数据传输单元供电;所述 中央处理单元将接收到的所述采集数据处理后通过所述无线数据传输单元发送到所述中 央管理系统,在发送完所述处理后的采集数据后向所述电源控制单元发出第四控制信号, 所述电源控制单元根据该第四控制信号停止对所述无线数据传输单元的供电。第二时间可 以是固定的时间值,也可以是固定的时间间隔值,即中央处理单元按固定时间频率向电源控制单元发出第二控制信号。
[0019] 电源可以采用电池组作为电源,一般电压可以设为3.6V,或9V-15V,根据终端采 集设备的需要来设定。数据采集单元是用来采集监测点的数据,在实际应用中,如果在监 测点包括有仪表或压力表的话,该数据采集单元可以直接与监测点的仪表或压力表数据连 接,数据采集单元工作时直接读取仪表或压力表的数据即可;如果监测点没有安装仪表或 压力表,该数据采集单元可以包括有仪表或压力表,通过将数据采集单元安装到监测点上 即可采集监测点的数据。中央管理系统是用来管理终端采集的SCADA中心系统。
[0020] 由此可见,本发明的终端采集设备通过中央处理单元来控制数据采集单元和无线 传输单元的供电,在工作时供电,在不工作时断电,极大的节省了耗电量,因此可以采用电 池组这样的电源对本发明的终端采集设备供电,可以实现对任意监测点的数据采集。
[0021] 由于中心管理系统可能对终端采集设备设置参数或根据需要向终端采集设备发 出相应的控制信号。在一实施例中,本发明的终端采集设备还包括输出控制单元,其输入端 与所述中央处理单元的控制端连接,输出端与所述无线数据传输单元和/或电源控制单元 和/或数据采集单元连接;所述中央处理单元在向所述电源控制单元发出第四控制信号之 前,设置相应的等待时间,在该等待时间内,其通过所述无线数据采集单元接收所述中心管 理系统的控制信息,根据该控制信息向所述输出控制单元输出控制指令,所述输出控制单 元根据该控制指令对所述无线数据传输单元和/或电源控制单元和/或数据采集单元执行 相应的操作,在过了该等待时间后,所述中央处理单元再向所述电源控制单元发出第四控 制信号,电源控制单元根据该第四控制信号停止对所述无线数据传输单元的供电。该控制 信息可以是中央管理系统要中央处理单元对所述无线数据传输单元和/或电源控制单元 和/或数据采集单元设置相应的参数信息或要中央处理单元发送某个时刻的采集数据的 fn息ο
[0022] 由于中央处理单元通过无线数据传输单元向中心管理系统发送采集数据,这样中 央处理单元要通过无线数据传输单元与中心管理系统建立无线数据连接。在一实施例中, 所述中央处理单元可以设置第一预定时间,在所述中央处理单元通过所述无线数据传输单 元与所述中央管理系统开始建立无线连接的第一预定时间内,如果所述中央处理单元无 法与所述中央管理系统建立无线连接,所述中央处理单元向电源控制单元发出第五控制信 号,所述电源管理单元根据该第五控制信号停止对所述无线数据传输单元的供电。这样可 以进一步的节省无线数据传输单元的耗电量,使得终端采集设备的耗电量进一步的降低。
[0023] 另外,所述中央处理单元还设置第二预定时间,如果在所述第一预定时间内所述 中央处理单元无法与所述中央管理系统建立无线连接,在所述第一预定时间后的所述第二 预定时间内,所述中央处理单元向所述电源控制单元发出第六控制信号,所述电源控制单 元根据该第六控制信号对所述无线数据传输单元供电;所述中央处理单元通过所述无线数 据传输单元再与所述中央管理系统建立无线连接,如果所述中央处理单元无法与所述中央 管理系统建立无线连接,所述中央处理单元向所述电源控制单元发出第七控制信号,所述 电源控制单元根据该第七控制信号停止对所述无线数据传输单元的供电。当然,中央处理 单元也可以设置相应的连接次数,即在所述中央处理单元与所述无线数据传输单元建立无 线连接时,如果连接的次数达到预定的连接次数还没建立连接,所述中央处理单元就向所 述电源控制单元发出第七控制信号,所述电源控制单元根据该第七控制信号停止对所述无
6线数据传输单元的供电。该连接次数可以根据需要来设定。
[0024] 在一实施例中,所述中央处理单元在所述数据采集单元和所述无线数据传输单元 都不工作时,其按照休眠方式工作,此时中央处理单元的各个引脚可以根据外部电路情况, 分别设置成输入状态、输出高电平或者低电平三种情况,这样可以减少漏电流,进一步的降 低了系统整体耗电量。
[0025] 为了对所述数据采集单元采集到的历史数据进行保存,防止掉电情况下丢失。本 发明的终端采集设备还包括存储单元和时钟电路,如图2,分别与所述中央处理单元连接, 其中电源控制单元的电源输出端与所述时钟电路的电源输入端连接。所述中央处理单元将 接收到的采集数据处理后根据时钟电路的时间信息保存在存储单元中,这样中央处理单元 可以保持历史采集数据,而且进一步的还可以记录保存的历史采集数据的时间信息。
[0026] 本发明的终端采集设备还可以进一步的实现报警功能。即,中央处理单元设置第 一预定值和第二预定值,第一预定值大于第二预定值,在接收到数据采集单元的采集数据 时,判断该采集数据是否大于第一预定值或小于第二预定值,在大于第一预定值或小于第 二预定值时,所述中央处理单元向电源控制单元发出第八控制信号,电源控制单元根据该 第八控制信号对无线数据传输单元供电,所述中央处理单元通过该无线数据传输单元向中 心管理系统发送第一报警信号。这样中心管理系统就可以根据该第一报警信号采取相应的 措施去维修监测点的管网设施。
[0027] 另外,本发明的终端采集设备还可以进一步的实现防盗报警功能。如图3,本发明 的终端采集设备还包括门磁开关,其设置在该终端采集设备上(一般设置在终端采集设备 的开关门上)。所述中央处理单元设置第三时间,在该第三时间到时,所述中央处理单元 向电源控制单元发出第九控制信号,电源控制单元根据该第九控制信号对所述数据采集单 元供电,所述中央处理单元通过数据采集单元采集所述门磁开关输出的开关信号,在采集 完所述开关信号后,所述中央处理单元向电源控制单元发送第十控制信号,电源控制单元 根据该第十控制信号停止对所述数据采集单元的供电,这样可以节省数据采集单元的耗电 量。当所述开关信号为打开信号时(表明有人去盗取该终端采集设备),所述中央处理单元 向电源控制单元发出第十一控制信号,所述电源控制单元根据该第十一控制信号对所述无 线数据传输单元供电,此时所述中央处理单元通过所述无线数据传输单元向所述中央管理 系统发出第二报警信号。这样中心管理系统就可以实现对终端采集设备的监控,防止终端 采集设备的丢失。
[0028] 所述无线数据传输单元,在一实施例中可以为GPRS单元或WUSB单元或蓝牙单元 等可以无线传输数据的设备。
[0029] 下面结合以上工作原理详细介绍一个本发明的具体应用实施例。
[0030] 如图4,该具体实施例中,中央处理单元可以采用芯片MSP430,存储单元可以采用 铁电存储器FM3164,电源控制单元可以采用MAX667电源芯片和LT1765电源芯片,数据采集 单元和中央处理单元之间可以采用作为RS232接口芯片的芯片SP3223或作为RS485接口 芯片的芯片SP3483。其中MAX667电源芯片的电源输出端与芯片MSP430的电源输入端连 接,LT1765电源芯片的电源输出端分别与数据采集单元的电源输入端及无线数据传输单元 的电源输入端连接。芯片MSP430的控制端分别与MAX667电源芯片的控制端和LT1765电 源芯片的控制端连接,芯片MSP430的数据输入端通过作为RS232接口芯片的芯片SP3223或作为RS485接口芯片的芯片SP3483与数据采集单元的输出端连接,芯片MSP430的数据 输出端与无线数据传输单元连接。所述数据采集单元用于采集监测点的数据信息。电源可 以采用7. 2V的电池组组成,MAX667电源芯片的电源输入端和LT1765电源芯片的电源输入 端分别接该7. 2V电池组。
[0031] 其中MSP430芯片,采用3. 6V供电,休眠功耗16. 0 μ A,工作模式500 μ A ;并且具有 多种休眠模式,非常适合做低功耗的主芯片。主芯片MSP430的晶体谐振器的工作频率可以 采用1. 8432MHz,这样可以进一步的降低系统整体的功耗。
[0032] 铁电存储器FM3164,采用3. 6V供电,工作最大电流1500 μ A,等待模式150 μ Α。
[0033] 电源芯片ΜΑΧ667为静态电流较小的芯片,芯片为LDO类型电源,最大输出电流 为250mA,工作模式静态电流只有20 μ Α,为低功耗的电源芯片。电源可以通过电源芯片 ΜΑΧ667对中央处理单元和时钟电路供电。
[0034] 电源芯片LT1765电流最大3Α,输出4V,工作静态电流ImA左右,关断电流低于 60 μ A ;功耗较低。电源可以通过该电源芯片LT1765对数据采集单元和无线数据传输单元
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[0035] 在MSP430主芯片和数据采集单元之间的接口芯片可以采用作为RS232接口芯片 的芯片SP3223或作为RS485接口芯片的芯片SP3483,这两种接口芯片静态电流都比较小, 同时都可以具有关断模式,关断电流小于10 μ Α,适合做低功耗的芯片。
[0036] 通过采用以上低功耗的电路芯片,结合中央处理单元(MSP430芯片)控制数据采 集单元和无线数据传输单元在工作时供电,不工作时断电,使得本发明的终端采集设备的 耗电量进一步的降到最低。
[0037] 以上所述的本发明实施方式,并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明 的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的权利要求保护范 围之内。
8

Claims (9)

  1. 一种数据采集与监测控制系统终端采集设备,包括无线数据传输单元、数据采集单元,其特征在于:还包括中央处理单元、电源控制单元;所述电源控制单元的电源输出端分别与所述数据采集单元和所述无线数据传输单元连接,所述电源控制单元的电源输入端与电源连接;所述中央处理单元的数据输入端与所述数据采集单元的输出端连接;所述中央处理单元的数据输出端与所述无线数据传输单元连接;所述中央处理单元设置第一时间,在该第一时间到时向所述电源控制单元发出第一控制信号,所述电源控制单元根据该第一控制信号对所述数据采集单元供电,所述中央处理单元控制所述数据采集单元从监测点采集数据,在接收到所述数据采集单元的采集数据后向所述电源控制单元发出第二控制信号,所述电源控制单元根据该第二控制信号停止对所述数据采集单元的供电;所述中央处理单元还设置第二时间,在该第二时间到时向所述电源控制单元发出第三控制信号,所述电源控制单元根据该第三控制信号对所述无线数据传输单元供电;所述中央处理单元将接收到的所述采集数据处理后通过所述无线数据传输单元发送到中央管理系统,在发送完处理后的采集数据后向所述电源控制单元发出第四控制信号,所述电源控制单元根据该第四控制信号停止对所述无线数据传输单元的供电;所述中央处理单元设置第一预定值和第二预定值,所述中央处理单元在接收到所述采集数据后,判断所述采集数据是否大于所述第一预定值或小于所述第二预定值,在所述采集数据大于第一预定值或小于第二预定值时,所述中央处理单元向所述电源控制单元发出第八控制信号,所述电源控制单元根据该第八控制信号对所述无线数据传输单元供电;所述中央处理单元通过该无线数据传输单元向所述中央管理系统发出第一报警信号。
  2. 2.根据权利要求1所述的数据采集与监测控制系统终端采集设备,其特征在于:还包 括输出控制单元,其输入端与所述中央处理单元的控制端连接,输出端与所述无线数据传 输单元和/或电源控制单元和/或数据采集单元连接;所述中央处理单元在向所述电源控制单元发出第四控制信号之前,设置等待时间,在 该等待时间内通过所述无线数据传输单元接收所述中央管理系统发送的控制信息,并根据 该控制信息向所述输出控制单元输出控制指令,所述输出控制单元根据该控制指令对所述 无线数据传输单元和/或电源控制单元和/或数据采集单元执行相应的操作。
  3. 3.根据权利要求2所述的数据采集与监测控制系统终端采集设备,其特征在于:所述 中央处理单元设定第一预定时间,在所述中央处理单元通过所述无线数据传输单元与所述 中央管理系统开始建立无线连接的第一预定时间内,如果所述中央处理单元无法与所述中 央管理系统建立无线连接,所述中央处理单元向所述电源控制单元发送第五控制信号,所 述电源控制单元根据该第五控制信号停止对所述无线数据传输单元的供电。
  4. 4.根据权利要求3所述的数据采集与监测控制系统终端采集设备,其特征在于:所述 中央处理单元还设置第二预定时间,在所述中央处理单元向所述电源控制单元发送所述第 五控制信号之后的第二预定时间内,所述中央处理单元向所述电源控制单元发出第六控制 信号,所述电源控制单元根据该第六控制信号对所述无线数据传输单元供电;所述中央处理单元通过所述无线数据传输单元再与所述中央管理系统建立无线连接, 如果在该第二预定时间内所述中央处理单元无法与所述中央管理系统建立无线连接,所述中央处理单元向所述电源控制单元发送第七控制信号,所述电源控制单元根据该第七控制 信号停止对所述无线数据传输单元的供电。
  5. 5.根据权利要求1至4任一权利要求所述的数据采集与监测控制系统终端采集设备, 其特征在于:还包括存储单元和时钟电路,分别与所述中央处理单元连接,所述时钟电路的 电源输入端与所述电源控制单元的电源输出端连接;所述中央处理单元在接收到所述数据 采集单元的采集数据后,根据所述时钟电路的时间信息将处理后的采集数据存储在所述存 储单元中。
  6. 6.根据权利要求5所述的数据采集与监测控制系统终端采集设备,其特征在于:还包 括设置在所述终端采集设备上的门磁开关,其与所述数据采集单元的数据采集端连接;所述中央处理单元设置第三时间,在该第三时间到时,所述中央处理单元向所述电源 控制单元发出第九控制信号,所述电源控制单元根据该第九控制信号对所述数据采集单元 供电;所述中央处理单元通过所述数据采集单元采集所述门磁开关输出的开关信号,在采 集完所述开关信号后,所述中央处理单元向所述电源控制单元发送第十控制信号,所述电 源控制单元根据该第十控制信号停止对所述数据采集单元的供电;当所述开关信号为打开信号时,所述中央处理单元向电源控制单元发出第十一控制信 号,所述电源控制单元根据该第十一控制信号对所述无线数据传输单元供电;所述中央处 理单元通过所述无线数据传输单元向所述中央管理系统发出第二报警信号。
  7. 7.根据权利要求1至4任一权利要求所述的数据采集与监测控制系统终端采集设备, 其特征在于:所述无线数据传输单元为GPRS单元,所述中央处理单元在所述GPRS单元和所 述数据采集单元都不工作时,按休眠工作方式工作。
  8. 8.根据权利要求1至4任一权利要求所述的数据采集与监测控制系统终端采集设备, 其特征在于:所述中央处理单元包括MSP430芯片;所述电源控制单元包括MAX667电源芯片和LT1765电源芯片,所述MAX667电源芯片的 电源输出端与所述MSP430芯片的电源输入端连接供电;所述LT1765电源芯片的电源输出 端分别与所述数据采集单元的电源输入端和所述无线数据传输单元的电源输入端连接;所 述MAX667电源芯片的电源输入端和所述LT1765电源芯片的电源输入端分别与所述电源连 接;所述MSP430芯片通过作为RS232接口芯片的芯片SP3223或作为RS485接口芯片的芯 片SP3483与所述数据采集单元连接。
  9. 9.根据权利要求5所述的数据采集与监测控制系统终端采集设备,其特征在于:所述存储单元包括FM3164铁电存储器。
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