CN104111637A - 户外数据采控设备 - Google Patents

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CN104111637A
CN104111637A CN201410119356.7A CN201410119356A CN104111637A CN 104111637 A CN104111637 A CN 104111637A CN 201410119356 A CN201410119356 A CN 201410119356A CN 104111637 A CN104111637 A CN 104111637A
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CN
China
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equipment
module
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power
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CN201410119356.7A
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许利凯
赵静
黄万新
卢亚君
张海超
赵丽伟
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BEIJING ZOYO JINGWEI MEASUREMENT AND CONTROL TECHNOLOGY Co Ltd
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BEIJING ZOYO JINGWEI MEASUREMENT AND CONTROL TECHNOLOGY Co Ltd
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    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/02Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]

Abstract

本发明涉及无线监控技术领域,提出了一种户外数据采控设备。该设备包括:电源、待机控制单元和采控单元;其中,所述电源采用太阳能供电系统;所述待机控制单元和所述采控单元采用双MCU电路结构;所述待机控制单元采用低功耗器件,且所述待机控制单元包括功耗管理模块,所述功耗管理模块将所述电源和所述采控单元的物理隔离。本发明由于采用了创新的双MCU电路结构,将电源管理与数据采控电路实现隔离,从物理链路上将大功率器件与电源断开,彻底解决大功率消耗问题;此外,采用太阳能供电模式,保证了供电的持续性,可实行独立的永久性野外作业。

Description

户外数据采控设备
技术领域
[0001] 本发明涉及无线监控技术领域,特别涉及一种户外数据采控设备。
背景技术
[0002] 随着自动控制和无线网络技术的不断发展与成熟,人们的日常生活及工作中越来 越多的方面可以通过远程自动化控制实现,这给大家带来了极大的便利。对于那些人力无 法及时到达或较为危险的户外环境,比如偏远地区的网络/电力中继、自然灾害预警、危险 施工现场等野外监测/控制领域,若能实现监控设备的高度自动化和远程操控,将能极大 地保证信息的及时性和人员安全,同时设备布设和维护的工作量和成本也将大大降低。
[0003] 但是,现有的无线监控设备普遍存在智能化程度低、功耗大、野外环境适应能力 差、故障率高等问题,数据的采集和设备的操控往往需要人为的干预才能实现,加上电池寿 命有限、精密电子器件在恶劣环境下容易受损等原因,现有的户外设备的实际使用年限通 常只有短短的数年甚至数月时间。这不但严重影响了此类设备的应用推广,更重要的是其 运营使用的难易度、工作量、安全性和成本均难以控制,与远程自控的初衷严重背离。
发明内容
[0004] (一)本发明所要解决的技术问题:
[0005] 针对现有技术的上述缺陷,本发明所要解决的技术问题是如何有效提高户外设备 的自动化程度和实际寿命。
[0006] (二)技术方案
[0007] 为实现上述目的,一方面,本发明提供了一种户外数据采控设备,包括:电源、待机 控制单元和采控单元;其中,所述电源采用太阳能供电系统;所述待机控制单元和所述采 控单元采用双MCU电路结构;所述待机控制单元采用低功耗器件,且所述待机控制单元包 括功耗管理模块,所述功耗管理模块将所述电源和所述采控单元的物理隔离。
[0008] 优选地,所述太阳能供电系统进一步包括:太阳能电池板、太阳能充电电路和蓄电 池;其中,所述太阳能充电电路具有智能充电模块,在蓄电池充满后自动停止停电;所述太 阳能充电电路还具有电流反向抑制模块,防止太阳能电池板对蓄电池电能的消耗。
[0009] 优选地,所述功耗管理模块中的功率开关分为主功率开关和辅助功率开关;所述 主功率开关由所述待机控制单元控制,仅当所述主功率开关闭合时,所述采控单元才会启 动;所述辅助功率开关控制采控单元中具体功能模块的供电,根据用户预设的参数或实时 收到的本地或远程指令被打开或关闭。
[0010] 优选地,所述功耗管理模块中的功率开关分为主功率开关和辅助功率开关;所述 主功率开关由所述待机控制单元控制,仅当所述主功率开关闭合时,所述采控单元才会启 动;所述辅助功率开关控制采控单元中具体功能模块的供电,根据用户预设的参数或实时 收到的本地或远程指令被打开或关闭。
[0011] 优选地,所述采控单元中设置有两类无线接口:第一类无线接口可连接GSM、 GPRS、北斗卫星无线模块和/或GPS模块;第二类无线接口可连接小区域无线本地网络模 块。
[0012] 优选地,所述小区域无线本地网络模块为433MHz射频无线模块或蜂窝式Zigbee 无线模块。
[0013] 优选地,所述采控单元中设置有有线数字接口和有线模拟接口。
[0014] 优选地,所述设备中对所有对外接口均设计有防雷、防浪涌、过压保护电路。
[0015] 优选地,对模拟接口的防护电路分为防雷管、瞬态抑制管和压敏电阻三级;对数字 接口的防护电路分为防雷管、瞬态抑制管、压敏电阻和光耦隔离四级;在靠近MCU芯片处设 置有稳压二极管。
[0016] 优选地,所述设备中还设置有两路开关报警接口,其中一路连接水银开关,另一路 接口由用户自行连接到某处防盗开关上;当任意一个开关发生通断变化时,自动发出报警 信息。
[0017] (三)技术效果
[0018] 相对于现有技术,本发明提供了一种户外数据采控设备,由于采用了创新的双MCU 电路结构,将电源管理与数据采控电路实现隔离,从物理链路上将大功率器件与电源断开, 彻底解决大功率消耗问题;此外,采用太阳能供电模式,保证了供电的持续性,可实行独立 的永久性野外作业。加上独立的三级防雷模块设计,解决了野外采控类设备最为常见的雷 击损坏问题。
附图说明
[0019] 图1是本发明的一个实施例中户外数据采控设备的结构示意图;
[0020] 图2是本发明的一个优选实施例中太阳能供电系统的结构示意图;
[0021] 图3是本发明的一个优选实施例中设备可用网络模式示意图;
[0022] 图4是本发明的一个优选实施例中多级防雷模块的结构示意图。
具体实施方式
[0023] 下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整的描述,显然,所描述的实施例是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本 发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他 实施例,都属于本发明保护的范围。
[0024] 为显著提高设备的户外工作能力,本发明提出了一种适合野外无人值守、自然环 境恶劣条件下的具有超低功耗、防雷功能的无线现场采控设备。参见图1,在本发明的一个 实施例中,户外数据采控设备包括:电源、待机控制单元和采控单元;其中,所述电源采用 太阳能供电系统;所述待机控制单元和所述采控单元采用双MCU电路结构;所述待机控制 单元采用低功耗器件,且所述待机控制单元包括功耗管理模块,所述功耗管理模块将所述 电源和所述采控单元的物理隔离。
[0025] 在本发明中,待机控制单元和采控单元采用双MCU电路结构各自独立工作,待机 控制单元使用低功耗器件保持系统待机;采控单元使用正常器件(相对于待机控制单元而 言其功耗较大),仅在需要的时候被加电启动,保证监测数据的快速准确采集。本发明中采 用了创新的双MCU电路结构,将电源管理与数据采控电路实现隔离,从物理链路上将大功 率器件与电源断开,彻底解决大功率消耗问题;此外,采用太阳能供电模式,保证了供电的 持续性,可实行独立的永久性野外作业。
[0026] 其中,如图2所示,在本发明的一个实施例中,电源的太阳能供电系统进一步包 括:太阳能电池板、太阳能充电电路和蓄电池,其中,太阳能充电电路具有智能充电功能,蓄 电池充满后自动停止停电,防止过充对蓄电池的损坏;太阳能充电电路还具有电流反向抑 制功能,防止太阳能电池板对蓄电池电能的消耗。
[0027] 进一步地,待机控制单元的核心优选为C8051F930单片机,DC - DC电池芯片与蓄 电池连接完成电压变换后为待机控制单元供电,C8051F930与实时时钟芯片、功率检测芯 片、太阳能充电电流检测电路、太阳能电压采集电路、蓄电池电压采集电路、运行状态指示 灯、蜂鸣器驱动电路、脉冲采集电路以及主功率控制M0S开关驱动电路连接,完成各部分的 电路及程序逻辑功能。
[0028] 采控单元的核心优选为LPC2368高性能ARM单片机,C8051F930与LPC2368处理 器通过UART接口连接,完成C8051F930与LPC2368之间的通讯。LPC2368有独立管脚与 C8051F930复位管脚连接,进行C8051F930发生错误时的强制复位控制。除上述与待机控制 单元的线路连接外,采控单元还与数字接口电路、模拟接口电路、无线模块电路、LED状态指 示电路、看门狗芯片、存储芯片、SD卡驱动电路以及辅助功率开关驱动电路连接,完成一系 列设备核心功能。此部分是本发明的设备复杂功能和高性能实现的核心,完成数据采集、接 口控制、数据发送、参数设置、远程指令接收及解析、智能组网等功能。
[0029] 因设备功率过大电能耗尽而引起的设备故障是户外设备的常见问题之一,本发明 采用双MCU结构:使用具有超低功耗功能的C8051F930及高性能的LPC2368ARM处理器相互 补充,在设备运行速度及功率消耗两方面都达到了理想效果。
[0030] 在本发明的优选实施例中,功耗管理模块的功率开关分为主功率开关和辅助功 率开关,由C8051F930控制的为主功率开关,由LPC2368控制的为辅助功率开关。主功率 开关断开时,设备绝大多数功率器件断开,只消耗极少的电流;只有当主功率开关闭合时, LPC2368才会启动,可根据用户预设的参数或实时收到的本地或远程指令打开或关闭相应 的辅助功率开关。辅助功率开关对端口或外设的功耗进行控制,主要针对无线模块接口、AD 转换器、模拟输出接口等的供电。
[0031] 本发明的超低功耗尤其体现在定时采控模式下,C8051F930、RTC芯片、M0S管开关 电路组成主功率控制功能模组,C8051F930长期工作于待机模式、当时钟芯片运行到预定采 发时间时,进入正常工作模式,驱动M0S管开关闭合,后续采控电路上电,开始运行正常采 控程序执行,根据用户预置的辅助功率开关参数,关闭不使用的功率开关进行采发工作,当 采发功能执行完毕后,由LPC2368向C8051F930发送完成信号指令,C8051F930断开M0S管 开关,再次进入待机模式,如此周而复始。经实际测试,整个设备在待机模式下电流消耗均 值为0. 3mA (按照现常用的60AH汽车电瓶计算,待机时长可达22年,考虑蓄电池自放电及 自身寿命因素,配合20W太阳能电池板,一般使用5年没有问题)。优选地,本发明的设备内 部电路板采用可插拔式端子;设备外部盒体上使用航空插头,传感器直接插拔即可,现场安 装十分方便;预留有SIM卡、SD卡安装口,预留有无线网络天线接口,操作时有轻触开关,所 有操作均不需打开机壳。
[0032] 在本发明中,待机控制单元和采控单元分别利用其对应的固件各自独立完成任务 调度。固件程序优选使用多任务的操作系统,其中C8051F930使用RTX-51Tiny,LPC2368使 用UCOS+Gn操作系统,多任务操作系统具有稳定性好,多任务同时进行等优点,可交互性 的完成复杂的智能设备应用。
[0033] 更优选地,C8051F930的固件内主要任务有:入口任务、看门狗任务、UART任务、系 统任务。其中,入口任务:完成MCU自身环境配置及外围电路模块初始化;功能模块自检工 作;系统运行状态指示灯指示;运行时间计数器;根据参数进行功耗模式管理。看门狗任 务:间隔一定时间进行看门狗计数器复位操作,防止固件程序"死机"。UART任务:接收来自 LPC2368发来的系统指令,进行参数回传、参数修改保存及相关指令的执行。系统任务:根 据参数管理是否进行太阳能、蓄电池电压及温度采样转换;根据参数管理是否对实时时钟 芯片进行时间设置及读取;蜂鸣器管理。
[0034] LPC2368的固件内主要任务有:入口任务、UART数字接口任务、CAN总线接口任务、 超时采发任务、实时扫描任务等。其中,入口任务:完成MCU自身环境配置及外围电路模块 初始化;功能模块自检工作;系统运行状态指示灯指示;运行时间计数器;看门狗芯片脉冲 发送,防止程序"死机"。UART数字接口任务:对应于LPC2368中的4个UART接口,分别分配 的功能是:UART0->RS232、UARTl-> 无线模块 l、UART2-> 无线模块 2、UART3-> 与 C8051F930 通讯;4个接口根据固件逻辑监听接收到的数据、自动发送控制指令--UART0接收来自与 之连接的上位机发来的系统指令,完成参数发送、修改工作,根据参数设置,发送读取接口 连接的传感器数据;UART1接收来自无线模块1的无线数据及无线模块状态信息、控制无线 模块发送无线数据;UART2接收来自无线模块2的无线数据及无线模块状态信息、控制无线 模块发送无线数据;UART3接收来自C8051F930发来的数据、发送指令读取C8051F930参 数(或实时数据)、发送进入待机模式指令。CAN总线接口任务:与外部CAN总线传感器或受 控仪表,完成控制及读取数据工作。超时采发任务:根据参数初始化辅助功率开关;注册无 线网络;读取并更新数据记录号;读取无线模块实时参数(如:信号强度);打开AD转换开 关,使数据更新任务开始更新AD转换数据;打开数字仪表读取开关,使数据更新任务开始 发送数字仪表指令;初始化要发送的数据包;发送无线数据;数据本地保存;向C8051F930 连续发送"待机"指令;拉低C8051F930复位管脚,强制复位(理论上发送"待机"指令后, C8051F930即会断开主功率M0S开关,此步骤一般不会执行,若C8051F930未响应待机指令 时,LPC2368才会强制其复位)。实时扫描任务:扫描功能按键是否按下,及按下后的逻辑处 理;根据AD转换开关及数字转换开关状态,进行模块、数字仪表的操作并更新全局数据;检 测SD卡插入、拔出动作。
[0035] 采控单元采集的数据主要通过无线方式发送给用户端的上位机。为保证数据的 远程传输,本发明的采控单元中优选设置两类无线接口。其中,第一无线接口可连接GSM、 GPRS、北斗卫星无线模块,将数据点对点一次性超远程传输。GSM网络是一代网络,网络覆盖 好,在绝大地区都可使用;GPRS是二代网络,带宽更大,适用于数据量传输量大,实时性强 的监测应用;北斗卫星无线模块是中国自主研发的卫星通讯网络,可实现任何地区的无缝 信号覆盖,可用于极度偏远地区或移动网络发生故障(如大型地震、大规模断电等)时的数 据不间断传输,此网络可应用于安全监测级别较高或无移动信号的区域。第一无线接口还 可以使用带有GPS功能的无线模块,使本设备具有智能定位、时间校准功能,可应用于对监 测站点坐标较为敏感或监测数据与实时时间联系较为紧密的监测项目(如:某处地震断裂 处的多个裂缝监测,当裂缝发生突变时,需要知道每个裂缝发生突变的准确时间,以获取不 同地点的裂缝发生突变的时间关系)。
[0036] 第二无线接口可连接433MHz射频无线模块或蜂窝式Zigbee无线模块等小区域 无线本地网络模块,这种网络传输距离一般在几公里到数十公里范围,属自建网络,优点是 网络信号独立性强、易于控制。433MHz较Zigbee具有传输距离远的优点,可用于数公里范 围内的点对点数据传输;Zigbee具有更高的无线频率,带宽更高,可传输的数据量更大,另 夕卜,Zigbee可组成局域网络,设置中继站即可扩展传输距离,可将一定范围内的多个测站 数据接力汇总到一处,适用于监测范围较大,数据传输量大、传输距离在数十公里的监测项 目。
[0037] 两无线接口的组合互补,可实现本地数据汇总、一次性超远程传输的功能,是一种 应用十分灵活的结构。
[0038] 如图3所示,根据所使用的无线接口及其组合,本发明中可使用的网络结构主要 有以下几种:
[0039] 设备内只安装GSM、GPRS或北斗模块中的一个,数据采集及远程指令接收都通过 安装的模块实现的点对点超远程无线测控网络。
[0040] 设备内只安装RF433MHZ或Zigbee自建网络模块的一个,数据中心设置于模块无 线网络的有效范围内,实现点对点的小范围无线测控网线。
[0041] 现场区域内多台设备只安装RF433MHZ或Zigbee自建网络模块的一个,通过点对 点发送到现场另一装有对应自建网模块及超远程无线模块的设备,所有数据在此设备上汇 总后经由GSM、GPRS或北斗模块进行超远程发送。
[0042] 现场区域内多台设备只安装Zigbee自建网络模块,通过数个Zigbee中继模块将 数据进行数十公里范围内的传输,到达数据中心的Zigbee无线模块。
[0043] 现场区域内多台设备只安装Zigbee自建网络模块,通过数个Zigbee中继模块将 数据进行数十公里范围内的传输,某一同时安装有Zigbee无线模块及超远程无线模块的 设备,在此设备上进行数据汇总后进行超远程无线数据发送。
[0044] 为实现对外的有线数据通信,本发明的设备还设置了五类数字接口,分别为 RS232、RS485总线、CAN总线、脉冲、开关量。各接口均为独立接口,可同时使用。
[0045] 其中,RS232接口是计算机的标准接口,使用此接口可完成与计算机直接连接,完 成设备测试及参数修改工作,另外RS232还可用于设备常态工作时外接RS232接口的传感 器或受控仪表,完成此接口传感器的控制及数据采集。
[0046] RS485总线接口是RS232接口的一种改进差分信号总线式接口,使用双绞线时较 RS232具有更远的传输距离,一般可达1公里以上,另外RS485是总线式接口,可实现组网功 能,即一个接口可同时连接若干台RS485设备而不相互干扰,可使本设备具有一对多的采 控结构,功能可扩展性更好。
[0047] CAN属于现场总线的范畴,它是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信 网络。较之许多RS485基于R线构建的分布式控制系统而言,基于CAN总线的分布式控制 系统在以下方面具有明显的优越性:CAN控制器工作于多主方式,网络中的各节点都可根 据总线访问优先权;多个CAN总线设备同时发送数据时不会使总线短路;CAN具有的完善的 通信协议可由CAN控制器芯片及其接口芯片来实现,自带数据校验功能,从而大大降低系 统开发难度,缩短了开发周期。
[0048] 脉冲量接口:是一个脉冲计数器,可设置为输入或输出,输入时为采集可通过参数 设置高脉冲或低脉冲时计数器加1,可连接脉冲式传感器或受控设备仪表(如:连接翻斗式 雨量计、需一定频率脉冲信号激励的震弦传感器);输出时为控制。
[0049] 开关量接口 :具有独立的4路开关输出及4路开关输入,可采集现场开关量设备 (如:配电室电闸开关状态),输出开关可用于现场设备的开关控制(如:某些现场设备的电 源开关控制等)。
[0050] 为实现数字接口的智能化,本发明在固件程序上预留了一段参数保存区域,用于 采集、或控制各种类型仪表时的通讯指令,此段区域可由用户根据实际使用的仪表要求设 置(如:某型号倾角传感器要求的读取指令是:AA BB0105校验和,则可将此指令写入该预 留区域,程序会自动调用并发送给仪表)。
[0051] 此外,本发明的设备还设置了模拟接口以进行模拟电路的输入输出,分为小功能 模拟输出及模拟输入,各16路,均为12位精度。另外还有4路独立的电源输出接口。
[0052] 其中,模拟输出为小电流模拟电压(100mA),可由设备内部固件程序控制输出电 压,输出电压范围可分别设置为〇〜5V、0〜10V、+- 5V、+- 10V,另外通过设备跳线开 关,可将电压输出转为电流输出,可用于连接现场模块量控制的设备(如:某变频器,受控端 要求是0〜20mA实现10Hz〜100Hz的交流输出,某水泵要求使用0〜10V控制其抽水功 率)。
[0053] 模拟输入为AD转换的采集接口,可连接多个模块量输出的传感器,另外通过跳 线开关,可将接口在电压与电流间转换,可用于测量〇〜5V、0〜10V、+ - 5V、+ - 10V及 0〜20mA输出类型的各种功能的传感器(如:某水压传感器,其量程范围内输出为电流4〜 20mA,某角度位移传感器,角度变化一周,输出电压范围为0〜5V)。
[0054] 电源输出接口 :主要用于控制外接各类传感器、控制器的工作电源,4个接口为独 立工作,且均为可编程电压调节,输出范围可由程序控制在3〜24V之间,这4个接口输出 功率较大(最大输出电流1A),可满足绝大多数现场仪表使用。
[0055] 在本发明中,采控单元的控制功能分为两方面,一方面根据自身参数进行周边各 模块工作状态控制、采集、控制、无线发送数据等,另一方面是可接受上位机发来的指令。上 位机可以是与之连接的计算机,也可以是远程数据中心的无线收发模块。另外,本设备有触 摸屏电路接口及屏幕驱动程序,通过设备上连接的触摸屏幕来完成设备测试及参数修改工 作(无需连接计算机)。
[0056] 本发明的设备可进行修改的参数有:记录号、超时时间、实时时钟、脉冲计数器、设 备ID标识码、RS232通讯速率、RS485通讯速率、设备透明传输端口、时间参数、工作模式、 无线模块类型、数据发送协议格式、无线模块参数、超级配置号码。其中记录号、超时时间、 实时时钟、脉冲计数器参数数据保存于C8051F930内,其它参数保存于非易失存储芯片内 (AT4OTB081)。不可修改固化的参数:设备生产厂商、硬件版本、固件版本、设备序列号。用 于控制的参数:参数复位、设备重启、强制超时测试。
[0057] 其中,记录号:每进行一次采控数据发送后自动加 1,用于标识此设备发送数据的 总条数。
[0058] 超时时间:用于定时工作模式时的计时,单位为秒,当上次发送完成到当前时间超 过此值时启动一次新的数据无线发送操作。
[0059] 实时时钟:用于设备内部日期、时间计时,使用专用RTC时钟芯片,配合钮扣电池 自动走时。另外若无线模块有GPS授时功能,此时间自动与卫星时间同步。
[0060] 脉冲计数器:用于采集外部脉冲信号次数,有脉冲发生时,自动加 1并保存。
[0061] 设备ID标识码:用于识别其个野外设备,同一区域内各设备ID码应互不相同。
[0062] 通讯速率:与计算机或外接传感器、控制仪表通讯时使用的数据传输速率,只有双 方通讯速率相同时才能进行正常通讯。
[0063] 设备透明传输端口 :为了上位机(与设备连接的计算机或数据中心无线收发模块) 能直接访问设备某个模块而设置的参数,默认为〇,即与主控模块进行通讯,当有需要直接 与其它模块直接建立通讯连接时,设置此值为对应的数值即可(如:第一无线接口设为1, 第二无线接口设为2等)。
[0064] 时间参数:设备运行时与时间有关的流程参数(如:当工作于GSM超时模式时,GSM 模块上电后需要一段时间来注册网络,即上电后要延时等待,此时会读取第一时间参数,等 待预定的秒数后才开始使用无线网络)。
[0065] 工作模式:此智能设备或工作于多种工作模式,分别为:设置模式、GSM模式、GPRS 模式、RF模式、混合模式、定时省电模式、实时大数据模式等。
[0066] 无线模块类型:当前所连接的无线模块的型号,设备根据此型号以不同的协议发 送指令,驱动其工作。
[0067] 数据发送协议格式:为了适应不同的数据接收终端,此设备支持以16进制或 ASCII码字符串发送数据。
[0068] 无线模块参数:根据无线模块类型不同,所需参数也不同,在设备内有一段专有区 域专为无线模块参数预留,此区域或存储多组参数(如:当无线模块为GSM时,参数为"短信 中心号码"、"数据中心号码"等;若无线模块为GPRS时,参数为"数据中心IP地址"、"端口 号"等)。
[0069] 超级配置号码:此设备支持接收远程指令,出于安全考虑,设备并不会响应所有 收到的无线指令,而是进行发送方号码判断,只有合法的手机号码终端发来的指令才能被 执行。超级号码并不限于手机号码,也可以是某个IP地址,根据当前使用的无线模块有关 (如:在GSM模式时是手机号码,当是GPRS模式时是IP地址)。
[0070] 远程指令有两种格式,分别是工业通讯协议MODBUS和自字义的字符串指令。
[0071] 采控单元采集到的数据除驱动无线模块完成无线发送外,还进行数据的本地存 储,在设备电路板内置了非易失性存储芯片,另外,设计有外接SD卡卡槽接口,安装SD卡即 可自动识别,此功能用于当无线网线链路发生故障时,数据不会丢失,或进行一段时间内数 据中心数据与现场保存数据的校核使用。
[0072] 采控单元同时还记录设备运行过程中的各种事件及不同时间的参数值,主要保存 的内容有:上电时间、参数、各关键模块运行状态、远程指令记录等。当设备发生故障可不能 正常工作时,通过读取此日志记录可观察到设备的整个工作过程,便于查找原因。
[0073] 本发明的设备支持通过串口或远程GPRS升级固件功能。设备具有上电功能自检 功能,上电后首先对各个功能模块进行功能及运行状态检查,并将结果以声音及屏幕显示 的方式提供给用户。
[0074] 设备正常运行时,有若干LED指示灯闪烁表示运行状态,分别为:功率状态指示、 太阳能充电指示、无线信号状态指示、屏幕状态指示、系统运行状态指示。
[0075] 其中,功率状态指示:5秒闪一次表示处于待机状态,1秒闪一次表示处于采发状 态。
[0076] 太阳能充电指示:常闭表示未连接太阳能电池板或无充电电流,闪烁超快表示充 电电流超大。
[0077] 无线信号状态指示:1秒闪一次表示正在注册或搜索网络、3秒闪一次表示网络已 注册可以使用。
[0078] 屏幕状态指示:常亮表示屏幕已打开,常闭表示屏幕未使用。
[0079] 系统运行状态:快速多次闪烁一次表示采控周期开始,快速多次闪烁两次表示参 数复位成功,1秒闪一次表示正在进行采发过程,〇. 5秒闪一次表示当前处于连机设置模 式。
[0080] 设备具有声音提示功能,在不同运行状态节点会有不同的声音组合提示。
[0081] 设备运行同时不断循环采集设备内部的各种参数,采集的参数有:太阳能电池板 电压、蓄电池电压、太阳能充电电流、电路板温度、设备整体消耗电流、无线网络信号强度、 数字量接口数据、模拟量AD转换、AD转换参考电压校核。
[0082] 此外,本发明的设备设有4个轻触按键,分别为TEST、IXD、SET、FUN,通过按下不同 的按键或组合键可实现不同的功能。单独接下TEST即可强制开始一次采发周期,方便现场 安装调试;IXD是触屏的开关循环功能键;TEST+SET进入设置模式;TEST+FUN进行参数复 位;TEST+IXD进入本地升级模式。
[0083] 在本发明更优选的实施例中,考虑到设备主要应用于野外环境,在使用过程中,雷 击是最为主要的破坏源。如图4所示,本发明的设备优选对所有对外接口均设计有防雷、防 浪涌、过压保护电路。模拟防护电路分为三级,分别为防雷管、瞬态抑制管、压敏电阻;数字 防护电路分为四级,在模拟防护三级后又增加了光耦隔离。另外,在靠近MCU芯片处还设置 了稳压二极管,能很好的实现防雷、防过压保护功能。具有防护电路的接口有:电源输入、太 阳能输入、脉冲接口、数字接口、模拟接口。
[0084] 为进一步保护设备安全,设备中还设置有报警模块,通过设置数字接口、模块接口 AD变化量阀值,设备自动进行比对,当超过预定值时自动发送报警信息。报警可通道设备的 喇叭驱动器接口或远程报警。远程报警接收终端可以是手机号码或IP地址,也可以是自建 网的某个节点地址。此外,设备内有两路开关报警接口,其中一路已连接水银开关,另一路 接口可由用户自行连接到某处防盗开关上。当任意一个开关发生通断变化时,程序自动发 出报警信息。
[0085] 相对于现有技术,本发明提供了一种户外数据采控设备,由于采用了创新的双MCU 电路结构,将电源管理与数据采控电路实现隔离,从物理链路上将大功率器件与电源断开, 彻底解决大功率消耗问题;此外,采用太阳能供电模式,保证了供电的持续性,可实行独立 的永久性野外作业。加上独立的三级防雷模块设计,解决了野外采控类设备最为常见的雷 击损坏问题。
[〇〇86] 虽然以上结合优选实施例对本发明进行了描述,但本领域的技术人员应该理解, 本发明所述的方法和系统并不限于具体实施方式中所述的实施例,在不背离由所附权利要 求书限定的本发明精神和范围的情况下,可对本发明作出各种修改、增加、以及替换。

Claims (10)

1. 一种户外数据采控设备,其特征在于,所述设备包括:电源、待机控制单元和采控单 元;其中, 所述电源采用太阳能供电系统; 所述待机控制单元和所述采控单元采用双MCU电路结构; 所述待机控制单元采用低功耗器件,且所述待机控制单元包括功耗管理模块,所述功 耗管理模块将所述电源和所述采控单元的物理隔离。
2. 如权利要求1所述的设备,其特征在于,所述太阳能供电系统进一步包括:太阳能电 池板、太阳能充电电路和蓄电池;其中,所述太阳能充电电路具有智能充电模块,在蓄电池 充满后自动停止停电;所述太阳能充电电路还具有电流反向抑制模块,防止太阳能电池板 对蓄电池电能的消耗。
3. 如权利要求1所述的设备,其特征在于,所述功耗管理模块中的功率开关分为主功 率开关和辅助功率开关;所述主功率开关由所述待机控制单元控制,仅当所述主功率开关 闭合时,所述采控单元才会启动;所述辅助功率开关控制采控单元中具体功能模块的供电, 根据用户预设的参数或实时收到的本地或远程指令被打开或关闭。
4. 如权利要求3所述的设备,其特征在于,所述功耗管理模块还包括时钟芯片,当所述 时钟芯片运行到预定采发时间时,驱动所述主功率开关闭合,进入正常工作模式;当所述采 控单元工作完毕后,向所述待机控制单元发送完成信号指令,断开所述主功率开关,再次进 入待机模式。
5. 如权利要求1所述的设备,其特征在于,所述采控单元中设置有两类无线接口 :第一 类无线接口可连接GSM、GPRS、北斗卫星无线模块和/或GPS模块;第二类无线接口可连接 小区域无线本地网络模块。
6. 如权利要求5所述的设备,其特征在于,所述小区域无线本地网络模块为433MHz射 频无线模块或蜂窝式Zigbee无线模块。
7. 如权利要求1所述的设备,其特征在于,所述采控单元中设置有有线数字接口和有 线模拟接口。
8. 如权利要求1所述的设备,其特征在于,所述设备中对所有对外接口均设计有防雷、 防浪涌、过压保护电路。
9. 如权利要求8所述的设备,其特征在于,对模拟接口的防护电路分为防雷管、瞬态 抑制管和压敏电阻三级;对数字接口的防护电路分为防雷管、瞬态抑制管、压敏电阻和光耦 隔离四级;在靠近MCU芯片处设置有稳压二极管。
10. 如权利要求1所述的设备,其特征在于,所述设备中还设置有两路开关报警接口, 其中一路连接水银开关,另一路接口由用户自行连接到某处防盗开关上;当任意一个开关 发生通断变化时,自动发出报警信息。
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