CN105068525A - 一种远程测控装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种远程测控装置，包括电源模块、处理器模块、存储模块、通讯模块、采集模块和交互模块，所述的电源模块为整个装置提供电力供应，所述的处理器模块包括LPC1768微处理器以及外围的晶振电路，所述的存储模块、通讯模块、采集模块和交互模块分别电连接到处理器模块上。在控制成本和降低功耗的基础上，可以并行运行通讯任务、数据采集任务、交互任务、存储任务、软复位任务，满足绝大多数远程数据测控的要求。

Description

一种远程测控装置

技术领域

本发明涉及通信领域，具体涉及一种远程测控装置。

背景技术

随着物联网技术及嵌入式技术的迅速发展，远程数据测控终端设备被广泛应用于智能电网、智能家居、远程监控、数据采集及物联网等诸多领域中，并成为工业自动化系统的核心装置之一。其主要功能是在危险、复杂的环境下，利用各路通道对外接传感器设备进行所需数据采集（遥测）；并利用光缆、超短波、电力线载波、卫星通讯等上行手段进行数据远程传输；同时可对接入该终端的其他一次仪表设备进行调节（遥调）、控制（遥控）等操作。

在现有的远程数据测控终端方案中，低端产品一般采用单片机系统层次的主芯片对简单功能的实现，由于单片机处理器的运算速度较低，在实现的功能上有所限制，往往只能实现单一的设置，现场通用性不能满足；随着客户现场对设备通用性和方便性的要求不断增加，高性能的ARM9芯片配备嵌入式Linux系统是不错的选择，这样的方案能够完成比较复杂强大的功能，但是在成本控制和功耗控制上，此类方案存在比较大的劣势，使得在市场竞争中份额不大。

发明内容

针对当前存在的问题，本发明提供了一种远程测控装置，在控制成本和降低功耗的基础上，可以并行运行通讯任务、数据采集任务、交互任务、存储任务、软复位任务，满足绝大多数远程数据测控的要求。

为解决上述技术问题，本发明方案包括：一种远程测控装置，包括电源模块、处理器模块、存储模块、通讯模块、采集模块和交互模块，所述的电源模块为整个装置提供电力供应，所述的处理器模块包括LPC1768微处理器以及外围的晶振电路，所述的存储模块、通讯模块、采集模块和交互模块分别电连接到处理器模块上。

进一步的，所述的交互模块至少包括键盘和液晶显示屏。

进一步的，所述的存储模块至少包括EEPROM和FLASH。

进一步的，所述的采集模块包括脉冲电路、RS485电路、RS232电路、模拟量接口电路，所述脉冲电路、RS485电路、RS232电路、模拟量接口电路的输出端分别连接采样电路的输入端，所述采样电路的输出端连接处理器模块。

进一步的，所述的通讯模块包括SIM卡插槽和GPRS模块。

进一步的，所述的通讯模块还包括GPRS信号增强天线。

进一步的，还包括时钟电路，所述的时钟电路与LPC1768微处理器连接。

进一步的，还包括看门狗电路，所述的看门狗电路与LPC1768微处理器的一个I/O引脚连接。

本发明的有益效果是：

1、输入、输出信号全部进行隔离，提高系统的抗干扰能力和可靠性。针对工业环境设计，设备的抗浪涌、快速瞬变脉冲干扰、高频干扰等抗干扰能力强，具有良好的防静电设计。可远程程序下载，无需到现场即可实现程序升级和维护。可以监测交流和直流电源电压数据信息。采用当前应用广泛的嵌入式实时操作系统，易于系统升级。具有键盘和显示，便于当地维护和测试。

2、通信模块包括GPRS模块、Sim卡插槽，并外接GPRS信号增强天线，主要通过Uart口进行数据通信,对外接口在形式上可兼容多种规范，模块在设计上兼容多种外接设备接口,可外接多种采集设备；所设计的通讯模块具有热插拔特性；模块可无差别处理与多个通信商SIM卡的数据通信，采用多种通讯保障机制保证通信的鲁棒性，并可向多个地址发送数据。

附图说明

图1是本发明的原理结构框图；

图2a是本发明采集模块的模拟量接入电路原理图；

图2b是本发明采集模块的RS485电路原理图；

图2c是本发明采集模块的RS232电路原理图；

图3a是本发明通讯模块的M590电路原理图；

图3b是本发明通讯模块的SIM卡接入电路原理图；

图4是本发明具体使用时的整体系统原理图；

图5是本发明采集模块的端口结构设置图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施进行说明，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示一种远程测控终端，内部围绕处理模块进行设计，外围分别由电源模块、采集模块、通讯模块、交互模块（显示、键盘模块）、存储模块等组成。由电源模块进行整个系统的供电处理，支持市电220V和太阳能控制器的切换；存储模块分为参数存储和采集数据存储两部分：通过EEPROM进行参数存储，采集数据则由flash芯片进行存储；通讯模块主要由两路：GPRS通道和以太网通道，其中以GPRS网络为主要上行传输通道，为了适应不同网络环境，另加以太网通道进行辅助传输，并且可兼容多种通讯协议；交互模块包括液晶和键盘，显示采用LCD12864液晶屏进行实时状态显示，键盘采用工业级常用的4×4的16键矩阵键盘；采集模块主要是用来外接各种数据采集传感器设备，为了兼容不同设备，给出了各种通用的标准接口：数字量输入模块、数字量输出模块、模拟量输入模块、RS232模块、RS485模块等等。

所述的电源模块与其他各个模块相连，并负责给所有的模块提供工作电源；所述的对外接口模块用于负责整个模块系统与外部设备的对接以及进行必要的数据通信；所述的存储模块将系统的设置参数以及通信数据进行保存备份；所述的微处理器采用高速32位ARM处理器，在整个系统运行中进行主程序执行和通信控制以及负责数据运算的功能，其运算结果可以按照需要发送到存储模块进行保存，或者发送给通信模块进行发送；所述的通信模块包括GPRS模块与以太网模块的兼容，可以通过任意通讯通道与外界进行数据传输；所述的采集模块具有数字、模拟、脉冲等多种通道类型，用于连接不同种类的传感器仪表：标准配置具有2路RS485通道，用于连接智能仪表传感器；6路脉冲通道，用于连接脉冲计数的传感器设备；6路4~20mAAD采样电路，用于连接具有4~20mA输出的传感器设备；所述的交互模块包括液晶屏幕以及键盘，用来完成与操作员的输入输出操作。

其中，处理器采用LPC1768，LPC1768是NXP公司推出的基于ARMCortex-M3内核的微控制器LPC17XX系列中的一员，运行频率能够达到100MHZ，具有三级流水线及哈佛结构，有相互独立的本地指令和数据总线以及用于外设的性能稍微低一点的第三条总线，用于处理要求高度集成和低功耗的嵌入式应用，在远程监测、数据采集等工业领域有着广泛的使用。

如图1所示，本方案终端具有数字、模拟、脉冲等多种通道类型，用于连接不同种类的传感器仪表：标准配置具有2路RS485通道，用于连接智能仪表传感器；6路脉冲通道，用于连接脉冲计数的传感器设备；6路4~20mAAD采样电路，用于连接具有4~20mA输出的传感器设备。

LPC1768本身内建了1个带8通道的12位的ADC，并且实际达到的分辨率在9位半以上，能满足大部分现场监测的需要，所以本方案中采集模块的模拟量输入模块可支持6路模拟量输入(AI)，其电路原理图如图2a所示，可采集4-20mA工业电流信号；脉冲采集通用情况下只需统计脉冲数量而不需要其他参数，所以在设计上简洁的阻容处理后接入处理器进行中断触发即可。

图2b和图2c中，下行通道支持2路RS485和1路RS232通讯，用于接入各种标准协议的数据采集传感器，在硬件电路设计上采用工业级RS485及RS232芯片，可分别响应主机召唤，并在输入输出之间配有光电隔离器件进行隔离，以保证高质量的通讯传输，电路图如图5所示；RS232通道用于接入通用串口设备，也可将该通道作为本装置的管理端口。

图3a和图3b中，M590GPRS模块是一款DualBand的GSM/GPRS工业无线模块，其稳定性和高性价比在各种工业和民用领域得到广泛的应用。模块的启动过程包括对SIM卡进行初始化，仅当插槽内有SIM卡时初始化才会成功。

如图4所示，在使用时，远程数据测控终端作为连接采集传感器和数据中心的桥梁，在设备上电时就连接到GPRS网络上，以GPRS网络作为无线数据传输平台，同时建立与数据中心的通信链路，通过各种下行通道将数据采集传感器获得的实时数据行实时的接收和发送，实质就是将数据采集设备和数据中心接入到GPRS网络平台中来实现最终采集数据的远程透明传输。采集传感器设备和终端设备组成了系统前台，数据中心由中心服务器、主站及数据库等其他组件构成系统后台。

具体工作流程为：

将需要进行测控的各种数据传感器通过外接设备接线端子挂接到本设备上，将sim卡中装置GPRS通讯卡，接通电源供电，设备运行后自动连接GPRS网络，并通过参数设置数据中心的地址连接到系统后台主站，此时整个系统正常运行。

通过传感器采集参数的设置，进行实时的周期性数据采集，经过终端的设备运算，结果处理后将其值显示于LCD液晶显示屏，并生成数据包，通过GPRS网络与数据中心完成流量数据的上报功能，供上位机分析处理。

在将采集模块的端口与上述系统对接时，端口设置情况如图5所示，图中：

1）最右侧的3线端子为RS232通道，用于232串口通讯及管理端口；

2）RS232通道左侧的6路2线接线端子为4～20mA模拟信号采集端口，其中黑色的箭头表示电流的方向，2个箭头之间的数字为通道号。每一路采集端口分别对应一个三端的跳针：通过设置跳针的位置，可以支持外接2线制仪表或4线制仪表。当跳针短接在1和2端时，支持外接4线制仪表，仪表电源由外部单独提供，该端子的“↓”端连接GND,“↑”端为仪表输出的4～20mA电流；当跳针短接在2和3端时，支持外接2线制仪表，该端子的“↓”端连接+24V,为仪表供电，“↑”端为仪表输出的4～20mA电流。

3）标识“SW/PU”的6路2线接线端子为脉冲（告警）采集端口，其中黑色的箭头表示电流的方向，2个箭头之间的数字为通道号。每一路采集端口分别对应一个三端的跳针：通过设置跳针的位置，可以支持外接“干接点脉冲仪表”或“有源脉冲仪表”。当跳针短接在1和2端时，支持外接“有源脉冲仪表”，仪表电源由外部单独提供，该端子的“↓”端连接GND,“↑”端为仪表的脉冲输出端；当跳针短接在2和3端时，支持外接“干接点脉冲仪表”，该端子的“↓”端连接+24V,为仪表供电，“↑”端为仪表的脉冲输出端。

4）最左侧的2路2线接线端子为2路RS485采集端口，其中右侧的为A端口，其接线端子用“A1”和“B1”标识；左侧的为B端口，其接线端子用“A2”和“B2”标识。每一路RS485采集端口分别对应一个二端的跳针，用于调整RS485线路中的匹配电阻，当跳针短接时，链路中加入了120欧姆的匹配电阻，如果跳针断开时，链路中则没有加入了120欧姆的匹配电阻。

应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换、简单组合等多种变形，这些均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种远程测控装置，其特征在于，包括电源模块、处理器模块、存储模块、通讯模块、采集模块和交互模块，所述的电源模块为整个装置提供电力供应，所述的处理器模块包括LPC1768微处理器以及外围的晶振电路，所述的存储模块、通讯模块、采集模块和交互模块分别电连接到处理器模块上。

2.根据权利要求1所述的一种远程测控装置，其特征在于，所述的交互模块至少包括键盘和液晶显示屏。

3.根据权利要求1所述的一种远程测控装置，其特征在于，所述的存储模块至少包括EEPROM和FLASH。

4.根据权利要求1所述的一种远程测控装置，其特征在于，所述的采集模块包括脉冲电路、RS485电路、RS232电路、模拟量接口电路，所述脉冲电路、RS485电路、RS232电路、模拟量接口电路的输出端分别连接采样电路的输入端，所述采样电路的输出端连接处理器模块。

5.根据权利要求1所述的一种远程测控装置，其特征在于，所述的通讯模块包括SIM卡插槽和GPRS模块。

6.根据权利要求5所述的一种远程测控装置，其特征在于，所述的通讯模块还包括GPRS信号增强天线。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的一种远程测控装置，其特征在于，还包括时钟电路，所述的时钟电路与LPC1768微处理器连接。

8.根据权利要求1-6任意一项所述的一种远程测控装置，其特征在于，还包括看门狗电路，所述的看门狗电路与LPC1768微处理器的一个I/O引脚连接。