CN105182862B - 一种网络化智能仓储状况检测控制系统 - Google Patents

Abstract

一种网络化智能仓储状况检测控制系统，其中包括网络信息层、现场管理层、现场控制层，自上而下分为三层标准工业网络；信息层包括至少一台远程计算机；现场管理层包括至少一台现场管控计算机以及至少一台现场测控主机；现场控制层包括至少一台测控分机以及与所述测控分机通讯连接的终端设备或仪表；所述远程计算机通过基于TCP/IP网络协议的网络与现场管控计算机通讯连接；所述现场管控计算机通过USB或WIFI或网络接口与所述现场测控主机通过有线或无线通信方式通讯连接；所述测控分机设备与所述终端设备或仪表通过总线数据连接或无线方式通讯连接。网络架构趋向扁平化、标准化，提高了系统的可靠性。

Description

一种网络化智能仓储状况检测控制系统

技术领域

本发明涉及仓储、物流等行业的仓储状况检测技术，尤其涉及一种网络化智能仓储状况检测控制系统。

背景技术

以在粮食仓储行业里的粮情测控系统为例，现有技术中的基于网络的粮情检测控制系统具有如下特点：

1、远程操作和本地操作都是通过将计算机与测控主机连接通讯来实现；

2、测控分机与现场终端设备之间通过扩充接口或一些特定设备如故障诊断器来连接；

3、多个测控分机之间属于并行结构，每个分机与主机之间的无线通讯路径是唯一设定好的；

4、通讯路径上的某个分机节点出现故障时，需重新设置通讯路径；

5、电源系统由太阳能板+电池组成；

6、太阳能板采用滴胶板；

7、太阳能板只负责给电池充电，整个设备以及配件均由电池供电；

8、不管设备是否处于正常使用状态，系统功耗是一样的。

现有技术的基于网络的粮情检测控制系统，其在实际应用中的不足之处如下：

(1)远程测控实施难度大、成本高、可靠性差；

(2)远程微机通过与测控主机连接来实现远程测控，主机需具备Internet等接口，成本高；远程微机还需安装相应的软件程序方可通过测控主机获取或控制现场设备，操作麻烦；多个远程微机同时与测控主机通讯时还会存在数据指令冲突等现象；

(3)网络结构级数多，效率低：

从测控分机到最终的现场控制设备，需要经过标准扩充接口，这样通讯速率降低，故障率加大；

(4)组网方式不灵活：

测控分机无线通讯时采用并联方式，分机与主机之间的通讯必须设置路由路径，比如A点经过B点再经过C点与D点通信，设置麻烦，且一旦某个节点设备出现故障，与其路径关联的其余设备将无法通信，更换设备后需重新设置无线通信路径才行，灵活性差；

(5)环境适应性差：

整个供电系统仅有太阳能板和电池两种，当遇到某些建筑物无法得到充足阳光时，电池容量又有限，供电系统将出现瘫痪；

(6)能源利用率低：

太阳能板的功率一般为0.5W左右，胶滴板在使用3年后很容易出现泛黄现象，透光率低，对太阳能能源的转换效率也较低；

(7)使用寿命短：

一个因素是滴胶太阳能板的使用年限为3年，另一个因素是整个系统的供电是由太阳能给电池充电，然后电池给其余设备供电，电池会经常处于充电、放电的过程中，缩短了电池的使用寿命；

(8)功耗高：

粮情测控系统在正常使用过程中，通常是一天采集两次数据即可达到监控目的。24小时内每台测控设备实际工作的时间基本上30分钟足够，这样98％的时间其实都处于非工作状态。现有的产品在这98％的时间段里系统电源依旧正常供电，这造成了能源的极大浪费，功耗也比较高。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种新型的网络化智能仓储状况检测控制系统，网络架构趋向扁平化、标准化，提高了系统的可靠性；组网方式智能、灵活、可靠；优化后的供电方案可以提高能源的利用率，降低产品功耗，延长系统使用寿命，适用范围更广。

一种网络化智能仓储状况检测控制系统，其中：包括网络信息层、现场管理层、现场控制层，自上而下分为三层标准工业网络；

信息层包括至少一台远程计算机；

现场管理层包括至少一台现场管控计算机以及至少一台现场测控主机；

现场控制层包括至少一台测控分机以及与所述测控分机通讯连接的终端设备或仪表；

所述远程计算机通过基于TCP/IP网络协议的网络与现场管控计算机通讯连接；

所述现场管控计算机通过USB或WIFI或网络接口与所述现场测控主机通过有线或无线通信方式通讯连接；

所述现场测控主机通过有线或无线通信方式与单台或多台测控分机通讯连接；

所述测控分机设备与所述终端设备或仪表通过总线数据连接或无线方式通讯连接。

所述的网络化智能仓储状况检测控制系统，其中：所述测控分机包含有基于自组网功能的无线通讯模块,所述现场测控主机包含有基于自组网功能的无线通讯模块,所述测控分机的无线通讯模块与所述现场测控主机的无线通讯模块对应通讯。

所述的网络化智能仓储状况检测控制系统，其中：包含至少两台测控分机，各测控分机的无线通讯模块构成自组网对应通讯。

所述的网络化智能仓储状况检测控制系统，其中：所述的测控分机包括数据处理模块、智能供电模块、终端设备或仪表电源控制模块、终端数据采集接口模块、电源电压检测模块、通信及状态指示模块，其中，智能供电模块的电源输出端连接数据处理模块、终端设备或仪表电源控制模块、终端数据采集接口模块、通信及状态指示模块的供电输入端以及电源电压检测模块的电压检测输入端，数据处理模块的终端设备或仪表电源控制输出端连接终端设备或仪表电源控制模块的控制信号输入端，数据处理模块的数据采集端连接终端数据采集接口模块的数据输出端，数据采集接口模块的数据输入端各接口用于连接各终端设备或仪表的数据输出端，数据处理模块的主机通信端及状态信号输出端分别连接通信及状态指示模块的主机通信端、状态信号输入端。

所述的网络化智能仓储状况检测控制系统，其中：所述的智能供电模块包括太阳能至锂电池充电管理电路、电源自动切换电路及电源转换电路，所述的太阳能至锂电池充电管理电路包括太阳能电池板、放电管、第一二极管、太阳能至锂电池充电管理器、锂电池，太阳能电池板的供电输出端正、负极分别连接放电管的两端，太阳能电池板的供电输出端正极通过第一二极管连接太阳能至锂电池充电管理器的供电输入端，太阳能至锂电池充电管理器的供电输出端连接锂电池正极；太阳能电池板的供电输出端正极还连接电源电压检测模块的太阳能电池板供电电压检测端，太阳能至锂电池充电管理器的正在充电状态信号输出端、充满电状态信号输出端分别连接数据处理模块的正在充电状态信号输入端、充满电状态信号输入端；所述的电源自动切换电路包括第一PNP型三极管、第三NPN型三极管、第六P型MOS管、第四电阻、第十电阻、第三稳压管、第六电容，其中，第一PNP型三极管的发射极连接太阳能至锂电池充电管理器的供电输入端，第一PNP型三极管的集电极一路连接第三NPN型三极管的基极，第一PNP型三极管的集电极另一路连接第六P型MOS管的栅极，第三NPN型三极管的集电极连接第一PNP型三极管的发射极，第三NPN型三极管的发射极连接电源转换电路的输入端，第六P型MOS管的漏极一路通过第六电容接地，第六P型MOS管的漏极另一路用于提供锂电池供电输出的负极，第六P型MOS管的源极连接电源转换电路的输入端，第一PNP型三极管的基极通过第四电阻连接第三稳压管的负极，第三稳压管的正极接地，第一PNP型三极管的集电极还通过第十电阻接地；电源转换电路包括稳压器、第二滤波电容、第七滤波电容，稳压器的输入端连接第六P型MOS管的源极，稳压器的输入端还通过第二滤波电容接地，稳压器的输出端连接数据处理模块、通信及状态指示模块的电源输入端。

所述的网络化智能仓储状况检测控制系统，其中：所述的终端设备或仪表电源控制模块包括第一自恢复保险丝、第五P型MOS管、第八电阻、第四NPN型三极管、第五电阻、第三滤波电容、第四TVS管，第一自恢复保险丝的输入端连接锂电池的负极，第一自恢复保险丝的输出端连接第五P型MOS管的源极，第五P型MOS管的栅极通过第八电阻连接第一自恢复保险丝的输出端，第五P型MOS管的漏极用于连接终端设备或仪表的电源输入端以及终端数据采集接口模块、电源电压检测模块的电源输入端，第五P型MOS管的漏极还通过第三滤波电容接地，第五P型MOS管的漏极还连接第四TVS管的负极，第四TVS管的正极接地；第五P型MOS管的栅极还连接第四NPN型三极管的集电极，第四NPN型三极管的基极通过第五电阻连接数据处理模块的终端设备或仪表电源控制输出端，第四NPN型三极管的发射极接地。

所述的网络化智能仓储状况检测控制系统，其中：所述的终端数据采集接口模块包括一路及一路以上终端数据采集接口电路，所述的终端数据采集接口电路包括第一电阻、第二电阻、第二P型MOS管、电路保护器，终端数据采集接口电路的电源输入端连接所述的终端设备或仪表电源控制模块中第五P型MOS管的漏极，终端数据采集接口电路的电源输入端连接第二P型MOS管的漏极，第二P型MOS管的栅极连接所述微处理器的控制信号输入端，第二P型MOS管的源极连接所述微处理器的控制信号输出端，第二P型MOS管的栅极与漏极之间连接第一电阻，第二P型MOS管的源极与漏极之间连接第二电阻，第二P型MOS管的源极还通过电路保护器接地。

所述的网络化智能仓储状况检测控制系统，其中：所述的终端设备或仪表包括测温电缆、温湿度传感器、窗户启闭自动控制机构、通风口启闭自动控制机构、风机自动控制机构、空调自动控制机构、摄像控制机构。

所述的网络化智能仓储状况检测控制系统，其中：所述的测控分机包括气象采集测控分机、仓内温湿度采集测控分机、通风控制测控分机、称重测控分机、视频监控测控分机。

一种网络化智能仓储状况检测控制系统中测控分机的数据处理方法，其中，包括如下步骤：

1)、测控分机数据处理模块判断是否接收到测控主机发送来的命令，若是进入步骤2)，否则继续判断；

2)、测控分机数据处理模块对接收到的测控主机发送来的命令进行解析，之后进入步骤3)；

3)、测控分机数据处理模块判断是否需要控制终端设备或仪表电源控制模块对相应终端设备或仪表以及终端数据采集接口模块进行供电，若是，进入步骤4)，若否，进入步骤7)；

4)、测控分机数据处理模块控制其VDDEN端口使能，使终端设备或仪表电源控制模块对相应终端设备或仪表以及终端数据采集接口模块进行供电，之后进入步骤5)；

5)、测控分机数据处理模块的数据采集端接收终端数据采集接口模块数据输出端输出的采集数据，数据采集结束后，进入步骤6)；

6)、测控分机数据处理模块控制其VDDEN端口禁能，使终端设备或仪表电源控制模块对相应终端设备或仪表以及终端数据采集接口模块断电，之后，进入步骤8)；

7)、测控分机数据处理模块对需要发给测控主机的数据进行处理；之后，进入步骤8)；

8)、测控分机数据处理模块将需要发给测控主机的数据通过通信及状态指示模块发送给测控主机。

采用本发明提供的网络化智能仓储状况检测控制系统，实施成本低，远程操作依托已铺设的Internet、GPRS等资源实现；自组网功能，无需人工进行复杂的路径设置与维护；智能电源管理，高效使用环保能源；设备的通用性识别大大降低了设备生产、维护成本；网络架构扁平化、标准化，网络架构清晰，减少不必要的中间环节，提高数据传输效率，降低误码率；寿命长，采用有机玻璃太阳能板，寿命可达20年；智能电源管理机制，有效减少电池的充放电次数，延长电池的使用寿命。适应性强：太阳能、锂电池、外接220V转5V直流电源组合式电源供给方案，全方位解决电源匹配问题，此外不管什么样的终端设备或仪表，本系统都可以兼容。灵活性：有线、无线的通讯方式可选；多种通讯接口可选；自组网模式，系统自建最佳路由路径；低功耗：采用休眠唤醒模式适时供电，功耗低。可靠性：采用多项式为X8+X5+X4+1的CRC通讯校验机制、UPS不间断电源、冗余主机等设计保证了系统的稳定性可靠性。

附图说明

图1为本发明网络化智能仓储状况检测控制系统的整体结构图；

图2为本发明网络化智能仓储状况检测控制系统中为测控分机与终端设备或仪表供电的智能供电模块、终端设备或仪表电源控制模块的供电原理图；

图3为测控分机的各组成部分的具体接线图；

图4为图3测控分机中智能供电模块的电路原理图；

图5为图3测控分机中数据处理模块的电路原理图；

图6为图3测控分机中的终端设备或仪表电源控制模块电路原理图；

图7为图3测控分机中的终端数据采集接口模块其中一路接口的电路原理图；

图8为图3测控分机中的电源电压检测模块的电路原理图；

图9为图3测控分机中的通信及状态指示模块的电路原理图；

图10为图3测控分机中的集成接线端子的电路原理图；

图11为本发明网络化智能仓储状况检测控制系统中测控分机的数据处理方法流程图。

具体实施方式

本发明提供了一种网络化智能仓储状况检测控制系统，以应用于粮食仓储领域为例，如图1所示，其中包括网络信息层、现场管理层、现场控制层，自上而下分为三层标准工业网络；

信息层包括至少一台远程计算机；

现场管理层包括至少一台现场管控计算机以及至少一台现场测控主机；

现场控制层包括至少一台测控分机以及与所述测控分机通讯连接的终端设备或仪表；

所述远程计算机通过基于TCP/IP网络协议的网络与现场管控计算机通讯连接；

所述现场管控计算机通过USB或WIFI或网络接口与所述现场测控主机通过有线或无线通信方式通讯连接；

所述现场测控主机通过有线或无线通信方式与单台或多台测控分机通讯连接；

所述测控分机设备与所述终端设备或仪表通过总线数据连接或无线方式通讯连接。

所述的网络化智能仓储状况检测控制系统，其中：所述测控分机包含有基于自组网功能的无线通讯模块,所述现场测控主机包含有基于自组网功能的无线通讯模块,所述测控分机的无线通讯模块与所述现场测控主机的无线通讯模块对应通讯。

所述的网络化智能仓储状况检测控制系统，其中：包含至少两台测控分机，各测控分机的无线通讯模块构成自组网对应通讯。

所述的网络化智能仓储状况检测控制系统，其中：所述的终端设备或仪表包括测温电缆、温湿度传感器、窗户启闭自动控制机构、通风口启闭自动控制机构、风机自动控制机构、空调自动控制机构、摄像控制机构。

所述的网络化智能仓储状况检测控制系统，其中：所述的测控分机包括气象采集测控分机、仓内温湿度采集测控分机、通风控制测控分机、称重测控分机、视频监控测控分机。

图2为本发明网络化智能仓储状况检测控制系统中为测控分机与终端设备或仪表供电的智能供电模块、终端设备或仪表电源控制模块的供电结构原理图，由220v市电转5v直流供电电源+太阳能板+电池构成组合式供电系统，其中，太阳能板采用透光率高、使用年限久的有机玻璃太阳能板，转化效率高，充电速度快。

多种电源智能切换供电，根据太阳能板、220v转直流5V电源和锂电池电源的接入情况进行自动切换，遵循环保理念优先选择太阳能板供电，其次选择220v转直流5V的外接电源，然后是锂电池。如图2中所示按照标示1-1、1-2、1-3的顺序。

测控分机系统采用了自动休眠和远程唤醒机制，做到适时供电。非工作状态时测控分机系统会自动进入休眠状态，此时测控分机系统中数据处理模块控制智能供电模块只提供维持各处理器保持内存数据不丢失所需要的电流即可。需要正常采集数据时，通过远程唤醒机制，测控分机系统会自动从休眠状态退出，并进入正常工作状态，此时测控分机系统电源会提供足够的电流给测控分机的各个模块及配件，以保证测控分机系统正常运行。测控分机系统会根据接收到的指令来判断是否需要给测温电缆等供电，然后再根据如图2中所示信号2-2和2-3决定由哪个电源来负责供电。

具体参数：

太阳能板：有机玻璃板1.5W；

锂电池：3.7V 1500mAh；

太阳光线充足时，锂电池充满的时间为6～7个小时；

阴雨天气时，假设没有220v电源，仅靠锂电池供电的情况下，每个仓192个测温点，每天采集2次数据，系统至少能正常工作30天的时间；

如图3，所述的测控分机包括数据处理模块(U_CPU模块)、智能供电模块(U_Power模块)、终端设备或仪表电源控制模块(U_Ctrl Power模块)、终端数据采集接口模块(U_Senser Inf接口模块)、电源电压检测模块(U_PowerCheck模块)、通信及状态指示模块(U_Communication模块)，另外，图3中的U_Terminal模块是一个集成的接线端子模块；智能供电模块的电源输出端连接数据处理模块、终端设备或仪表电源控制模块、终端数据采集接口模块、通信及状态指示模块的供电输入端以及电源电压检测模块的电压检测输入端，数据处理模块的终端设备或仪表电源控制输出端连接终端设备或仪表电源控制模块的控制信号输入端，数据处理模块的数据采集端连接终端数据采集接口模块的数据输出端，数据采集接口模块的数据输入端各接口用于连接各终端设备或仪表的数据输出端，数据处理模块的主机通信端及状态信号输出端分别连接通信及状态指示模块的主机通信端、状态信号输入端。

U_Power模块：包含太阳能为锂电池充电管理电路、系统电源自动切换电路及系统电源转换电路，该模块负责为其它模块提供工作电源。

U_CPU模块：数据处理模块，系统MCU，用于用户任务处理、粮温数据采集、仓温仓湿数据采集、传感器电源控制、锂电池充电监测、系统电源监测等。

U_Ctrl Power模块：终端设备或仪表电源控制模块，该模块包含一个可由U_CPU模块控制的电源开关电路。该模块的VDDOUT端口连接到终端数据采集接口模块所有接口(主要是粮温检测传感器接口)的电源端，系统在进行终端数据采集时时U_CPU模块会通过VDDEN端口打开电源开关，给终端设备或仪表供电；数据采集完毕后U_CPU模块会关闭电源开关，达到节能的目的。

U_Senser Inf接口模块：终端数据采集接口模块。模块包含了8路相同的接口电路，起到了从MCU到终端传感器之间的匹配连接作用。该模块电路为终端传感器提供了两线制和三线制接口，并实现接口自动匹配功能。

U_PowerCheck模块：电源电压检测模块，该模块包含太阳能电池板和锂电池电压检测电路。

U_Communication模块：通信及状态指示模块，该模块包含无线通信单元、RS485通信单元和蜂鸣器单元。无线通信单元用来和测控主机通信，完成接收主机命令、上传采集到的数据等功能；分机系统和仓内温湿度传感器以及其它扩展终端设备通信采用的RS485通信单元，可支持多达32个结点，即1个通信线路上可连接多个温湿度传感器或其它扩展设备，通过MCU控制可单独采集任意1个传感器的数据或和其它任意一个扩展设置通信。蜂鸣器是测控分机用来指示自身执行测控主机发来命令的情况。

U_Terminal模块：测控分机系统集成接线端子，包括太阳能电池板接线端子、仓内温湿度传感器接线端子和粮温检测传感器接线端子。

如图4，所述的智能供电模块包括太阳能至锂电池充电管理电路、电源自动切换电路及电源转换电路，所述的太阳能至锂电池充电管理电路包括太阳能电池板、放电管T1、第一二极管D1、太阳能至锂电池充电管理器U3、锂电池BT1，太阳能电池板的供电输出端正极SDC+、负极SDC-分别连接放电管T1的两端，太阳能电池板的供电输出端正极SDC+通过第一二极管D1连接太阳能至锂电池充电管理器U3的供电输入端VIN，太阳能至锂电池充电管理器U3的供电输出端(FB接脚和BAT接脚连接到一起提供输出)连接锂电池BAT正极；太阳能电池板的供电输出端正极SDC+还用于连接电源电压检测模块的太阳能电池板供电电压检测端SDC，太阳能至锂电池充电管理器U3的正在充电状态信号输出端CH、充满电状态信号输出端OK分别连接数据处理模块的正在充电状态信号输入端、充满电状态信号输入端；所述的电源自动切换电路包括第一PNP型三极管Q1、第三NPN型三极管Q3、第六P型MOS管Q6、第四电阻R4、第十电阻R10、第三稳压管D3、第六电容C6，其中，第一PNP型三极管Q1的发射极连接太阳能至锂电池充电管理器U3的供电输入端VIN,即同时连接太阳能电池板的供电输出端正极SDC+，第一PNP型三极管Q1的集电极一路连接第三NPN型三极管Q3的基极，第一PNP型三极管Q1的集电极另一路连接第六P型MOS管Q6的栅极，第三NPN型三极管Q3的集电极连接第一PNP型三极管Q1的发射极，第三NPN型三极管Q3的发射极连接电源转换电路的输入端，第六P型MOS管Q6的漏极一路通过第六电容C6接地，第六P型MOS管Q6的漏极另一路用于提供锂电池供电输出的负极PSW-，第六P型MOS管Q6的源极连接电源转换电路的输入端，第一PNP型三极管Q1的基极通过第四电阻R4连接第三稳压管D3的负极，第三稳压管D3的正极接地，第一PNP型三极管Q1的集电极还通过第十电阻R10接地；电源转换电路包括稳压器U2、第二滤波电容C2、第七滤波电容C7，稳压器U2的输入端vin连接第六P型MOS管Q6的源极，稳压器U2的输入端还通过第二滤波电容C2接地，稳压器U2的输出端Vout连接数据处理模块、通信及状态指示模块的电源输入端VCC。

本智能供电模块的特点：当锂电池充满电后测控分机系统的电源将由太阳能电池板通过电源转换电路直接供电。

本电路的优点：避免了锂电池反复充电的现象，延长锂电池的使用寿命，提高太阳能的利用率，延长测控分机系统在无光照时的使用时间。

端口说明：

SDC+和SDC-：太阳能电池供电端口

VCC：测控分机系统工作电源

SDC：太阳能电池板电压检测端口

PSW+和PSW-：锂电池供电开关端口,

OK：锂电池充满电检测端口

CH：锂电池正在充电检测端口

GND：测控分机系统电源地端口

工作原理说明：

PSW+和PSW-端口连接到锂电池供电开关端口，当测控分机系统不工作时断开此端口，可防止锂电池因过放电而造成损坏，当短路PSW+和PSW-端口时，锂电池开始为测控分机系统供电，测控分机系统正常工作。

以下内容描述是基于PSW+和PSW-端口短路时电路的工作状态：

本智能供电模块的保护部分由放电管T1和第一二极管D1组成，放电管T1用于浪涌保护，第一二极管D1用于防反接。

锂电池充电部分由第一电容C1、充电管理芯片U3、第十二电阻R12和锂电池BT1组成，充电管理芯片U3是太阳能电池为单节锂电池充电的专用充电管理芯片，该芯片能够自动调整充电电流，可最大限度地利用太阳能电池的电流输出能力。第一电容C1为滤波电容，第十二电阻R12用来限制锂电池的最大充电电流，根据锂电池的容量、太阳能电池的最大输出功率等参数来选择R12的阻值。

电源自动切换部分由第一PNP型三极管Q1、第三NPN型三极管Q3、第四电阻R4、第十电阻R10、第三稳压管D3和第六P型MOS管Q6组成，第三稳压管D3为4.3V稳压二极管，第六P型MOS管Q6的门极触发电压V_GS(th)为-1.5V，第六P型MOS管Q6的漏极D和源极S存在一个寄生的二极管，为了防止在太阳能电池板为测控分机系统供电时，太阳能电池板电流经由寄生二极管流向锂电池，造成锂电池过充电，且由于MOS管导通后D极和S极为纯阻性，所以在本电路中将MOS管的D极和S极反向接入电路，这样就避免了上述问题的发生，这也是本技术方案的一个创新点。当太阳能电池在为锂电池充电或无光照时，太阳能电池输出电压低于5V，第三稳压管D3和第一PNP型三极管Q1均无法导通，由于R10下拉的作用，第三NPN型三极管Q3基极电压为0，第三NPN型三极管Q3截止，第六P型MOS管Q6导通，此时锂电池为测控分机系统供电。当锂电池充满电后，太阳能电池的电压会升至5V以上，第三稳压管D3导通，第一PNP型三极管Q1进入放大状态，第三NPN型三极管Q3集电极的电压逐渐上升，当第三NPN型三极管Q3集电极电压上升到2.7V以上时，MOS管Q6的V_GS>-1.5V，此时MOS管Q6截止，锂电池经寄生二极管为测控分机系统提供电流；当第三NPN型三极管Q3集电极的电压上升到4.7V以上时，第三NPN型三极管Q3导通，太阳能电池通过第三NPN型三极管Q3为测控分机系统提供电流，锂电池不再为测控分机系统供电。

当太阳能电池电压下降时，电路将按上述的反向过程最终切换为锂电池供电。

为分机系统提供工作电源的电路由电容C6、稳压器U2和电容C7组成，稳压器U2采用超低功耗低压差线性稳压芯片，电容C6、C7为滤波电容。稳压器U2将输入电源转为3.3V电源并经过电容C7滤波后供给测控分机系统。

图5为图3测控分机中数据处理模块的电路原理图，该模块包含了微处理器MCU和上电复位电路。

微处理器MCU(U4)采用32位高性能CortexTM-M3内核的处理器。

VCC、VBAT和GND端口分别为分机系统主工作电源、实时时钟电源和电源地端口，由图可知，VCC和VBAT这两个端口都连接到了U_Power电源模块的VCC电源输出端口上，为微处理器MCU提供正常工作电源。

VDDEN端口控制U_Ctrl Power模块中的电源开关状态。

U2_TXD、U2_RXD、485_RE和485_DE四个端口的功能分别为数据发送、数据接收、接收全能和发送使能。这四个端口连接至U_Communication模块的RS485通信电路，用于和仓内温湿度传感器或其它扩展设备通信。

AD0和AD1端口为分机系统供电电压检测端口，这两个端口连接至U_PowerCheck模块，其中AD0端口用于输入供微处理器U4检测太阳能电池板供电电压；AD1端口用于输入锂电池电压供微处理器U4检测。

OK和CH端口为锂电池充电状态检测端口，其中OK端口传输电池充满信号，CH端口传输电池正在充电信号。

U3_TXD和U3_RXD端口连接到U_Communication的无线通信端口，功能分别为数据发送和数据接收，微处理器U4通过U3_TXD和U3_RXD端口和U_Communication模块的无线通信电路通信，用来接收测控主机发送来的命令或向测控主机发送采集到的数据。

BEEP端口为蜂鸣器控制端口，用于控制蜂鸣器电源的通断，起到工作状态指示作用。

CHI[8..1]和CHO[8..1]端口分别都连接到仓内的粮温采集模块A和B。CHI端口即可做为信号输入又可做为信号输出，做为信号输出时输出电流能力不超这20mA，驱动能力有限；CHO端口只能做为输出使用，经过U_Senser Inf模块内的电路处理可输出0.5A以上的电流，可以同时驱动至少120个粮温检测传感器。

上电复位电路由电阻R14和电容C8组成，在上电瞬间，电容C8两端电压为0V，电阻R14两端电压为3.3V，即微处理器U4的RST引脚为低电平，微处理器U4处于复位状态，随着时间延迟，电流经电阻R14对电容C8充电，电容C8内电荷增加，两端电压也逐渐上升，当电容C8两端电压上升到2V以上时，微处理器U4复位结束，进入启动状态。

图6为图3测控分机中的终端设备或仪表电源控制模块电路原理图；

所述的终端设备或仪表电源控制模块包括第一自恢复保险丝F1、第五P型MOS管Q5、第八电阻R8、第四NPN型三极管Q4、第五电阻R5、第三滤波电容C3、第四TVS管T4，第一自恢复保险丝F1的输入端连接锂电池的负极PSW-，第一自恢复保险丝F1的输出端连接第五P型MOS管Q5的源极，第五P型MOS管Q5的栅极通过第八电阻R8连接第一自恢复保险丝F1的输出端，第五P型MOS管Q5的漏极用于连接终端设备或仪表的电源输入端以及终端数据采集接口模块、电源电压检测模块的电源输入端，第五P型MOS管Q5的漏极还通过第三滤波电容C3接地，第五P型MOS管Q5的漏极还连接第四TVS管T4的负极，第四TVS管T4的正极接地；第五P型MOS管Q5的栅极还连接第四NPN型三极管Q4的集电极，第四NPN型三极管Q4的基极通过第五电阻R5连接数据处理模块的终端设备或仪表电源控制输出端VDDEN，第四NPN型三极管Q4的发射极接地。

该模块包含一个可控电源通路的电路。

VDDIN为电源输入端口。

VDDOUT为电源输出端口。

VDDEN为电源开关控制端口。

GND为电源地输入端口。

自恢复保险丝F1，防止后级电路出现短路或过载现象，保护输入电源；第八电阻R8为MOS管Q5栅极的上拉电阻；NPN三极管Q4，起到控制信号的放大作用和电平转换作用；第五电阻R5为限流电阻，防止VDDEN流入的电流过大损坏三极管Q4；第三电容C3为滤波电容；TVS管T4，防止后级出现瞬态加电压干扰后对前级电路造成影响。

VDDEN端口连接至微处理器U4的控制端口，输入电压最高为3.3V，VCCIN连接至锂电池供电端口，电压为3.7V以上，为了使MOS管Q5可以有效开关，所以加上了三极管Q4,直到电平转换作用。当VDDEN端口输入高电平时，三极管Q4饱和导通，将MOS管Q5栅极电平拉低，MOS管Q5导通为后级电路供电。当VDDEN端口输入低电平时，三极管Q4截止，MOS管Q5栅极电平被电阻R8接高，MOS管Q5截止，不再为后级电路供电。

所述的终端数据采集接口模块包括一路及一路以上终端数据采集接口电路，图7为终端数据采集接口模块其中一路接口的电路原理图，所述的终端数据采集接口电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第二P型MOS管Q2、电路保护器T2，终端数据采集接口电路的电源输入端VDD连接所述的终端设备或仪表电源控制模块中第五P型MOS管Q5的漏极，终端数据采集接口电路的电源输入端VDD连接第二P型MOS管Q2的漏极，第二P型MOS管Q2的栅极连接微处理器U4的控制信号输入端CH_IN，第二P型MOS管Q2的源极连接微处理器U4的的控制信号输出端CH_OUT，第二P型MOS管Q2的栅极与漏极之间连接第一电阻R1，第二P型MOS管Q2的源极与漏极之间连接第二电阻R2，第二P型MOS管Q2的源极还通过电路保护器T2接地。

本模块为粮温检测传感器接口模块。U_Senser Inf接口模块包含8路相同的如图7所示的接口电路，都起到了从微处理器U4到粮温检测传感器之间的匹配连接作用。

VDD端口为供电端。

CH_IN端口为控制信号输入端口，微处理器U4通过这个端口输出控制信号来控制本电路中CH_OUT端口输出高电平，GND为电源地端口。

由电路可看出，电路由1个MOS管、2个上拉电阻和1个电路保护器件构成，当CH_IN端口所对应的微处理器U4引脚输出三态时，MOS管Q2的栅极经电阻R1上拉为高电平，MOS管Q2截止，此时CH_OUT端口经电阻R2上拉为高电平，电阻R2的阻值较大，此时CH_OUT端口的电流驱动能力有限；当CH_IN端口为低电平时，MOS管Q2导通，此时CH_OUT端口与图7中的VDD端口连通，，图7中的VDD端口是本模块的电源输入端口，可输出0.5A电流。

此电路设计的目的是为了兼容两线制和三线制的粮温检测传感器。粮温检测传感器是一种单总线器件。单总线器件有两种供电方式，即独立电源供电(三线制)和寄生电源供电(两线制)。独立电源供电时通过专用电源引脚为传感器供电，信号引脚只起到通信作用；寄生电源供电时专用电源引脚需和电源地引脚相连接，传感器工作所需要的电源需通过信号引脚提供，一般情况下传感器所需电流为微安级，当传感器进行温度转换时就需要1mA以上的电流，此时需给信号引脚提供足够的电流驱动能力，以保证传感器工作所需电流。

正常工作时CH_OUT端口连接到单总线器件的信号引脚，在三线制检测时，CH_IN端口一直为高电平，CH_OUT端口的高电平是通过电阻R2的上拉作用拉高的。在两线制检测时，微处理器U4和传感器通信时的高电平仍由电阻R2上拉提供，当传感器进行温度转换时，CH_IN端口变为低电平，CH_OUT端口变为强上拉，可输出0.5A电流，足够为传感器提供温度转换时所需电流。

电路保护器T2为ESD保护二极管。由于CH_OUT端口是对外连接端口，在正常使用过程中会受到静电干扰(如人体接触)，为了保护电路不被静电干扰而损坏，在此端口上添加ESD保护二极管T2，一旦发生ESD现象，二极管T2立即导通，将静电能量消耗掉。

图8为图3测控分机中的电源电压检测模块的电路原理图；

VDD端口连接到终端设备或仪表电源控制模块的电源输出端口，通过电阻R7和电阻R13的分压将VDD端的电压降低到微处理器U4检测端口允许的范围内，然后送至微处理器U4的AD1端口进行ADC转换，计算出该VDD端口的电压值。为了降低分机系统功耗，将VDD端口连接到了终端设备或仪表电源控制模块的的电源输出端口，只有在分机系统进行电压检测时才对该电压检测模块供电，其它时间不对该电压检测模块供电。

SDC+和SDC-端口连接到了太阳能电池板供电端口，同样由于太阳能电池板电压高于微处理器U4检测端口允许输入的电压值，所以使用电阻R30和电阻R31对其分压后交给微处理器U4的AD0端口进行检测。

图9为图3测控分机中的通信及状态指示模块的电路原理图；本模块包含无线通信电路、RS485通信电路和蜂鸣器电路。

无线通信电路是一个独立的并且具有自组网功能的无线通信模块，通过USART接口和分机系统中的微处理器U4连接(图中的P7连接器)。无线通信电路主要负责网络的建立、连接和维护，并将从空中接收的数据传给微处理器U4，从微处理器U4接收到的数据发送到空中去，实现本测控分机系统和测控主机的数据透传功能。

RS485通信电路由RS-485通信芯片U5、电容C19、电阻R6、保护器T5和电阻R9组成。RS-485通信芯片U5支持32个结点。电阻R9和电阻R6分别为上、下拉电阻，保护器T5为ESD保护器件，防止通信总线上传导来的静电对RS-485通信芯片U5造成损坏。

图10为图3测控分机中的集成接线端子的电路原理图，接口P2为太阳能电池板接线端口，SDC+和SDC-端口连接至U_Power模块，为锂电池充电以及为分机系统供电。

接口P4为仓内温湿度传感器以及终端扩展设备的通信及电源连接端口。PSW+和PSW-端口为锂电池供电开关，通过外部的人工接线将这两个端口短路来打开系统电源，使分机系统进入正常工作状态。

接口P5为8个粮温检测传感器通道和传感器供电电源端；VDD端口和GND端口为供电端口，连接到U_Ctrl Power模块，供电情况受微处理器U4控制，只在需要供电时才会给相应终端传感器供电，其它时间不会供电，以达到节能目的。

图中器件T6为双向TVS管，保护分机系统电源不受外界干扰。

本发明还提供了在本网络化智能仓储状况检测控制系统中测控分机的数据处理方法，其流程如图11所示，具体包括如下步骤：

1)、测控分机数据处理模块判断是否接收到测控主机发送来的命令，若是进入步骤2)，否则继续判断；

2)、测控分机数据处理模块对接收到的测控主机发送来的命令进行解析，之后进入步骤3)；

3)、测控分机数据处理模块判断是否需要控制终端设备或仪表电源控制模块对相应终端设备或仪表以及终端数据采集接口模块进行供电，若是，进入步骤4)，若否，进入步骤7)；

4)、测控分机数据处理模块控制其VDDEN端口使能，使终端设备或仪表电源控制模块对相应终端设备或仪表以及终端数据采集接口模块进行供电，之后进入步骤5)；

5)、测控分机数据处理模块的数据采集端接收终端数据采集接口模块数据输出端输出的采集数据，数据采集结束后，进入步骤6)；

6)、测控分机数据处理模块控制其VDDEN端口禁能，使终端设备或仪表电源控制模块对相应终端设备或仪表以及终端数据采集接口模块断电，之后，进入步骤8)；

7)、测控分机数据处理模块对需要发给测控主机的数据进行处理；之后，进入步骤8)；

8)、测控分机数据处理模块将需要发给测控主机的数据通过通信及状态指示模块发送给测控主机。

单台测控分机可以同时采集多个仓储空间的终端数据。

测控分机与测控主机的通信采用自定义的协议格式及加密算法，并通过误码校验和重发机制，保证了数据通信的保密性、准确性和可靠性。误码校验采用多项式为X8+X5+X4+1的CRC校验方式，重发机制原理是在误码校验环节出现校验失败时将失败信息返回给对方(测控主机或测控分机)，对方将重新发送命令，或发送命令后对方在规定时间内无响应时将重新发送命令。

现场测控分机具有故障自诊断功能，当终端仪表故障时，可由测控主机远程启动自诊断程序，对终端仪表故障进行检测，并将结果回传。

无线自组网：现场测控分机集成有基于自组网功能的无线通信模块，利用该模块，测控分机可以扮演通信热点功能，通过星型或线型等通信路径自组网方式，达到通信中继及通信路径优化的目的，使得通信距离的延长不再需要独立的中继器，同时在一台测控分机设备出现故障时，通过自组网的自愈功能，通信线路会自动绕过故障分机设备，这样就大大提高了通信的可靠性及稳定性。无线通信模块的最大发射功率为：0.1W待机电流不超过：10uA点与点通信距离为300～400米。

现场管控计算机：作为服务器，运行的软件具有现场数据的采集与记录，历史数据归纳与趋势显示、报表统计、报警信息显示、现场自动化控制参数设定与管理等功能，可通过Email、短信等形式向现场管理人员提供现场信息，并通过SQL数据库提供标准数据连接接口；远程计算机作为客户端，其可通过SQL数据库接口读取现场管控计算机数据，也可通过WEB浏览器或商业化远程终端软件，如QQ、TeamViewer对现场管控计算机进行远程设备维护和管理。

现场管控计算机可配备UPS不间断电源(大容量蓄电池+逆变器)，测控主机可多台同时工作，冗余主机设计(双主机，一台出现故障时另一台立即进入正常工作状态)保证本发明网络化智能仓储状况检测控制系统在突然断电或设备出现故障时，依旧能够正常运行。

本发明技术方案，所述网络化按照信息层、现场管理层、现场控制层组成网络架构,最大限度压缩网络层级，使网络架构扁平化，标准化及可扩展化；所述测控主机、测控分机通过无线星型自组网模式进行路径最优化通信连接；大幅提高无线通信距离及抗干涉能力；所述测控分机采用智能化电源管理系统。

所述远程计算机与现场管控计算机通过基于TCP/IP网络协议的网络连接，二者之间为C/S架构。

现场测控主机集成有ETHERNET、USB连接口或通过WIFI与现场计算机通讯连接，同时测控主机集成有基于自组网功能的无线通信模块，利用该模块与测控分机实现无线数据通信。

测控分机可根据现场实际需要制作成具备不同功能的设备，包括但不限于温湿度采集分站设备、通风控制分站设备、、称重分站设备、气象站分站设备等，它们通过无线与现场测控主站进行数据连接和控制。

现场测控分机集成有基于自组网功能的无线通信模块，利用该无线通信模块，测控分机可以扮演通信热点功能，通过星型或线型等通信路径自组网方式，达到通信中继及通信路径优化的目的，使得通信距离的延长不再需要中继器，同时在一台分站设备故障时，通过自组网通信路径，大大提高了通信的可靠性及稳定性。

智能化电源管理系统：220v电源+有机玻璃太阳能板+电池的组合方案，根据电源、天气等情况依旧环保原则进行智能切换，转换效率高、功耗低，减少了电池充电次数，避免了电池过充问题，大幅延长电池使用寿命。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种网络化智能仓储状况检测控制系统，其特征在于：包括网络信息层、现场管理层、现场控制层，自上而下分为三层标准工业网络；

信息层包括至少一台远程计算机；

现场管理层包括至少一台现场管控计算机以及至少一台现场测控主机；

现场控制层包括至少一台测控分机以及与所述测控分机通讯连接的终端设备或仪表；

所述远程计算机通过基于TCP/IP网络协议的网络与现场管控计算机通讯连接;

所述现场管控计算机通过USB或WIFI或网络接口与所述现场测控主机通过有线或无线通信方式通讯连接；

所述现场测控主机通过有线或无线通信方式与单台或多台测控分机通讯连接；

所述测控分机设备与所述终端设备或仪表通过总线数据连接或无线方式通讯连接；

所述的测控分机包括数据处理模块、智能供电模块、终端设备或仪表电源控制模块、终端数据采集接口模块、电源电压检测模块、通信及状态指示模块，其中，智能供电模块的电源输出端连接数据处理模块、终端设备或仪表电源控制模块、终端数据采集接口模块、通信及状态指示模块的供电输入端以及电源电压检测模块的电压检测输入端，数据处理模块的终端设备或仪表电源控制输出端连接终端设备或仪表电源控制模块的控制信号输入端，数据处理模块的数据采集端连接终端数据采集接口模块的数据输出端，数据采集接口模块的数据输入端各接口用于连接各终端设备或仪表的数据输出端，数据处理模块的主机通信端及状态信号输出端分别连接通信及状态指示模块的主机通信端、状态信号输入端；

所述的智能供电模块包括太阳能至锂电池充电管理电路、电源自动切换电路及电源转换电路，所述的太阳能至锂电池充电管理电路包括太阳能电池板、放电管、第一二极管、太阳能至锂电池充电管理器、锂电池，太阳能电池板的供电输出端正、负极分别连接放电管的两端，太阳能电池板的供电输出端正极通过第一二极管连接太阳能至锂电池充电管理器的供电输入端，太阳能至锂电池充电管理器的供电输出端连接锂电池正极；太阳能电池板的供电输出端正极还连接电源电压检测模块的太阳能电池板供电电压检测端，太阳能至锂电池充电管理器的正在充电状态信号输出端、充满电状态信号输出端分别连接数据处理模块的正在充电状态信号输入端、充满电状态信号输入端；所述的电源自动切换电路包括第一PNP型三极管、第三NPN型三极管、第六P型MOS管、第四电阻、第十电阻、第三稳压管、第六电容，其中，第一PNP型三极管的发射极连接太阳能至锂电池充电管理器的供电输入端，第一PNP型三极管的集电极一路连接第三NPN型三极管的基极，第一PNP型三极管的集电极另一路连接第六P型MOS管的栅极，第三NPN型三极管的集电极连接第一PNP型三极管的发射极，第三NPN型三极管的发射极连接电源转换电路的输入端，第六P型MOS管的漏极一路通过第六电容接地，第六P型MOS管的漏极另一路用于提供锂电池供电输出的负极，第六P型MOS管的源极连接电源转换电路的输入端，第一PNP型三极管的基极通过第四电阻连接第三稳压管的负极，第三稳压管的正极接地，第一PNP型三极管的集电极还通过第十电阻接地；电源转换电路包括稳压器、第二滤波电容、第七滤波电容，稳压器的输入端连接第六P型MOS管的源极，稳压器的输入端还通过第二滤波电容接地，稳压器的输出端连接数据处理模块、通信及状态指示模块的电源输入端；

所述的终端设备或仪表电源控制模块包括第一自恢复保险丝、第五P型MOS管、第八电阻、第四NPN型三极管、第五电阻、第三滤波电容、第四TVS管，第一自恢复保险丝的输入端连接锂电池的负极，第一自恢复保险丝的输出端连接第五P型MOS管的源极，第五P型MOS管的栅极通过第八电阻连接第一自恢复保险丝的输出端，第五P型MOS管的漏极用于连接终端设备或仪表的电源输入端以及终端数据采集接口模块、电源电压检测模块的电源输入端，第五P型MOS管的漏极还通过第三滤波电容接地，第五P型MOS管的漏极还连接第四TVS管的负极，第四TVS管的正极接地；第五P型MOS管的栅极还连接第四NPN型三极管的集电极，第四NPN型三极管的基极通过第五电阻连接数据处理模块的终端设备或仪表电源控制输出端，第四NPN型三极管的发射极接地。

2.如权利要求1所述的网络化智能仓储状况检测控制系统，其特征在于：所述测控分机包含有基于自组网功能的无线通讯模块,所述现场测控主机包含有基于自组网功能的无线通讯模块,所述测控分机的无线通讯模块与所述现场测控主机的无线通讯模块对应通讯。

3.如权利要求2所述的网络化智能仓储状况检测控制系统，其特征在于：包含至少一台测控分机，各测控分机的无线通讯模块构成自组网对应通讯。

4.如权利要求1所述的网络化智能仓储状况检测控制系统，其特征在于：所述的终端数据采集接口模块包括一路及一路以上终端数据采集接口电路，所述的终端数据采集接口电路包括第一电阻、第二电阻、第二P型MOS管、电路保护器，终端数据采集接口电路的电源输入端连接所述的终端设备或仪表电源控制模块中第五P型MOS管的漏极，终端数据采集接口电路的电源输入端连接第二P型MOS管的漏极，第二P型MOS管的栅极连接微处理器的控制信号输入端，第二P型MOS管的源极连接微处理器的控制信号输出端，第二P型MOS管的栅极与漏极之间连接第一电阻，第二P型MOS管的源极与漏极之间连接第二电阻，第二P型MOS管的源极还通过电路保护器接地。

5.如权利要求4所述的网络化智能仓储状况检测控制系统，其特征在于：所述的终端设备或仪表包括测温电缆、温湿度传感器、窗户启闭自动控制机构、通风口启闭自动控制机构、风机自动控制机构、空调自动控制机构、摄像控制机构。

6.如权利要求5所述的网络化智能仓储状况检测控制系统，其特征在于：所述的测控分机包括气象采集测控分机、仓内温湿度采集测控分机、通风控制测控分机、称重测控分机、视频监控测控分机。

7.一种网络化智能仓储状况检测控制系统中测控分机的数据处理方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）、测控分机数据处理模块判断是否接收到测控主机发送来的命令，若是进入步骤2），否则继续判断；

2）、测控分机数据处理模块对接收到的测控主机发送来的命令进行解析，之后进入步骤3）；

3）、测控分机数据处理模块判断是否需要控制终端设备或仪表电源控制模块对相应终端设备或仪表以及终端数据采集接口模块进行供电，若是，进入步骤4），若否，进入步骤7）；

4）、测控分机数据处理模块控制其VDDEN端口使能，使终端设备或仪表电源控制模块对相应终端设备或仪表以及终端数据采集接口模块进行供电，之后进入步骤5）；

5）、测控分机数据处理模块的数据采集端接收终端数据采集接口模块数据输出端输出的采集数据，数据采集结束后，进入步骤6）；

6）、测控分机数据处理模块控制其VDDEN端口禁能，使终端设备或仪表电源控制模块对相应终端设备或仪表以及终端数据采集接口模块断电，之后，进入步骤8）；

7）、测控分机数据处理模块对需要发给测控主机的数据进行处理；之后，进入步骤8）；

8）、测控分机数据处理模块将需要发给测控主机的数据通过通信及状态指示模块发送给测控主机。