CN106710189A - 监测数据采集传输装置 - Google Patents

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程晓亮
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    • G08C17/00Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link
    • G08C17/02Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link using a radio link

Abstract

本发明公开了一种监测数据采集传输装置,包括:数据采集单元、控制单元及无线传输单元。其中,数据采集单元用于采集监测数据,并将其发送到控制单元。控制单元用于按照自定义协议对监测数据编码,并控制无线传输单元将编码后的监测数据主动上传到上位机。本发明提供的监测数据采集传输装置采用无线方式将监测数据主动传输到上位机,由此解决了传统传输方式布线复杂、成本较高、通信可靠性低且易于中断的缺点。同时本装置采用用户自定义的协议灵活地对监测数据进行编码,上位机不必依赖仪表厂家提供协议即可准确得到监测数据。

Description

监测数据采集传输装置
技术领域
本发明涉及电力技术领域,尤其涉及一种监测数据采集传输装置。
背景技术
目前,针对工业设备运行状态的监测数据一般通过有线方式传输,系统布线错综复杂,现场施工量大,需耗费大量人力物力。数据传输多采用问答式通信方式,由主站依次向各个子站发送指令,指定子站传送某些数据,只有被问询的子站才会作出响应。这种通信方式对主站的配置要求极高且通信效率较低,某一子站传输数据必须要等待排列在前的子站传输之后才能进行。实际应用中,如果某一子站发生故障未作出响应,容易导致通信中断甚至瘫痪,系统可靠性较低。同时,问答式通信需要服务器处理巨大的数据量,容易引起服务器崩溃。另外,监测数据多采用工业设备通信协议,如Modbus-rtu协议等,数据的解码处理完全依赖于仪表厂家提供的具体协议内容,若厂家不愿提供,主机则无法获知监测数据,由此大大限制了系统通用性。
综上,亟需一种摆脱有线传输方式、能够不需主机问询主动上传数据而且通用性强的监测数据采集传输装置,来解决上述问题。
发明内容
本发明提供一种监测数据采集传输装置,其采用无线方式将监测数据主动传输到上位机,由此解决了传统传输方式布线复杂、成本较高、通信可靠性低且易于中断的缺点。同时本装置采用用户自定义的协议灵活地对监测数据进行编码,上位机不必依赖仪表厂家提供协议即可准确得到监测数据。
本发明提供一种监测数据采集传输装置,包括:数据采集单元、控制单元及无线传输单元;其中,
数据采集单元用于采集监测数据,并将其发送到控制单元;
控制单元用于按照自定义协议对监测数据编码,并控制无线传输单元将编码后的监测数据主动上传到上位机。
优选地,所述将编码后的监测数据主动上传到上位机具体为:
控制单元对监测数据进行编码后,不需上位机的询问,即控制无线传输单元将编码后的监测数据上传到上位机。
优选地,数据采集单元周期性采集监测数据;无线传输单元周期性上传编码后的监测数据;以及无线传输单元还用于将上位机发出的采集周期设置指令、上传周期设置指令发送到控制单元。
优选地,控制单元还用于根据所述采集周期设置指令设置数据采集单元采集监测数据的周期,根据上传周期设置指令设置无线传输单元上传数据的周期。
优选地,无线传输单元还用于将上位机发送的监测数据门限范围发送到控制单元;以及控制单元还用于在对监测数据编码之前,判断监测数据是否处于其门限范围;若否,生成基于该监测数据的告警信号通过无线传输单元即时发送到上位机。
优选地,数据采集单元包括RS-485芯片,并通过RS-485总线采集监测数据。
优选地,控制单元具体为ARM控制器,其I/O端口与RS-485芯片的单端信号端口连接。
优选地,无线传输单元包括:ZIGBEE通信模块、射频前端模块及天线;其中,
ZIGBEE通信模块的数字I/O端口与ARM控制器的I/O端口连接,用于接收编码后的监测数据,并将其转换为ZIGBEE信号发送到射频前端模块;
射频前端模块的收发端口与ZIGBEE通信模块的射频I/O端口连接,用于对ZIGBEE信号进行放大、滤波后,通过天线发射。
优选地,所述自定义协议的帧格式包括:帧头、地址码、数据码、校验码、帧尾;其中,数据码是由监测数据按照预设顺序排列生成。
优选地,所述地址码具体为ZIGBEE通信模块的MAC地址。
由以上技术方案可知,本发明采用无线方式将监测数据主动传输到上位机,由此解决了传统传输方式布线复杂、成本较高、通信可靠性低且易于中断的缺点。同时本装置采用兼容各种工业通用协议的自定义协议灵活地对监测数据进行编码,并将数据分析为用户所需的数据,上位机不必依赖仪表厂家提供的协议即可准确得到监测数据。本发明提供的监测数据采集传输装置安装方便、可靠性强、功耗较小,适于在工程应用中大面积推广。
附图说明
图1是本发明实施例的监测数据采集传输装置结构示意图;
图2是本发明实施例的自定义协议帧格式示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下参照附图并举出优选实施例,对本发明进一步详细说明。然而,需要说明的是,说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解,即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。
本发明的发明人考虑到传统的针对工业设备运行状态的监测数据一般通过有线方式传输,系统布线错综复杂,现场施工量大,需耗费大量人力物力。数据传输多采用问答式通信方式,由主站依次向各个子站发送指令,指定子站传送某些数据,只有被问询的子站才会作出响应。这种通信方式对主站的配置要求极高且通信效率较低,某一子站传输数据必须要等待排列在前的子站传输之后才能进行。实际应用中,如果某一子站发生故障未作出响应,容易导致通信中断甚至瘫痪,系统可靠性较低。同时,问答式通信需要服务器处理巨大的数据量,容易引起服务器崩溃。另外,监测数据多采用工业设备通信协议,如Modbus-rtu协议等,数据的解码处理完全依赖于仪表厂家提供的具体协议内容,若厂家不愿提供,主机则无法获知监测数据,由此大大限制了系统通用性。
基于上述考虑,本发明的发明人对现有技术进行如下改进:
(1)通过控制单元对仪表采集的监测数据按照自定义协议进行编码,分析计算成用户所需的数据。这样,上位机可以轻易获得准确的监测数据,不必受制于仪表厂家。同时,自定义协议兼容各种工业通用协议,本装置能够嵌入各类工业设备,具有良好的通用性。
(2)针对传统的仪表与上位机之间监测数据的直接传输或透明传输,在通信链路中增加控制单元,在实现自定义编码的同时,改变了数据传输方式,由原有的问答式通信变为主动上传,大大提高了数据传输效率,避免了通信中断的发生。同时,上述改进使上位机不必具有超高配置,也不必频繁地发出问询,只需接收数据即可,由此优化了通信结构,提高了系统可靠性与稳定性。
(3)将传统的有线传输变为无线传输,解决了有线传输布线复杂、施工工程量巨大、成本较高的缺点,并且安装简便、功耗较小、易于在工程应用中大面积推广。
图1示出了本发明的监测数据采集传输装置示意图,如图1所示,监测数据采集传输装置包括:数据采集单元1、控制单元2、无线传输单元3。
在实际应用中,监测数据由各类专用仪表测量生成,本发明即对此监测数据进行采集及传输。上述监测数据可以是对各种工业设备进行监测而得到的数据,如水位、雨量、浓度等。在电力技术领域,监测数据可以是三相电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、电网频率、有供电能、无功电能等测量量,也可以是掉闸信号等开关量。
数据采集单元1用于采集监测数据,并将采集的监测数据发送到控制单元2。在本发明优选实施例中,数据采集单元1是基于RS-485芯片搭建的电路,通过RS-485总线采集数据。RS-485总线是电力技术领域常用的通信方式,具有抗干扰、通信距离远等优点。上述数据采集单元1也通过RS-232总线、并行总线等,设置相应电路来实现,本发明对此不作限制。
控制单元2用于按照自定义协议对监测数据编码,并控制无线传输单元3将编码后的监测数据上传到上位机4。
实际应用中,控制单元2可以是ARM控制器。与RS-485芯片连接时,ARM控制器的I/O端口与RS-485芯片的单端信号端口连接,从而从RS-485芯片中获取监测数据。另外,控制单元2还用于控制数据采集单元1的通信状态。可以理解的是,控制单元2也可以是CPU、DSP等具有类似功能的装置,本发明对此不作限制。
自定义协议由用户根据应用环境确定,并与现有的工业通用协议如MODBUS等兼容。这样不仅能使监测数据采集传输装置具有极强的通用性,可以嵌入各种工业设备正常工作,更为重要的是,现有设备中数据协议由仪表厂商制定,上位机要想获取真实数据,必须借助厂商提供的具体协议内容。本发明的数据协议由用户制定,上位机可以轻易地得到准确的监测数据,而不必受制于仪表厂商,由此摆脱了对各大厂商的依赖,这对于电力领域数据采集传输技术的发展具有重要意义。
图2示出了自定义协议的帧格式,参见图2,自定义协议的帧格式包括以下部分:帧头、地址码、数据码、校验码、帧尾。其中,地址码用于标识发送数据的采集传输装置,一般可以采用装置中无线传输单元3的MAC地址。譬如,通过ZIGBEE进行传输时,地址码为ZIGBEE设备的MAC地址。数据码是由监测数据按照预设顺序排列生成。譬如,多个数据从前到后按照电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数的顺序排列,上位机以上述顺序对数据进行解码即可得到准确的监测数据。
需要说明的是,控制单元2还具有另一个作用:在对监测数据进行编码之后,控制单元2可以主动上传监测数据,整个通信过程并不需要上位机4的询问,由此彻底改变了传统的问答式通信方式,极大提高了通信速率,避免了通信中断,减轻了上位机负担,优化了网络结构,大大提升了采集传输装置的通信效率及可靠性。
在本发明优选实施例中,数据采集单元1周期性地采集监测数据,而控制单元2可以根据上位机4发出的采集周期设置指令,设置数据采集单元1采集监测数据的周期。
较佳地,控制单元2接收并存储上位机4发送的监测数据门限范围信息,并在对监测数据编码之前,判断监测数据是否处于其门限范围。如果监测数据在门限范围之内,则对其编码;否则,生成相应的告警信号发送到上位机4。
实际应用中,上述告警信息是控制单元2优先发送的,即如果同时存在监测数据与告警信号,则优先向上位机4发送告警信号,以尽快传达可能的故障信息,确保系统安全。
无线传输单元3用于将数据无线发射到上位机4,其通信状态受控制单元2的控制。无线传输单元3还用于将上位机4发出的各种指令或信息,如周期设置指令、监测数据门限范围信息等,发送到控制单元2。
在本发明优选实施例中,无线传输单元3周期性地发送上述数据,而控制单元2可以根据上位机4发出的上传周期设置指令,设置无线传输单元3上传数据的周期。
实际应用中,无线传输单元3可以是各种有效的无线通信设备,如WIFI、BLUETOOTH、ZIGBEE等。本发明优选ZIGBEE通信方式。在本发明优选实施例中,无线传输单元3包括:ZIGBEE通信模块31、射频前端模块32及天线33。
具体而言,ZIGBEE通信模块31是指ZIGBEE芯片,如TI的CC2530,其数字I/O端口与ARM控制器的I/O端口连接,用于接收编码后的监测数据,并将其转换为ZIGBEE信号发送到射频前端模块32。
射频前端模块32是指适用于上述无线设备的射频前端处理模块,如适用于ZIGBEE的RFAXIS2401C芯片,其收发端口与ZIGBEE通信模块的射频I/O端口连接,用于对ZIGBEE信号进行功率放大、低噪声放大、滤波后,通过天线33发射。
上位机4可以是服务器及与之相连的客户端,其布置有与无线传输单元3对应的无线通信模块,如ZIGBEE模块,以接收数据,并对数据进行解码以获得具体的监测数据。上位机4还对采集传输装置进行监控,并通过发送各种指令对采集传输装置进行控制。
实际应用中,采用ZIGBEE通信时,由于处于拥挤的ISM2.4G频段,易受到周围的WIFI、BLUETOOTH等信号干扰,导致丢包率剧增。为解决以上问题,本发明提出如下方法:
首先,在监测数据采集传输装置工作前,利用信号评估单元对ZIGBEE的11、15、20、26信道进行信号质量检测。具体地,针对监测数据采集传输装置的无线传输单元,信号评估单元分别对ZIGBEE11、15、20、26信道进行发射与接收测试,利用下列公式计算上述信道中每一的信道质量指标CQI:
其中,S/N为信噪比,P为测试信号电平,CI为信道隔离度,f0为信道中心频率,l、m、n为权值系数,需根据应用环境确定。
上述过程中,之所以选择11、15、20、26信道作为评估信道,是因为四者与WIFI、BLUETOOTH的常用信道重叠部分最少。从这四信道中进行评估,可大大提高信道评估效率,而不会对信道检测结果造成较大影响。
同时,上述步骤中仅通过信号源、频谱仪对信噪比、信号电平、隔离度进行测量即可快速确定信道质量,大大降低了传统的CQI检测的复杂性,适于工程应用的需求。
之后,信号评估单元将上述四信道根据CQI由大到小的顺序依次标记为第一信道、第二信道、第三信号、第四信道。将上述信道标记信息发送到控制单元。
工作中,控制单元控制无线传输单元首先工作在第一信道。控制单元同时根据上位机的反馈检测丢包率,若丢包率大于预设阈值,如10%,则控制无线传输单元在第二信道进行通信。当检测到第一、二信道丢包率均大于预设阈值,则控制无线传输单元工作在第三信道。当检测到第一、二、三信道丢包率均大于预设阈值,则控制无线传输单元工作在第四信道。当控制单元检测到第一、二、三、四信道丢包率均大于预设阈值,则向上位机报警。信号评估单元重新进行信道评估。
这样,本发明通过上述信道评估与信道切换的方法,大大避免了2.4G频段其它通信信号的干扰,有力保证了采集数据的准确性。
本发明提供的监测数据采集传输装置采用无线方式将监测数据主动传输到上位机,由此解决了传统传输方式布线复杂、成本较高、通信可靠性低且易于中断的缺点。同时本装置采用兼容各种工业通用协议的自定义协议灵活地对监测数据进行编码,并将数据分析为用户所需的数据,上位机不必依赖仪表厂家提供的协议即可准确得到监测数据。本发明提供的监测数据采集传输装置安装方便、可靠性强、功耗较小,适于在工程应用中大面积推广。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成,该程序可以存储于一计算机可读取存储介质中,如:ROM/RAM、磁碟、光盘等。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以作出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种监测数据采集传输装置,其特征在于,包括:数据采集单元、控制单元及无线传输单元;其中,
数据采集单元用于采集监测数据,并将其发送到控制单元;
控制单元用于按照自定义协议对监测数据编码,并控制无线传输单元将编码后的监测数据主动上传到上位机。
2.如权利要求1所述的装置,所述将编码后的监测数据主动上传到上位机具体为:
控制单元对监测数据进行编码后,不需上位机的询问,即控制无线传输单元将编码后的监测数据上传到上位机。
3.如权利要求2所述的装置,数据采集单元周期性采集监测数据;无线传输单元周期性上传编码后的监测数据;以及
无线传输单元还用于将上位机发出的采集周期设置指令、上传周期设置指令发送到控制单元。
4.如权利要求3所述的装置,控制单元还用于根据所述采集周期设置指令设置数据采集单元采集监测数据的周期,根据上传周期设置指令设置无线传输单元上传数据的周期。
5.如权利要求4所述的装置,无线传输单元还用于将上位机发送的监测数据门限范围发送到控制单元;以及
控制单元还用于在对监测数据编码之前,判断监测数据是否处于其门限范围;若否,生成基于该监测数据的告警信号通过无线传输单元即时发送到上位机。
6.如权利要求5所述的装置,数据采集单元包括RS-485芯片,并通过RS-485总线采集监测数据。
7.如权利要求6所述的装置,控制单元具体为ARM控制器,其I/O端口与RS-485芯片的单端信号端口连接。
8.如权利要求7所述的装置,无线传输单元包括:ZIGBEE通信模块、射频前端模块及天线;其中,
ZIGBEE通信模块的数字I/O端口与ARM控制器的I/O端口连接,用于接收编码后的监测数据,并将其转换为ZIGBEE信号发送到射频前端模块;
射频前端模块的收发端口与ZIGBEE通信模块的射频I/O端口连接,用于对ZIGBEE信号进行放大、滤波后,通过天线发射。
9.如权利要求1-8任一所述的装置,所述自定义协议的帧格式包括:帧头、地址码、数据码、校验码、帧尾;其中,数据码是由监测数据按照预设顺序排列生成。
10.如权利要求9所述的装置,所述地址码具体为ZIGBEE通信模块的MAC地址。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107894734A (zh) * 2017-12-25 2018-04-10 重庆多邦科技股份有限公司 一种大坝安全监测数据采集仪及大坝数据监测方法
CN112737117A (zh) * 2020-12-25 2021-04-30 前进电子(苏州)有限公司 一种用于电源分配单元的监测方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101951696A (zh) * 2010-08-31 2011-01-19 中国农业大学 农田无线传感器网络及其数据采集方法
CN201877892U (zh) * 2010-12-14 2011-06-22 浙江省电力公司 配变箱数据传输装置
CN102455225A (zh) * 2010-10-20 2012-05-16 姚戈 无线热电阻温度仪表
CN103675225A (zh) * 2013-12-02 2014-03-26 华东理工大学 便携式水质检测仪及其水质检测方法
CN104568011A (zh) * 2015-01-16 2015-04-29 同济大学 一种用于大型滑坡多传感器集成数据采集的装置
CN105208016A (zh) * 2015-09-07 2015-12-30 山东大学 农业物联网多种数据传输及处理的方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101951696A (zh) * 2010-08-31 2011-01-19 中国农业大学 农田无线传感器网络及其数据采集方法
CN102455225A (zh) * 2010-10-20 2012-05-16 姚戈 无线热电阻温度仪表
CN201877892U (zh) * 2010-12-14 2011-06-22 浙江省电力公司 配变箱数据传输装置
CN103675225A (zh) * 2013-12-02 2014-03-26 华东理工大学 便携式水质检测仪及其水质检测方法
CN104568011A (zh) * 2015-01-16 2015-04-29 同济大学 一种用于大型滑坡多传感器集成数据采集的装置
CN105208016A (zh) * 2015-09-07 2015-12-30 山东大学 农业物联网多种数据传输及处理的方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107894734A (zh) * 2017-12-25 2018-04-10 重庆多邦科技股份有限公司 一种大坝安全监测数据采集仪及大坝数据监测方法
CN112737117A (zh) * 2020-12-25 2021-04-30 前进电子(苏州)有限公司 一种用于电源分配单元的监测方法

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