CN109087496A - 船用无线采集装置 - Google Patents

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曹征宇
顾洪彬
蒯晶晶
马莉
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Abstract

本发明公开了一种船用无线采集装置，船用无线采集装置包括传感器模块、监控模块、第一无线通信模块、模数转换模块、第二无线通信模块、数据模块、显示模块和报警模块；传感器模块与模数转换模块有线通信连接，传感器模块通过第一无线通信模块与模数转换模块无线通信连接，监控模块分别与传感器模块和模数转换模块电连接，模数转换模块通过第二无线通信模块与数据模块无线通信连接，数据模块分别与显示模块和报警模块电连接。本发明实现了连接的冗余设计，提高了船用无线采集装置的性能，克服了现有技术中船用设备间的通讯连接采用硬连接线或网络线的方式，造成维修更换线路的工作量大和难度大的缺陷，使得维修难度降低。

Description

船用无线采集装置
技术领域
本发明涉及通讯领域，尤其涉及一种船用无线采集装置。
背景技术
当前船舶内安装的一些重要设备，例如主机、辅机、锅炉等，它们的数据采集和监控主要是利用传感器采集到模拟信号，然后通过硬线将模拟信号送到机旁的数据箱或集控室内，个别厂家在机旁数据箱内采用模数转换(数字采集卡)，然后统一将转换后的数字信号送至集控台。现有技术均采用硬连接线或网络线，虽简单易行，但无冗余考量、维修更换线路的工作量和难度较大。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中船用设备间的通讯连接采用硬连接线或网络线的方式，造成维修更换线路的工作量大和难度大以及无冗余考量的缺陷，提供一种船用无线采集装置。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
一种船用无线采集装置，所述船用无线采集装置包括传感器模块、监控模块、第一无线通信模块、模数转换模块、第二无线通信模块、数据模块、显示模块和报警模块；
所述传感器模块与所述模数转换模块有线通信连接，所述传感器模块通过所述第一无线通信模块与所述模数转换模块无线通信连接，所述监控模块分别与所述传感器模块和所述模数转换模块电连接，所述模数转换模块通过所述第二无线通信模块与所述数据模块无线通信连接，所述数据模块分别与所述显示模块和所述报警模块电连接；
所述监控模块用于监控所述有线通信连接是否正常，若正常，则所述传感器模块用于采集信息得到模拟信号并发送所述模拟信号至所述模数转换模块，若异常，则所述传感器模块用于发送所述模拟信号至所述第一无线通信模块，所述第一无线通信模块发送所述模拟信号至所述模数转换模块，所述模数转换模块用于接收并转换所述模拟信号至对应的数字信号，并发送所述数字信号至所述第二无线通信模块，所述第二无线通信模块用于接收所述数字信号并发送所述数字信号至所述数据模块，所述数据模块用于接收所述数字信号并生成提示数据，还用于发送所述提示数据至所述显示模块，所述显示模块用于显示所述提示数据，所述数据模块还用于根据所述数字信号生成报警信息并发送所述报警信息至所述报警模块，所述报警模块用于对所述报警信息进行报警提示。
较佳地，所述传感器模块包括温度传感器、压力传感器、速度传感器、光敏传感器、振动传感器中的至少一种。
较佳地，所述第一无线通信模块和所述第二无线通信模块的协议为蓝牙、Wi-Fi(无线宽带，一种无线通信协议)、UWB(超宽带，一种无线通信协议)、ZigBee(紫蜂，一种无线通信协议)中的一种。
较佳地，所述报警模块包括声光报警单元。
本发明的积极进步效果在于：
本发明通过在传感器模块与模数转换模块之间分别设置有线通信连接和无线通信连接，并利用监控模块监控有线通信连接是否正常，若正常，则传感器模块将采集得到的模拟信号发送至模数转换模块，若异常，则传感器模块通过第一无线通信模块将模拟信号发送至模数转换模块，实现了连接的冗余设计，可使得在有线通信连接发生故障时，传感器模块与模数转换模块之间继续采用无线通信连接进行模拟信号的传输，而不影响传感器模块与模数转换模块之间的数据传输功能，从而提高了船用无线采集装置的性能，而且模数转换模块通过第二无线通信模块与数据模块无线通信连接，克服了现有技术中船用设备间的通讯连接采用硬连接线或网络线的方式，造成维修更换线路的工作量大和难度大的缺陷，免除了维修更换线路的工作量，使得维修难度降低。
附图说明
图1为本发明实施例1的船用无线采集装置的模块示意图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
本实施例提供一种船用无线采集装置，如图1所示，船用无线采集装置包括传感器模块1、监控模块2、第一无线通信模块3、模数转换模块4、第二无线通信模块5、数据模块6、显示模块7和报警模块8。
传感器模块1与模数转换模块4有线通信连接，传感器模块1通过第一无线通信模块3与模数转换模块4无线通信连接，监控模块2分别与传感器模块1和模数转换模块4电连接，模数转换模块4通过第二无线通信模块5与数据模块6无线通信连接，数据模块6分别与显示模块7和报警模块8电连接。本实施例中的传感器模块1包括温度传感器、压力传感器、速度传感器、光敏传感器、振动传感器中的至少一种，在实际应用中，也可以选用其他常用的传感器，在此只作示例，不作限定。
监控模块2用于监控有线通信连接是否正常，若正常，则传感器模块1用于采集信息得到模拟信号并发送模拟信号至模数转换模块4，若异常，则传感器模块1用于发送模拟信号至第一无线通信模块3，第一无线通信模块3发送模拟信号至模数转换模块4，模数转换模块4用于接收并转换模拟信号至对应的数字信号，并发送数字信号至第二无线通信模块5，第二无线通信模块5用于接收数字信号并发送数字信号至数据模块6，数据模块6用于接收数字信号并生成提示数据，还用于发送提示数据至显示模块7，显示模块7用于显示提示数据，数据模块6还用于根据数字信号生成报警信息并发送报警信息至报警模块8，报警模块8用于对报警信息进行报警提示。本实施例中的报警模块8包括声光报警单元。
第一无线通信模块3和第二无线通信模块5的协议为蓝牙、Wi-Fi、UWB、ZigBee中的一种。本实施中采用ZigBee协议的无线通信模块。
按目前智能船舶的发展趋势，船舶主要设备(主机、发电机、操舵设备、锅炉等等)在保证自我控制能力的基础上共用部分控制权，是一种必然的结果，无论在低级别的智能控制范畴还是高级别的全智能控制领域，各船级社对智能船舶的定义或定性都有了较为宽泛的规范和规则。对于船舶自动化控制方式，接下来必然需要采取大步的升级和创新，而无线监控是一种低成本、易更新改造、易后期维护及有效冗余型的监控方式。
目前采用工业自动化控制模块的无线通讯协议有Wi-Fi、ZigBee、UWB、蓝牙等。ZigBee使用的是2.4GHz波段，跳频控制，速率28kb/s(千位每秒)～250kb/s，254个联网节点，最多支持255个设备，主要用于低传输应用，有效覆盖10-75米；UWB(超宽带)是一种无线载波通信技术，利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，因此其所占的频谱范围很宽。10米范围内支持高达110Mb/s(兆位每秒)的数据传输率，而且不需要压缩数据，可以快速、简单、经济地完成视频数据处理，传输距离不超过40米；Wi-Fi俗称无线宽带，是一种短距离无线传输技术，也能够在较远距离范围内支持互联网接入的无线电信号。其速率最高可达11Mb/s，电波的覆盖范围可达200米左右。其通信过程中没有采用跳线控制，虽然使用了加密协议，但存在被破解的隐患。除以上通讯协议以外，还有蓝牙技术、IrDA(远红外)技术、NFC(近距离无线)技术等等，均可以应用。
本实施例采用现有硬件基础，对船用设备的监测系统进行一次冗余式的，采用无线ZigBee通讯方式的二次开发。ZigBee是指在Home RF Lite(面向家庭网络的通信协议)无线网络的基础上开发出来的802.15.4协议。ZigBee的特点具有：1.低功耗，两支干电池可支持节点工作半年以上，这是Zigbee的突出优势(在传感控制领域)，相比较蓝牙能工作数周、Wi-Fi可工作数小时；2.低速度；3.近距离，一般通信距离在100米，目前增加RF(射频)发射功率后可以扩展到1千米；4.安全保密，采用跳线技术，AES-128(一种加密协议)加密，保证数据传输过程中的安全等级较高；5.高容量，理论上限65535个，实际上用51核的soc(片上系统)能做到200个，在推出ARM(一种嵌入式芯片)+ZigBee的芯片后应该有较大的提高；6.低延时，醒唤时间小于15毫秒，节点连接进入网络只需30毫秒，进一步节省了电能，相比较蓝牙需要3～10秒、Wi-Fi需要3秒；7.短时延，一般的通信延迟在毫秒级；8.免执照，2.4G(一种无线技术)全球ISM(一种频段)波段；9.低成本，硬件方面，目前全球有多家公司供应ZigBee芯片，代表性的有：
以TI(德州仪器)公司为例，其公司开发的Z-Stack(一种协议栈)是ZigBee协议栈，并且经过了ZigBee联盟的认可而为全球众多开发商所广泛采用，并装载在一个基于IAR(一种开发环境)开发环境的工程里，其采用操作系统的思想来构建，采用事件轮循机制，当各层初始化之后，系统进入低功耗模式，当事件发生时，唤醒系统，开始进入中断处理事件，结束后继续进入低功耗模式；如果同时有几个事件发生，判断优先级，逐次处理事件。这种软件构架可以极大地降级系统的功耗。
整个Z-Stack采用分层的软件结构：
硬件抽象层(HAL)提供各种硬件模块的驱动，包括定时器Timer，通用GPIO(通用输入/输出)，通用异步收发传输器UART，模数转换ADC的应用程序接口API，提供各种服务的扩展集。操作系统抽象层OSAL实现了一个易用的操作系统平台，通过时间片轮转函数实现任务调度，提供多任务处理机制。用户可以调用OSAL提供的相关API进行多任务编程，将自己的应用程序作为一个独立的任务来实现。
在调用无线协议的基础上，利用器件本身具有的数据处理能力进行二次开发，即对厂家半开放式的源代码进行修改，以符合传感器的特性要求和匹配，然后通过有效编程对后期的显示或报警控制系统进行整合，以完备最终的体现形式。
本实施例通过在传感器模块1与模数转换模块4之间分别设置有线通信连接和无线通信连接，并利用监控模块2监控有线通信连接是否正常，若正常，则传感器模块1将采集得到的模拟信号发送至模数转换模块4，若异常，则传感器模块1通过第一无线通信模块3将模拟信号发送至模数转换模块4，实现了连接的冗余设计，可使得在有线通信连接发生故障时，传感器模块1与模数转换模块4之间继续采用无线通信连接进行模拟信号的传输，而不影响传感器模块1与模数转换模块4之间的数据传输功能，从而提高了船用无线采集装置的性能，而且模数转换模块4通过第二无线通信模块5与数据模块6无线通信连接，克服了现有技术中船用设备间的通讯连接采用硬连接线或网络线的方式，造成维修更换线路的工作量大和难度大的缺陷，免除了维修更换线路的工作量，使得维修难度降低。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种船用无线采集装置，其特征在于，所述船用无线采集装置包括传感器模块、监控模块、第一无线通信模块、模数转换模块、第二无线通信模块、数据模块、显示模块和报警模块；
所述传感器模块与所述模数转换模块有线通信连接，所述传感器模块通过所述第一无线通信模块与所述模数转换模块无线通信连接，所述监控模块分别与所述传感器模块和所述模数转换模块电连接，所述模数转换模块通过所述第二无线通信模块与所述数据模块无线通信连接，所述数据模块分别与所述显示模块和所述报警模块电连接；
所述监控模块用于监控所述有线通信连接是否正常，若正常，则所述传感器模块用于采集信息得到模拟信号并发送所述模拟信号至所述模数转换模块，若异常，则所述传感器模块用于发送所述模拟信号至所述第一无线通信模块，所述第一无线通信模块发送所述模拟信号至所述模数转换模块，所述模数转换模块用于接收并转换所述模拟信号至对应的数字信号，并发送所述数字信号至所述第二无线通信模块，所述第二无线通信模块用于接收所述数字信号并发送所述数字信号至所述数据模块，所述数据模块用于接收所述数字信号并生成提示数据，还用于发送所述提示数据至所述显示模块，所述显示模块用于显示所述提示数据，所述数据模块还用于根据所述数字信号生成报警信息并发送所述报警信息至所述报警模块，所述报警模块用于对所述报警信息进行报警提示。
2.如权利要求1所述的船用无线采集装置，其特征在于，所述传感器模块包括温度传感器、压力传感器、速度传感器、光敏传感器、振动传感器中的至少一种。
3.如权利要求1所述的船用无线采集装置，其特征在于，所述第一无线通信模块和所述第二无线通信模块的协议为蓝牙、Wi-Fi、UWB、ZigBee中的一种。
4.如权利要求1所述的船用无线采集装置，其特征在于，所述报警模块包括声光报警单元。
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