CN110136416A - 无线采集器、包括该无线采集器的控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及公路隧道照明控制领域，公开了一种无线采集器、包括该无线采集器的控制系统及控制方法，以方便有效地实现对现场设备的状态采集，实施成本低；本发明的无线采集器包括电源模块、控制器、用于与外部主机进行无线通信的LoRa无线模块、用于与现场设备进行数据传输的串口通信模块、开关量输出模块以及用于采集现场设备信息的采集组件；电源模块与控制器相连，控制器分别与LoRa无线模块、串口通信模块、开关量输出模块以及采集组件相连。

Description

无线采集器、包括该无线采集器的控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及公路隧道照明控制领域，尤其涉及一种无线采集器、包括该无线采集器的控制系统及控制方法。

背景技术

随着我国高速公路的快速发展和城镇建设的加快，隧道照明和城镇道路照明迅猛增加，所需传感设备、通风设备等现场设备也逐渐增加。现场设备的状态是隧道照明和城镇道路照明控制系统的重要组成部分，现有传统的隧道照明和城镇道路照明控制系统中，现场设备的状态检测大部分都采用有线方式与上层控制器连接，这种通讯方式需要敷设较多线缆、布线复杂，施工和维护难度大，需要大量人力物力；此外，信号长距离传输，导线内阻较大，传输过程中检测信号容易受到干扰，降低检测的准确性。

近年来，随着物联网技术的发展，已经有许多短距离、低数据速率和低功耗的无线传感器在许多领域广泛应用。然而，对于隧道照明而言，隧道内环境相对恶劣，而且有许多特长隧道。现有功能简单、通讯方式单一的无线传感器所存在的远距离与低功耗矛盾日益凸显，不适用于隧道照明。随着城镇道路的发展，也难以满足城镇道路和企业内部区域智慧照明的要求。

发明内容

本发明目的在于提供一种无线采集器、包括该无线采集器的控制系统及控制方法，本发明至少能解决上述的一个或者多个技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种无线采集器，包括：

电源模块、控制器、用于与外部主机进行无线通信的LoRa无线模块(Long RangeRadio，远距离无线传输模块)、用于与现场设备进行数据传输的串口通信模块、开关量输出模块、以及用于采集现场设备信息的采集组件；

所述电源模块与所述控制器相连，所述控制器分别与所述LoRa无线模块、所述串口通信模块、所述开关量输出模块以及所述采集组件相连。

优选地，所述采集组件包括与现场设备连接的开关量输入状态采集模块，所述开关量输入状态采集模块包括由二极管D2和二极管D3串联组成的限压电路，所述二极管D3的负极与所述二极管D2的正极连接，所述二极管D2的负极与3.3V电源连接，所述二极管D3的正极接地；

所述开关量输入状态采集模块还包括由电阻R11和电容C9串联组成的第一外围电路，所述第一外围电路与所述限压电路并联，所述电阻R11与所述二极管D2的负极连接，所述电容C9与所述二极管D3的正极连接，所述二极管D3的负极上还连接有电阻R12，所述电阻R12的一端与控制器的Kin3引脚相连，所述电阻R12的另一端与接线端子P3的KIn+引脚相连。

优选地，所述采集组件还包括与现场设备连接的模拟电流采集模块，所述模拟电流采集模块包括由二极管D5和二极管D6串联组成的限压电路，所述二极管D5的正极与所述二极管D6的负极连接，所述二极管D5的负极与3.3V电源连接，所述二极管D6的正极接地；

所述模拟电流采集模块还包括与所述二极管D6并联的电阻R18和电容C15，所述电阻R18的一端通过电阻R16连接至所述二极管D6的负极，所述电阻R18的另一端与所述二极管D6的正极连接，所述电阻R16的一端连接至控制器的Ain2引脚，所述电阻R16的另一端与接线端子P4的In+引脚相连。

优选地，所述采集组件还包括与现场设备连接的模拟电压采集模块，所述模拟电压采集模块包括由二极管D7和二极管D8串联组成的限压电路，所述二极管D7的正极与所述二极管D8的负极相连，所述二极管D7的负极与3.3V电源连接，所述二极管D8的正极接地；

所述模拟电压采集模块还包括与所述二极管D8并联的电阻R25和电容C19，所述电阻R25的第一端通过电阻R23连接至所述二极管D8的负极，所述电阻R25的第二端与所述二极管D8的正极连接，所述电阻R25的第一端还与电阻R24的一端连接，所述电阻R24的另一端与接线端子P5的Vin+引脚相连，所述电阻R23的一端连接至控制器的Ain4引脚。

优选地，所述采集器还包括外部看门狗模块，所述外部看门狗模块与所述控制器相连。

优选地，所述电源模块包括用于将市电转为12V直流电压的第一电源模块、用于将所述12V直流电压转为3.3V直流电压的第二电源模块、以及用于将所述12V直流电压转为5V直流电压的第三电源模块，所述第一电源模块与开关量输出模块连接，所述第二电源模块与所述控制器连接，所述第三电源模块与所述串口通信模块连接。

作为一个总的技术构思，本发明还提供一种包括上述无线采集器的照明控制系统，所述照明控制系统还包括：

主机，用于产生采集指令，并将所述采集指令发送给无线协调器；还用于接收来自无线协调器的反馈信息；

所述无线协调器，用于接收来自所述主机的采集指令，分析所述采集命令是否与所述无线采集器相关，若是，则将所述采集指令发送给所述无线采集器执行相应动作；所述无线协调器还用于接收来自所述无线采集器的反馈信息，并将所述反馈信息发送给所述主机；

所述无线协调器与所述主机之间为总线式串行通信。

作为一个总的技术构思，本发明还提供一种应用于上述照明控制系统的控制方法，包括以下步骤：

S1：主机产生采集指令发送给无线协调器；

S2：无线协调器判断所述采集指令是否与无线采集器相关，若是，则将所述采集指令发送给无线采集器执行相应动作。

优选地，所述采集指令为数据透传指令、开关量状态采集指令、模拟电流采集指令、模拟电压采集指令、开关量输出指令、或者修改节点网络参数指令中的任一种；

当所述采集指令为数据透传指令时，无线采集器通过所述串口通信模块获取现场设备的透传数据，并将所述透传数据反馈给所述无线协调器；

当所述采集指令为开关量状态采集指令、模拟电流采集指令、或者模拟电压采集指令时，无线采集器通过采集组件采集现场设备的反馈信息，并将所述反馈信息发送给所述无线协调器；

当所述采集指令为开关量输出指令时，所述无线采集器通过所述开关量输出模块控制现场设备电源开通或者关闭；

当所述采集指令为修改节点网络参数指令时，所述无线采集器根据所述采集指令在线修改自身网络参数，修改完成后自动重启，并将重启信息反馈给所述无线协调器。

优选地，所述采集组件包括开关量输入状态模块、模拟电流采集模块、以及模拟电压采集模块；

当所述采集指令为开关量状态采集指令时，所述无线采集器通过开关量状态采集模块采集现场设备的开关量状态信息，并将所述开关量状态信息发送给所述无线协调器；

当所述采集指令为模拟电流采集指令时，所述无线采集器通过所述模拟电流采集模块采集现场设备的电流信息，并将所述电流信息反馈给所述无线协调器；

当所述采集指令为模拟电压采集指令时，所述无线采集器通过所述模拟电压采集模块采集现场设备的电压信息，并将所述电压信息反馈给所述无线协调器。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的无线采集器，通过控制器控制采集组件采集现场设备信息，采集组件采用的电路，通过电阻电容等元器件构成采集电路，结构设计简单，免去了现有电路采用ADC芯片或者其他采样电路的复杂，更贴合实际应用的电流电压检测电路，可以更准确的采集现场设备的相关信息，使用方便实施成本低。

本发明提供的包括上述无线采集器的控制系统，采用LoRa扩频技术进行无线传输，传输距离远，抗干扰能力强，能快速有效地实现数据采集、远程通信和数据转发。

本发明提供的应用于上述控制系统的控制方法，可以在线修改无线采集器的网络参数，组网灵活，针对于隧道复杂环境的适应能力强。

下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的无线采集器的结构示意图；

图2是本发明优选实施例的开关量输入状态采集模块的电路图；

图3是本发明优选实施例的模拟电流采集模块的电路图；

图4是本发明优选实施例的模拟电压采集模块的电路图；

图5是本发明优选实施例的照明控制系统的控制方法流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而仅仅是为了便于对相应零部件进行区别。同样，“一个”或者“一”等类似词语不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“两侧”、“外侧”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种无线采集器，包括：

电源模块、控制器、用于与外部主机进行无线通信的LoRa无线模块、用于与现场设备进行数据传输的串口通信模块、开关量输出模块、以及用于采集现场设备信息的采集组件；

电源模块与控制器相连，控制器分别与LoRa无线模块、串口通信模块、开关量输出模块以及采集组件相连。

上述的无线采集器通过控制器控制采集组件采集现场设备信息，采集组件采用的电路，通过电阻电容等元器件构成采集电路，结构设计简单，免去了现有电路采用ADC芯片或者其他采样电路的复杂，更贴合实际应用的电流电压检测电路，可以更准确的采集现场设备的相关信息，使用方便实施成本低。

作为本实施例优选的实施方式，采集组件包括与现场设备连接的开关量输入状态采集模块，其电路图如下图2所示，开关量输入状态采集模块包括由二极管D2和二极管D3串联组成的限压电路，二极管D3的负极与二极管D2的正极连接，二极管D2的负极与3.3V电源连接，二极管D3的正极接地。

开关量输入状态采集模块还包括由电阻R11和电容C9串联组成的第一外围电路，第一外围电路与限压电路并联，电阻R11与二极管D2的负极连接，电容C9与二极管D3的正极连接。二极管D3的负极通过电阻R12连接至接线端子P3的引脚1(KIn+)，电阻R12的另一端与控制器的Kin3引脚相连，二极管D3的正极连接至P3的引脚1(GND)。优选地，本实施例中，电阻R11的阻值为30k，电阻R12的阻值为510欧姆，电容C9为4.7uf，但本发明并不对各电阻或电容的具体值做限定，在能达到相同作用的情况下，还可以在一定程度上调整各器件的取值，此处的具体取值，仅作示例作用。在具体工作时，二极管D2和二极管D3将开关量输入接口获取的电压限制在3.3V以内，输入到控制器中，实现开关量状态的无线采集。

本实施例中，现场设备为传感设备或者通风设备等机电设备。该现场设备为现有待测设备，在此，不多做赘述。

需要说明的是，本实施例中采用单片机作为控制器，优选为STM8S003F3P6，但本发明并不对此做限定作用，还可以将单片机替换为其他能达到相同作用的器件。

如图3所示，采集组件还包括与现场设备连接的模拟电流采集模块，模拟电流采集模块包括由二极管D5和二极管D6串联组成的限压电路，二极管D5的正极与二极管D6的负极连接，二极管D5的负极与3.3V电源连接，二极管D6的正极接地；

模拟电流采集模块还包括与二极管D6并联的电阻R18和电容C15，电阻R18的一端通过电阻R16连接至二极管D6的负极，电阻R16的一端连接至控制器的Ain2引脚，电阻R16的另一端与接线端子P4的In+引脚相连，电阻R18的另一端与二极管D6的正极连接。优选地，本实施例中，电容C15为4.7uf，图3中，R18用于电流检测，其上电压反映了接入端口P4的现场设备的电流的(4～20mA)大小；二极管D5、D6将R18上的电压限制在3.3V以内，输入到单片机中，实现现场设备模拟电流的无线采集。

如图4所示，采集组件还包括与现场设备连接的模拟电压采集模块，模拟电压采集模块包括由二极管D7和二极管D8串联组成的限压电路，二极管D7的正极与二极管D8的负极相连，二极管D7的负极与3.3V电源连接，二极管D8的正极接地；

模拟电压采集模块还包括与二极管D8并联的电阻R25和电容C19，电阻R25的第一端通过电阻R23连接至二极管D8的负极，电阻R25的第二端与二极管D8的正极连接，电阻R25的第一端还与电阻R24的一端连接，电阻R24的另一端与接线端子P5的Vin+引脚相连，电阻R23的一端连接至控制器的Ain4引脚。优选地，本实施例中，C19为4.7uf，图4中，R24、R25将输入到端口P5的0～10V电压范围转换为0～2.5V；二极管D7、D8将进入单片机的电压限制在3.3V以内，输入到单片机中，实现现场设备模拟电压的无线采集。

作为本实施例优选的实施方式，采集器还包括外部看门狗模块，该外部看门狗模块与控制器相连。本实施例中，外部看门狗模块用于重新启动系统，控制器对外部看门狗“喂狗”，外部看门狗当控制器程序跑飞时给控制器复位信号，可以防止当程序运行出现问题进入死循环，单片机内部看门狗不能使系统重启，进一步保障了系统的鲁棒性。

作为本实施例优选的实施方式，电源模块包括用于将市电转为12V直流电压的第一电源模块、用于将12V直流电压转为3.3V直流电压的第二电源模块、以及用于将12V直流电压转为5V直流电压的第三电源模块，第一电源模块与开关量输出模块连接，第一电源模块给开关输出模块的继电器线圈提供12V电压，第二电源模块与控制器连接，第二电源模块给控制器、LoRa无线模块、外部看门狗模块、以及上述各采集组件提供3.3V电压；第三电源模块与串口通信模块连接。给串口通信模块提供5V电压，本实施例中，优选串口通信模块为RS485。需要说明的是，第三电源模块为隔离电源模块，本实施例中，采用的隔离电源模块，抗干扰能力强、安全性高，当电源异常时，对负载影响小，可保障控制器和无线通讯功能正常。

实施例2

本实施例提供一种包括上述实施例1中的无线采集器的照明控制系统，该照明控制系统还包括：

主机，用于产生采集指令，并将采集指令发送给无线协调器；还用于接收来自无线协调器的反馈信息；

无线协调器，用于接收来自主机的采集指令，分析采集命令是否与无线采集器相关，若是，则将采集指令发送给无线采集器执行相应动作；无线协调器还用于接收来自无线采集器的反馈信息，并将反馈信息发送给主机；

上述无线协调器与主机之间为总线式串行通信。

上述的照明控制系统，采用LoRa扩频技术实现无线协调器和无线采集器之间的无线传输，传输距离远，抗干扰能力强，能快速有效地实现数据采集、远程通信和数据转发。针对于隧道等复杂环境，解决了繁琐的布线困难的问题。

实施例3

本实施例提供一种应用于上述实施例2所述的照明控制系统的控制方法，包括以下步骤：

S1：主机产生采集指令发送给无线协调器；

S2：无线协调器判断采集指令是否与无线采集器相关，若是，则将采集指令发送给无线采集器执行相应动作。

具体地，在实际应用中，上述的控制方法还可以通过以下步骤进行优化，如下图5所示。

无线采集器接收到与自身网络号一致的无线协调器发来的无线命令信息后，首先判断命令是否是数据透传命令，如果是，则运行预先设定的数据透传函数得到需要透传的数据，通过串口将需要透传的数据传输到现场设备。若现场设备有数据通过串口返回到无线采集器，则无线采集器将该数据反馈给同网络内的无线协调器。

如果不是数据透传命令，则判断命令是否为开关量状态采集命令，如果是，则无线采集器通过开关量状态采集模块对与开关量状态采集端口相连的现场设备的开关状态进行采集，然后返回开关量状态信息反馈给同网络内的无线协调器。

如果不是开关量状态采集命令，则判断命令是否为模拟电流采集命令，如果是，则无线采集器通过模拟电流采集模块对与模拟电流采集端口相连的现场设备的电流进行采集，然后返回电流状态信息反馈给同网络内的无线协调器。

如果不是模拟电流采集命令，则判断命令是否为模拟电压采集命令，如果是，则无线采集器通过模拟电压采集模块对与模拟电压采集端口相连的现场设备的电压进行采集，然后返回电压状态信息反馈给同网络内的无线协调器。

如果不是模拟电压采集命令，则判断命令是否为开关量输出命令，如果是，则继电器模块做出相应的动作，控制现场设备电源(或信号)开通或者关闭。

如果不是开关量输出命令，则判断是否是修改节点网络参数命令，如果是，则无线采集器在线修改自身网络参数，修改完成后自动重启，并将重启信息反馈给同网络内的无线协调器。

如果不是修改节点网络参数命令，则无线采集器继续等待新的无线命令信息到来。

上述的控制方法，可以在线修改无线采集器的网络参数，组网灵活，针对于隧道复杂环境的适应能力强。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无线采集器，其特征在于，包括：

电源模块、控制器、用于与外部主机进行无线通信的LoRa无线模块、用于与现场设备进行数据传输的串口通信模块、开关量输出模块、以及用于采集现场设备信息的采集组件；

所述电源模块与所述控制器相连，所述控制器分别与所述LoRa无线模块、所述串口通信模块、所述开关量输出模块以及所述采集组件相连。

2.根据权利要求1所述的无线采集器，其特征在于，所述采集组件包括与现场设备连接的开关量输入状态采集模块，所述开关量输入状态采集模块包括由二极管D2和二极管D3串联组成的限压电路，所述二极管D3的负极与所述二极管D2的正极连接，所述二极管D2的负极与3.3V电源连接，所述二极管D3的正极接地；

所述开关量输入状态采集模块还包括由电阻R11和电容C9串联组成的第一外围电路，所述第一外围电路与所述限压电路并联，所述电阻R11与所述二极管D2的负极连接，所述电容C9与所述二极管D3的正极连接，所述二极管D3的负极上还连接有电阻R12，所述电阻R12的一端与控制器的Kin3引脚相连，所述电阻R12的另一端与接线端子P3的KIn+引脚相连。

3.根据权利要求1或2所述的无线采集器，其特征在于，所述采集组件还包括与现场设备连接的模拟电流采集模块，所述模拟电流采集模块包括由二极管D5和二极管D6串联组成的限压电路，所述二极管D5的正极与所述二极管D6的负极连接，所述二极管D5的负极与3.3V电源连接，所述二极管D6的正极接地；

所述模拟电流采集模块还包括与所述二极管D6并联的电阻R18和电容C15，所述电阻R18的一端通过电阻R16连接至所述二极管D6的负极，所述电阻R18的另一端与所述二极管D6的正极连接，所述电阻R16的一端连接至控制器的Ain2引脚，所述电阻R16的另一端与接线端子P4的In+引脚相连。

4.根据权利要求1-3任一所述的无线采集器，其特征在于，所述采集组件还包括与现场设备连接的模拟电压采集模块，所述模拟电压采集模块包括由二极管D7和二极管D8串联组成的限压电路，所述二极管D7的正极与所述二极管D8的负极相连，所述二极管D7的负极与3.3V电源连接，所述二极管D8的正极接地；

所述模拟电压采集模块还包括与所述二极管D8并联的电阻R25和电容C19，所述电阻R25的第一端通过电阻R23连接至所述二极管D8的负极，所述电阻R25的第二端与所述二极管D8的正极连接，所述电阻R25的第一端还与电阻R24的一端连接，所述电阻R24的另一端与接线端子P5的Vin+引脚相连，所述电阻R23的一端连接至控制器的Ain4引脚。

5.根据权利要求1所述的无线采集器，其特征在于，所述采集器还包括外部看门狗模块，所述外部看门狗模块与所述控制器相连。

6.根据权利要求1所述的无线采集器，其特征在于，所述电源模块包括用于将市电转为12V直流电压的第一电源模块、用于将所述12V直流电压转为3.3V直流电压的第二电源模块、以及用于将所述12V直流电压转为5V直流电压的第三电源模块，所述第一电源模块与开关量输出模块连接，所述第二电源模块与所述控制器连接，所述第三电源模块与所述串口通信模块连接。

7.一种包括上述权利要求1-6任一所述的无线采集器的照明控制系统，其特征在于，所述照明控制系统还包括：

主机，用于产生采集指令，并将所述采集指令发送给无线协调器；还用于接收来自无线协调器的反馈信息；

所述无线协调器，用于接收来自所述主机的采集指令，分析所述采集命令是否与所述无线采集器相关，若是，则将所述采集指令发送给所述无线采集器执行相应动作；所述无线协调器还用于接收来自所述无线采集器的反馈信息，并将所述反馈信息发送给所述主机；

所述无线协调器与所述主机之间为总线式串行通信。

8.一种应用于上述权利要求7所述的照明控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：主机产生采集指令发送给无线协调器；

S2：无线协调器判断所述采集指令是否与无线采集器相关，若是，则将所述采集指令发送给无线采集器执行相应动作。

9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述采集指令为数据透传指令、开关量状态采集指令、模拟电流采集指令、模拟电压采集指令、开关量输出指令、或者修改节点网络参数指令中的任一种；

当所述采集指令为数据透传指令时，无线采集器通过所述串口通信模块获取现场设备的透传数据，并将所述透传数据反馈给所述无线协调器；

当所述采集指令为开关量状态采集指令、模拟电流采集指令、或者模拟电压采集指令时，无线采集器通过采集组件采集现场设备的反馈信息，并将所述反馈信息发送给所述无线协调器；

当所述采集指令为开关量输出指令时，所述无线采集器通过所述开关量输出模块控制现场设备电源开通或者关闭；

当所述采集指令为修改节点网络参数指令时，所述无线采集器根据所述采集指令在线修改自身网络参数，修改完成后自动重启，并将重启信息反馈给所述无线协调器。

10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，所述采集组件包括开关量输入状态模块、模拟电流采集模块、以及模拟电压采集模块；

当所述采集指令为开关量状态采集指令时，所述无线采集器通过开关量状态采集模块采集现场设备的开关量状态信息，并将所述开关量状态信息发送给所述无线协调器；

当所述采集指令为模拟电流采集指令时，所述无线采集器通过所述模拟电流采集模块采集现场设备的电流信息，并将所述电流信息反馈给所述无线协调器；

当所述采集指令为模拟电压采集指令时，所述无线采集器通过所述模拟电压采集模块采集现场设备的电压信息，并将所述电压信息反馈给所述无线协调器。