CN111756768A - 一种游乐设施产品全生命周期数据采集终端设备 - Google Patents

一种游乐设施产品全生命周期数据采集终端设备 Download PDF

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Abstract

本发明创造涉及游乐设施产品全生命周期数据采集终端设备，包括终端控制器和扩展信号板，终端控制器包括Redis数据库存储发送数据控制模块和封装采集点数据模块；终端控制器采用firefly‑AO3288C工业板，在终端控制器的HT396类型的接口进行防干扰处理后转换成HT396接口；终端控制器通过EC20拨号模块自动拨号完成联网工作，所述终端控制器通过客户端和证书与服务器建立安全通讯链接，数据传输过程中通过SSL进行数据加密该数据采集终端支持ModbusRTU协议、支持ModbusTCP协议、支持西门子S7‑200以及支持西门子S7‑1200；可实现wifi掉线重连、TCP掉线重连和PLC断线重连；设备掉线时，采集的数据可以在设备保留24小时，网络连通后可续传；可接收制造商云平台下发的远程关停指令，并写入PLC相应地址。

Description

一种游乐设施产品全生命周期数据采集终端设备
【技术领域】
本发明创造涉及游乐设施生产技术领域，特别是一种游乐设施产品全生命周期数据采集终端设备。
【背景技术】
游乐设备产品的安全性、质量以及服务品质一直深受有关行政部门及社会大众的关注，目前市面上大部分的游乐设备产品的基本属性、关键构成、工艺信息物流信息、维保信息等无法追溯，无法得到有效的监管，从而导致事故率高。因此，亟待提出一种对游乐设备产品全生命周期进行管理的系统，从而提升产品质量及服务品质；而如果对游乐设备产品的运营数据进行采集则是本发明创造亟待解决的问题。
【发明内容】
为解决上述问题，本发明创造提供一种抗干扰性强、用于采集游乐设施产品全生命周期数据的采集终端设备。
为实现上述目的，本发明创造提供如下技术方案：
一种游乐设施产品全生命周期数据采集终端设备，包括连接在一起的终端控制器和扩展信号板，所述终端控制器包括Redis数据库存储发送数据控制模块以及与其连接的封装采集点数据模块；
所述终端控制器的底板采用的是firefly-AO3288C工业板，运行Ubuntu系统；在终端控制器的HT396类型的接口进行防干扰处理后转换成HT396接口；
当PLC为西门子S7-200时，所述终端控制器的Redis数据库存储发送数据控制模块的HT396接口与扩展信号板的HT396接口连接，扩展信号板的DB9接口与S7-200连接，所述终端控制器通过指定PLC的相应协议去读取PLC的各个点的数据；
当PLC为西门子S7-1200时，所述终端控制器的Redis数据库存储发送数据控制模块通过网线与西门子S7-1200连接；
当PLC为其余类型或者接入拓展数据采集模块时，所述终端控制器的Redis数据库存储发送数据控制模块通过ModbusTCP协议去读取；
所述终端控制器通过EC20拨号模块自动拨号完成联网工作， 所述终端控制器通过客户端和证书与服务器建立安全通讯链接，数据传输过程中通过SSL进行数据加密；
所述终端控制器创建读取线程和上传数据线程，读取线程通过PLC协议或者Modbus协议与PLC进行通讯，读取PLC的各个点的数据并放入Redis数据库存储发送数据控制模块中；当上传数据线程时判断Redis数据库存储发送数据控制模块中是否有新的数据需要上传，然后从该Redis数据库存储发送数据控制模块中读取数据，再通过JSON协议对数据进行封装，最后客户端将封装好的JSON数据帧发送到指定服务器；
所述终端控制器还包括网络管理器，所述网络管理器通过脚本修改路由表并控制数据通过4G或WIFI发送出去。
作为优选实施方式，进一步限定为：所述终端控制器通过串口和以太网对PLC设备的数据进行采集后存放在Redis数据库存储发送数据控制模块中，当Redis数据库存储发送数据控制模块中有数据未上传时，会对数据进行上传处理，上传的数据经过JSON协议进行封装，并发送到服务器，所述终端控制器和服务器之间通过https进行身份验证连接。
作为优选实施方式，进一步限定为：所述扩展信号板包括主控单片机1以及与其连接的开关输入捕捉电路2、控制输出电路3、5V转3.3V MCU控制电路4、状态LED提示电路5、HT396类型RS485接口电路6、复位按钮电路7、程序烧写接口电路8、RS232转USB接口电路9、串口接口电路10，所述开关输入捕捉电路2输出端连接有整形输入电路11、整形输入电路11输出端连接有4路输入LED显示电路；所述控制输出电路3输入端连接有开关输出接口，控制输出电路3输出端连接有4路输出LED显示电路；所述HT396类型RS485接口电路6输入端连接有HT396类型接口转换9针串口类型RS485接口电路12、HT396类型接口转换9针串口类型RS485接口电路12输入端连接有9针串口电路13，9针串口电路13与PLC连接；所述HT396类型接口转换9针串口类型RS485接口电路12、9针串口电路13上连接有同一个24V转3.3V电路14；所述开关输入捕捉电路2、HT396类型RS485接口电路6、控制输出电路3连接在同一个5V转3V DEBICE电路15上，所述5V转3.3V MCU控制电路4和5V转3V DEBICE电路15输入端连接有5V输入接口。
作为优选实施方式，进一步限定为：所述主控单片机1采用STM32F103C8T6芯片，STM32F103C8T6芯片的SWDIO\SWCLK引脚与所述程序烧写接口电路8连接；
所述开关输入捕捉电路2包括4路具有同样电路结构的子捕捉电路，子捕捉电路包括光电耦合开关管TLP521，光电耦合开关管TLP521正极输入端与主控单片机1连接，光电耦合开关管TLP521负极输入端接地，在光电耦合开关管TLP521的正极和负极输入端之间连接有电阻和电感组成的滤波电路，光电耦合开关管TLP521正极输出端与所述整形输入电路11连接，光电耦合开关管TLP521负极输出端接地；
所述整形输入电路11包括两个74HC14芯片，第一74HC14芯片和第二74HC14芯片，第一74HC14芯片输入端与其中3路子捕捉电路的光电耦合开关管TLP521正极输出端连接，第一74HC14芯片输出端与所述STM32F103C8T6芯片连接；第二74HC14芯片输入端与第4个路子捕捉电路的光电耦合开关管TLP521正极输出端连接第二74HC14芯片输出端与所述STM32F103C8T6芯片连接；
所述HT396类型接口转换9针串口类型RS485接口电路12包括两个转换主控芯片U15\U16，主控芯片U15的两个输入端与串口类型RS485接口电路连接，主控芯片U15输出端连接有第一防干扰光电耦合器U17, 第一防干扰光电耦合器U17输出端与主控芯片U16连接；主控芯片U16的两个输入端通过9针串口电路13与PLC连接，主控芯片U16输出端连接有第二防干扰光电耦合器U14, 第二防干扰光电耦合器U14输出端与主控芯片U15连接。
作为优选实施方式，进一步限定为：所述终端控制器还包括高效电源转换电路，高效电源转换电路采用TPS54360芯片，其输入端VIN与PLC24V电源连接，TPS54360芯片输出端SW连接有电感L2和电容C40、C41组成的震荡电路，震荡电路输出端作为高效电源转换电路输出端，高效电源转换电路输出端输出3.3V电源。
本发明创造的有益效果是：
1、本发明创造的数据采集终端支持ModbusRTU协议、支持ModbusTCP协议、支持西门子S7-200以及支持西门子S7-1200。
2、本发明创造的数据采集终端可实现wifi掉线重连、TCP掉线重连和PLC断线重连；设备掉线时，采集的数据可以在设备保留24小时，网络连通后可续传。
3、本发明创造的数据采集终端可读取开关型和模拟型数据；对于开关型数据，每次状态发生变化时，都上传到服务器，对于模拟型数据，可设置上传时间间隔；可单独上传数据到景区平台或制造商平台。
4、本发明创造的数据采集终端可接收制造商云平台下发的远程关停指令，并写入PLC相应地址，实现设备的远程锁机。
【附图说明】
图1是主控单片机的电路原理图；
图2是开关输入捕捉电路和整形输入电路的电路原理图；
图3是控制输出电路的电路原理图；
图4是5V转3.3V MCU控制电路的电路原理图；
图5是状态LED提示电路的电路原理图；
图6是HT396类型RS485接口电路的电路原理图；
图7是复位按钮电路的电路原理图；
图8是程序烧写接口电路的电路原理图；
图9是RS232转USB接口电路的电路原理图；
图10是串口接口电路的电路原理图；
图11是HT396类型接口转换9针串口类型RS485接口电路的电路原理图；
图12是9针串口电路的电路原理图；
图13是24V转3.3V电路的电路原理图；
图14是5V转3V DEBICE电路的电路原理图；
图15是RTC电池电路；
图16是24V转12V电路的电路原理图；
图17是各接线端口的电路图。
【具体实施方式】
以下结合附图和具体实施方式对本发明创造作进一步详细说明：
一种游乐设施产品全生命周期数据采集终端设备，包括连接在一起的终端控制器和扩展信号板，所述终端控制器包括Redis数据库存储发送数据控制模块以及与其连接的封装采集点数据模块；
所述终端控制器的底板采用的是firefly-AO3288C工业板，运行Ubuntu系统；在终端控制器的HT396类型的接口进行防干扰处理后转换成HT396接口；
当PLC为西门子S7-200时，所述终端控制器的Redis数据库存储发送数据控制模块的HT396接口与扩展信号板的HT396接口连接，扩展信号板的DB9接口与S7-200连接，所述终端控制器通过指定PLC的相应协议去读取PLC的各个点的数据；
当PLC为西门子S7-1200时，所述终端控制器的Redis数据库存储发送数据控制模块通过网线与西门子S7-1200连接；
当PLC为其余类型或者接入拓展数据采集模块时，所述终端控制器的Redis数据库存储发送数据控制模块通过ModbusTCP协议去读取，此时需要额外加入以太网ModbusTCP转换模块，该模块让支持ModbusTCP协议的PLC都可以直接通过ModbusTCP协议进行通讯；
所述终端控制器通过EC20拨号模块自动拨号完成联网工作， 所述终端控制器通过客户端和证书与服务器建立安全通讯链接，数据传输过程中通过SSL进行数据加密；
PLC数据的采集走向具体为：所述终端控制器创建读取线程和上传数据线程，读取线程通过PLC协议或者Modbus协议与PLC进行通讯，读取PLC的各个点的数据并放入Redis数据库存储发送数据控制模块中；当上传数据线程时判断Redis数据库存储发送数据控制模块中是否有新的数据需要上传，然后从该Redis数据库存储发送数据控制模块中读取数据，再通过JSON协议对数据进行封装，最后客户端将封装好的JSON数据帧发送到指定服务器；该数据采集终端可实现wifi掉线重连、TCP掉线重连和PLC断线重连；设备掉线时，采集的数据可以在设备保留24小时，网络连通后可续传。
所述终端控制器还包括网络管理器，所述网络管理器通过脚本修改路由表并控制数据通过4G或WIFI发送出去。
在本实施例中，所述终端控制器通过串口和以太网对PLC设备的数据进行采集后存放在Redis数据库存储发送数据控制模块中，当Redis数据库存储发送数据控制模块中有数据未上传时，会对数据进行上传处理，上传的数据经过JSON协议进行封装，并发送到服务器，所述终端控制器和服务器之间通过https进行身份验证连接，未经过证书验证的话，是无法跟服务器进行数据交互的，保障了数据传输过程的安全和可靠性，而且终端连接服务器的方式有很4G、WIFI、以太网等，使得联网的方式更加灵活，而且通过修改路由表，还可以在多种网络同时连接时，控制数据从哪一个联网方式走，有效的控制数据走向。
如附图1至附图17所示，所述扩展信号板包括主控单片机1以及与其连接的开关输入捕捉电路2、控制输出电路3、5V转3.3V MCU控制电路4、状态LED提示电路5、HT396类型RS485接口电路6、复位按钮电路7、程序烧写接口电路8、RS232转USB接口电路9、串口接口电路10，所述开关输入捕捉电路2输出端连接有整形输入电路11、整形输入电路11输出端连接有4路输入LED显示电路；更进一步地说，开关输入捕捉电路2向整形输入电路11输入低电平，整形输入电路11输出高电平。所述控制输出电路3输入端连接有开关输出接口，控制输出电路3输出端连接有4路输出LED显示电路；更进一步地说，所述控制输出电路3输入端接入低电平后，所述控制输出电路3输出端输出低电平。所述HT396类型RS485接口电路6输入端连接有HT396类型接口转换9针串口类型RS485接口电路12、HT396类型接口转换9针串口类型RS485接口电路12输入端连接有9针串口电路13，9针串口电路13与PLC连接；所述HT396类型接口转换9针串口类型RS485接口电路12、9针串口电路13上连接有同一个24V转3.3V电路14；所述开关输入捕捉电路2、HT396类型RS485接口电路6、控制输出电路3连接在同一个5V转3V DEBICE电路15上，所述5V转3.3V MCU控制电路4和5V转3V DEBICE电路15输入端连接有5V输入接口。该数据采集终端可读取开关型和模拟型数据；对于开关型数据，每次状态发生变化时，都上传到服务器，对于模拟型数据，可设置上传时间间隔；可单独上传数据到景区平台或制造商平台。可接收制造商云平台下发的远程关停指令，并写入PLC相应地址，实现设备的远程锁机。
在本实施例中，所述主控单片机1采用STM32F103C8T6芯片，STM32F103C8T6芯片的SWDIO\SWCLK引脚与所述程序烧写接口电路8连接，所述程序烧写接口电路8用于写入程序。
所述开关输入捕捉电路2包括4路具有同样电路结构的子捕捉电路，子捕捉电路包括光电耦合开关管TLP521，光电耦合开关管TLP521正极输入端与主控单片机1连接，光电耦合开关管TLP521负极输入端接地，在光电耦合开关管TLP521的正极和负极输入端之间连接有电阻和电感组成的滤波电路，光电耦合开关管TLP521正极输出端与所述整形输入电路11连接，光电耦合开关管TLP521负极输出端接地；
所述整形输入电路11包括两个74HC14芯片，第一74HC14芯片和第二74HC14芯片，第一74HC14芯片输入端与其中3路子捕捉电路的光电耦合开关管TLP521正极输出端连接，第一74HC14芯片输出端与所述STM32F103C8T6芯片连接；第二74HC14芯片输入端与第4个路子捕捉电路的光电耦合开关管TLP521正极输出端连接第二74HC14芯片输出端与所述STM32F103C8T6芯片连接；
所述HT396类型接口转换9针串口类型RS485接口电路12包括两个转换主控芯片U15\U16，主控芯片U15的两个输入端与串口类型RS485接口电路连接，主控芯片U15输出端连接有第一防干扰光电耦合器U17, 第一防干扰光电耦合器U17输出端与主控芯片U16连接；主控芯片U16的两个输入端通过9针串口电路13与PLC连接，主控芯片U16输出端连接有第二防干扰光电耦合器U14, 第二防干扰光电耦合器U14输出端与主控芯片U15连接。所述HT396类型接口转换9针串口类型RS485接口电路12通过第一防干扰光电耦合器U17和第二防干扰光电耦合器U14实现只可单向传输，从而起到防信号干扰的作用。
在本实施例中，所述终端控制器还包括高效电源转换电路，高效电源转换电路采用TPS54360芯片，其输入端VIN与PLC24V电源连接，TPS54360芯片输出端SW连接有电感L2和电容C40、C41组成的震荡电路，震荡电路输出端作为高效电源转换电路输出端，高效电源转换电路输出端输出3.3V电源，通过稳定的工作电压，保证电路通过的稳定性。

Claims (5)

1.一种游乐设施产品全生命周期数据采集终端设备，其特征在于包括连接在一起的终端控制器和扩展信号板，所述终端控制器包括Redis数据库存储发送数据控制模块以及与其连接的封装采集点数据模块；
所述终端控制器的底板采用的是firefly-AO3288C工业板，运行Ubuntu系统；在终端控制器的HT396类型的接口进行防干扰处理后转换成HT396接口；
当PLC为西门子S7-200时，所述终端控制器的Redis数据库存储发送数据控制模块的HT396接口与扩展信号板的HT396接口连接，扩展信号板的DB9接口与S7-200连接，所述终端控制器通过指定PLC的相应协议去读取PLC的各个点的数据；
当PLC为西门子S7-1200时，所述终端控制器的Redis数据库存储发送数据控制模块通过网线与西门子S7-1200连接；
当PLC为其余类型或者接入拓展数据采集模块时，所述终端控制器的Redis数据库存储发送数据控制模块通过ModbusTCP协议去读取；
所述终端控制器通过EC20拨号模块自动拨号完成联网工作， 所述终端控制器通过客户端和证书与服务器建立安全通讯链接，数据传输过程中通过SSL进行数据加密；
所述终端控制器创建读取线程和上传数据线程，读取线程通过PLC协议或者Modbus协议与PLC进行通讯，读取PLC的各个点的数据并放入Redis数据库存储发送数据控制模块中；当上传数据线程时判断Redis数据库存储发送数据控制模块中是否有新的数据需要上传，然后从该Redis数据库存储发送数据控制模块中读取数据，再通过JSON协议对数据进行封装，最后客户端将封装好的JSON数据帧发送到指定服务器；
所述终端控制器还包括网络管理器，所述网络管理器通过脚本修改路由表并控制数据通过4G或WIFI发送出去。
2.根据权利要求1所述一种游乐设施产品全生命周期数据采集终端设备，其特征在于所述终端控制器通过串口和以太网对PLC设备的数据进行采集后存放在Redis数据库存储发送数据控制模块中，当Redis数据库存储发送数据控制模块中有数据未上传时，会对数据进行上传处理，上传的数据经过JSON协议进行封装，并发送到服务器，所述终端控制器和服务器之间通过https进行身份验证连接。
3.根据权利要求2所述一种游乐设施产品全生命周期数据采集终端设备，其特征在于所述扩展信号板包括主控单片机（1）以及与其连接的开关输入捕捉电路（2）、控制输出电路（3）、5V转3.3V MCU控制电路（4）、状态LED提示电路（5）、HT396类型RS485接口电路（6）、复位按钮电路（7）、程序烧写接口电路（8）、RS232转USB接口电路（9）、串口接口电路（10），所述开关输入捕捉电路（2）输出端连接有整形输入电路（11）、整形输入电路（11）输出端连接有4路输入LED显示电路；所述控制输出电路（3）输入端连接有开关输出接口，控制输出电路（3）输出端连接有4路输出LED显示电路；所述HT396类型RS485接口电路（6）输入端连接有HT396类型接口转换9针串口类型RS485接口电路（12）、HT396类型接口转换9针串口类型RS485接口电路（12）输入端连接有9针串口电路（13），9针串口电路（13）与PLC连接；所述HT396类型接口转换9针串口类型RS485接口电路（12）、9针串口电路（13）上连接有同一个24V转3.3V电路（14）；所述开关输入捕捉电路（2）、HT396类型RS485接口电路（6）、控制输出电路（3）连接在同一个5V转3V DEBICE电路（15）上，所述5V转3.3V MCU控制电路（4）和5V转3V DEBICE电路（15）输入端连接有5V输入接口。
4.根据权利要求3所述一种游乐设施产品全生命周期数据采集终端设备，其特征在于主控单片机（1）采用STM32F103C8T6芯片，STM32F103C8T6芯片的SWDIO\SWCLK引脚与所述程序烧写接口电路（8）连接；
所述开关输入捕捉电路（2）包括4路具有同样电路结构的子捕捉电路，子捕捉电路包括光电耦合开关管TLP521，光电耦合开关管TLP521正极输入端与主控单片机（1）连接，光电耦合开关管TLP521负极输入端接地，在光电耦合开关管TLP521的正极和负极输入端之间连接有电阻和电感组成的滤波电路，光电耦合开关管TLP521正极输出端与所述整形输入电路（11）连接，光电耦合开关管TLP521负极输出端接地；
所述整形输入电路（11）包括两个74HC14芯片，第一74HC14芯片和第二74HC14芯片，第一74HC14芯片输入端与其中3路子捕捉电路的光电耦合开关管TLP521正极输出端连接，第一74HC14芯片输出端与所述STM32F103C8T6芯片连接；第二74HC14芯片输入端与第4个路子捕捉电路的光电耦合开关管TLP521正极输出端连接第二74HC14芯片输出端与所述STM32F103C8T6芯片连接；
所述HT396类型接口转换9针串口类型RS485接口电路（12）包括两个转换主控芯片U15\U16，主控芯片U15的两个输入端与串口类型RS485接口电路连接，主控芯片U15输出端连接有第一防干扰光电耦合器U17, 第一防干扰光电耦合器U17输出端与主控芯片U16连接；主控芯片U16的两个输入端通过9针串口电路（13）与PLC连接，主控芯片U16输出端连接有第二防干扰光电耦合器U14, 第二防干扰光电耦合器U14输出端与主控芯片U15连接。
5.根据权利要求4所述一种游乐设施产品全生命周期数据采集终端设备，其特征在于所述终端控制器还包括高效电源转换电路，高效电源转换电路采用TPS54360芯片，其输入端VIN与PLC24V电源连接，TPS54360芯片输出端SW连接有电感L2和电容C40、C41组成的震荡电路，震荡电路输出端作为高效电源转换电路输出端，高效电源转换电路输出端输出3.3V电源。
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