CN112929995A - 无线数传网关 - Google Patents

Abstract

本发明涉及物联网技术领域，提出了无线数传网关，包括掉电检测电路，掉电检测电路包括比较器U5A，比较器U5A的同相输入端与电压采集电路连接，比较器U5A的反相输入端与电压保持电路连接，比较器U5A的输出端与控制器连接，电压保持电路包括串联的电阻R15和电阻R17，电阻R15的一端接地，电阻R17的一端与电源24V连接，还包括电容C6，电容C6并联在电源24V和地之间，电阻R15和电阻R17的串联点接入比较器U5A的反相输入端。通过上述技术方案，解决了现有技术中无线数传网关意外断电故障无法及时恢复的问题。

Description

无线数传网关

技术领域

本发明涉及物联网技术领域，具体的，涉及无线数传网关。

背景技术

边缘计算网关作为物联网系统的关键部件，用于采集工业现场各传感器设备的数据，并将数据打包上传到云平台，用户在云平台的后台完成设备、数据规则、组态画面、用户的创建，操作权限的划分。无论身处何地，只要有网络的地方打开电脑网页、手机网页、或者手机APP登录云平台即可实现对设备的远程管理。当网关意外断电时，服务器接收不到数据，也无法得知网关为何故障，无法及时进行异常恢复。

发明内容

本发明提出无线数传网关，解决了现有技术中无线数传网关意外断电故障无法及时恢复的问题。

本发明的技术方案如下：包括掉电检测电路，所述掉电检测电路包括比较器U5A，所述比较器U5A的同相输入端与电压采集电路连接，所述比较器U5A的反相输入端与电压保持电路连接，所述比较器U5A的输出端与控制器连接，

所述电压保持电路包括串联的电阻R15和电阻R17，所述电阻R15的一端接地，所述电阻R17的一端与电源24V连接，还包括电容C6，所述电容C6并联在电源24V和地之间，所述电阻R15和电阻R17的串联点接入所述比较器U5A的反相输入端。

进一步，所述电压采集电路包括串联的电阻R16和电阻R18，所述电阻R16的一端接地，所述电阻R18的一端与电源24V连接，所述电源R16和电阻R18的串联点接入比较器U5A的同相输入端。

进一步，还包括二极管D3，所述二极管D3的一端的阳极与电源24V连接，所述二极管D3的阴极与电容C6连接。

进一步，还包括依次连接的开关控制电路和多路报警电路，所述开关控制电路包括比较器U6B，所述比较器U6B的同相输入端与电压采集电路的输出端连接，所述比较器U6B的反相输入端与电源5V连接，所述比较器U6B的输出端通过电阻R21连接三极管Q2的基极，三极管Q2的发射极与电源12V连接，所述三极管Q2的集电极与多路报警电路连接。

进一步，所述多路报警电路包括电路结构相同的音频正极信号扩展电路和音频负极信号扩展电路，

所述音频正极信号扩展电路包括三极管Q2，所述三极管Q2的基极与音频输入信号正极VOICE+连接，所述三极管Q2的发射极通过电阻R24接地，所述三极管Q4的集电极与所述三极管Q2的集电极连接，

所述三极管Q2的发射极与四路音频输出电路一连接，其中一路音频输出电路一包括串联的电阻R25和电容C12，所述电阻R25的一端与所述三极管Q2的发射极连接，所述电容C12的一端与扬声器的正输入端连接，

所述音频负极信号扩展电路包括三极管Q3，所述三极管Q3的基极与音频输入信号负极VOICE-连接，所述三极管Q3的发射极通过电阻R31接地，所述三极管Q3的集电极与所述三极管Q2的集电极连接，

所述三极管Q3的发射极与四路音频输出电路二连接，其中一路音频输出电路二包括串联的电阻R32和电容C17，所述电阻R32的一端与所述三极管Q3的发射极连接，所述电容C17的一端与扬声器的负输入端连接。

进一步，还包括温度控制电路，所述温度控制电路包括比较器U6A，所述比较器U6A的同相输入端与温度采集电路连接，所述比较器U6A的反相输入端与参考电压VREF3连接，所述比较器U6A的输出端与三极管Q4的基极连接，所述三极管Q4的集电极与继电器K1线圈的一端连接，所述继电器K1线圈的另一端与电源12V连接，所述三极管Q4的发射极接地，所述继电器K1的常开触点用于控制风扇的启停。

进一步，所述温度采集电路包括串联的热敏电阻RT1和电阻R36，所述热敏电阻RT1的一个固定端与电源12V连接，所述电阻R36的一端接地，所述热敏电阻RT1和所述电阻R36的串联点接入比较器U6A的同相输入端。

进一步，还包括基准源电路三，所述基准源电路三包括串联的电阻R38和电阻R39，所述电阻R39的一端与电源5V连接，所述电阻R38的一端接地，所述电阻R38和所述电阻R39的串联点输出所述参考电压VREF3。

本发明的工作原理及有益效果为：

本发明中当电源24V断电时，比较器U5A同相输入端的电压迅速降为零，电容C6的两端的电压通过电阻R15和电阻R17缓慢放电，比较器U5A反相输入端的电压高于同相输入端的电压，比较器U5A输出端迅速由高电平变为低电平，控制器接收到该信号后，判定电源24V断开，及时提交异常信息到服务器。由于控制器为3.3V供电，从电源24V到3.3V的电源放电过程，为控制器提交异常信息提供了时间。

本发明在断电的瞬间能够及时检测到掉电信息，并提供尽可能长时间的电量保持，以保证网关可以最后向服务器提交异常信息。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明中掉电检测电路原理图；

图2为本发明中多路报警电路原理图；

图3为本发明中温度控制电路原理图；

图4为本发明中看门狗电路原理图；

图中：1-掉电检测电路，101-电压采集电路，102-电压保持电路，2-开关控制电路，3-多路报警电路，31-音频正极信号扩展电路，32-音频负极信号扩展电路，4-温度控制电路，41-温度采集电路，42-基准源电路三，5-看门狗电路。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本发明保护的范围。

如图1所示，本实施例无线数传网关包括掉电检测电路，掉电检测电路包括比较器U5A，比较器U5A的同相输入端与电压采集电路连接，比较器U5A的反相输入端与电压保持电路连接，比较器U5A的输出端与控制器连接，

电压保持电路包括串联的电阻R15和电阻R17，电阻R15的一端接地，电阻R17的一端与电源24V连接，还包括电容C6，电容C6并联在电源24V和地之间，电阻R15和电阻R17的串联点接入比较器U5A的反相输入端。

本实施例中当电源24V断电时，比较器U5A同相输入端的电压迅速降为零，电容C6的两端的电压通过电阻R15和电阻R17缓慢放电，比较器U5A反相输入端的电压高于同相输入端的电压，比较器U5A输出端迅速由高电平变为低电平，控制器接收到该信号后，判定电源24V断开，及时提交异常信息到服务器。由于控制器为3.3V供电，从电源24V到3.3V的电源放电过程，为控制器提交异常信息提供了时间。

本实施例在断电的瞬间能够及时检测到掉电信息，并提供尽可能长时间的电量保持，以保证网关可以最后向服务器提交异常信息。

进一步，如图1所示，电压采集电路包括串联的电阻R16和电阻R18，电阻R16的一端接地，电阻R18的一端与电源24V连接，电源R16和电阻R18的串联点接入比较器U5A的同相输入端。

电阻R16和电阻R18连接在电源24V和地之间进行串联分压，电阻R16的分压与电源24V成比例，通过检测电阻R16的分压可以检测电源24V是否正常，电路结构简单、操作方便。

进一步，如图1所示，还包括二极管D3，二极管D3的一端的阳极与电源24V连接，二极管D3的阴极与电容C6连接。

二极管D3起到反向截止作用，避免电源24V断开时，电容C6向电源24V反向充电，避免对电源24V造成损坏。

进一步，如图2所示，还包括依次连接的开关控制电路和多路报警电路，开关控制电路包括比较器U6B，比较器U6B的同相输入端与电压采集电路的输出端连接，比较器U6B的反相输入端与电源5V连接，比较器U6B的输出端通过电阻R21连接三极管Q2的基极，三极管Q2的发射极与电源12V连接，三极管Q2的集电极与多路报警电路连接。

当电源24V断开时，开关控制电路及时检测到该异常信息，并控制多路报警电路发出报警信息，提醒现场工作人员及时处理。其中，开关控制电路的工作原理为：电阻R16的端电压接入比较器U6B的同相输入端，比较器U6B的反相输入端接入电源5V，当电源24V断开时，比较器U6B同相端的电压低于反相端的电压，比较器U6B输出低电平，三极管Q2导通，电源12V为多路报警电路供电，多路报警电路开始工作。

进一步，如图2所示，多路报警电路包括电路结构相同的音频正极信号扩展电路和音频负极信号扩展电路，

音频正极信号扩展电路包括三极管Q2，三极管Q2的基极与音频输入信号正极VOICE+连接，三极管Q2的发射极通过电阻R24接地，三极管Q4的集电极与三极管Q2的集电极连接，

三极管Q2的发射极与四路音频输出电路一连接，其中一路音频输出电路一包括串联的电阻R25和电容C12，电阻R25的一端与三极管Q2的发射极连接，电容C12的一端与扬声器的正输入端连接，

音频负极信号扩展电路包括三极管Q3，三极管Q3的基极与音频输入信号负极VOICE-连接，三极管Q3的发射极通过电阻R31接地，三极管Q3的集电极与三极管Q2的集电极连接，

三极管Q3的发射极与四路音频输出电路二连接，其中一路音频输出电路二包括串联的电阻R32和电容C17，电阻R32的一端与三极管Q3的发射极连接，电容C17的一端与扬声器的负输入端连接。

音频输入信号正极VOICE+经过三极管Q2组成的射极跟随器进行电流放大后，输出四路音频输出电路一；音频输入信号负极VOICE-经过三极管Q2组成的射极跟随器进行电流放大后，输出四路音频输出电路二；可以在工业现场的不同地点设置多个扬声器，本实施例为四个，各路音频输出电路一与对应的音频输出电路二分别连接一个扬声器，例如，音频输出电路一输出的B1+信号接入扬声器的正极，音频输出电路二输出的B1-信号接入扬声器的负极，驱动对应的扬声器发出报警信息，在工业现场的不同地点设置多个扬声器进行音频报警，保证工作人员及时进行异常情况的处理。

进一步，还包括温度控制电路，如图3所示，温度控制电路包括比较器U6A，比较器U6A的同相输入端与温度采集电路连接，比较器U6A的反相输入端与参考电压VREF3连接，比较器U6A的输出端与三极管Q4的基极连接，三极管Q4的集电极与继电器K1线圈的一端连接，继电器K1线圈的另一端与电源12V连接，三极管Q4的发射极接地，继电器K1的常开触点用于控制风扇的启停。

本实施例网关应用于工业现场，用于采集工业现场的数据并上传至服务器，工业现场环境恶劣，在高温环境下，保证网关的正常工作，温度控制电路用于进行实时的温度检测，当温度过高时，及时打开风扇散热。

其中，温度控制电路的工作原理为：温度采集电路将现场的温度数据转换为电压数据输入到比较器U6A的同相输入端、与反相输入端的参考电压VREF3比较，当温度过高时，比较器U6A的同相输入端电压高于参考电压VREF3，比较器U6A输出高电平，三极管Q4导通，继电器K1线圈得电，继电器K1的常开触点闭合，风扇通电开始散热；当温度降到设定值时，比较器U6A的同相输入端电压低于参考电压VREF3，比较器U6A输出低电平，三极管Q4断开，继电器K1线圈断电，继电器K1的常开触点断开，风扇停止工作。

本实施例实现了网关工作环境温度的自动控制，有利于网关的可靠运行，而且电路结构简单、成本低。

进一步，还包括温度采集电路，如图3所示，温度采集电路包括串联的热敏电阻RT1和电阻R36，热敏电阻RT1的一个固定端与电源12V连接，电阻R36的一端接地，热敏电阻RT1和电阻R36的串联点接入比较器U6A的同相输入端。

热敏电阻RT1设置在网关的壳体内，用于采集网关的环境温度，随着温度的升高，热敏电阻RT1的阻值降低，电阻R36分压增加，当温度过高时，比较器U6A的同相输入端高于参考电压VREF3，比较器U6A输出高电平，三极管Q4导通，继电器K1线圈得电，继电器K1的常开触点闭合，风扇通电开始散热；当温度降到设定值时，比较器U6A的同相输入端电压低于参考电压VREF3，比较器U6A输出低电平，三极管Q4断开，继电器K1线圈断电，继电器K1的常开触点断开，风扇停止工作。

进一步，还包括基准源电路三，如图3所示，基准源电路三包括串联的电阻R38和电阻R39，电阻R39的一端与电源5V连接，电阻R38的一端接地，电阻R38和电阻R39的串联点输出参考电压VREF3。

电阻R38和电阻R39连接在电源5V和地之间进行串联分压，输出参考电压VREF3到比较器U6A的同相输入端，通过调节电阻R38和电阻R39的阻值，可以调节参考电压VREF3的大小，电路结构简单、操作方便。

进一步，还包括看门狗电路，如图4所示，看门狗电路包括比较器U2、比较器U4和与非门U3，还包括串联的电容C1和电阻R7，电容C1的一端用于与控制器的WDI端连接，电阻R7的一端连接电源VDD，电容C1和电阻R7的串联点与与非门U3的一个输入端连接，与非门U3的另一个输入端用于与控制器的复位端连接，与非门U3的输出端依次经过二极管D2、电阻R9连接比较器U4的反相端，比较器U4的反相端还通过电容C5接地，比较器U4的同相端与参考电压VREF1连接，比较器U4的输出端接入比较器U2的反相端，比较器U2的同相端与参考电压VREF2连接，比较器U2的输出端与控制器的复位端连接，

二极管D2和电阻R9构成的串联支路的两端还并联有电阻R8。

在刚上电时，控制器的WDI端为低电平，电源VDD通过电阻R7为电容C1充电，在电容C1充电期间，与非门U3的输入端读取到低电平信号，与非门U3输出高电平，电阻R9的阻值较小，该高电平通过电阻R9为电容C5快速充电，比较器U4A的反相端电平高于同相端电平，比较器U4输出低电平，比较器U2的反相端电平低于同相端电平，比较器U2输出高电平信号RESET到控制器的复位端；当电容C1充满电后，与非门U3的输入端读取到高电平信号，与非门U3输出低电平，由于二极管D2的反向截止作用，且电阻R8的阻值大于电阻R9的阻值，电容C5通过电阻R8缓慢放电，维持比较器U4反相端的高电平状态，从而实现在控制器启动期间，保持比较器U2输出高电平信号RESET到控制器的复位端。

在控制器启动完成后，定时发送低电平信号到WDI端(定时喂狗)，定期为电容C5充电，保证比较器U4的反相端为高电平，从而使比较器U4输出低电平、比较器U2输出高电平到控制器的RESET端；否则，如果控制器未能及时发送低电平信号到WDI端，将会导致比较器U4的反相端为低电平，从而导致比较器U4输出高电平、比较器U2输出低电平到控制器的RESET端，将控制器复位。

通过调节电阻R8和电容C5的大小，可以调节本实施例的喂狗间隔时间，以满足控制器的不同需求。

进一步，还包括基准源电路一，如图4所示，基准源电路一包括串联的电阻R14和电阻R13，电阻R14的一端与电源VDD连接，电阻R13的一端接地，电阻R13和电阻R14的串联点输出参考电压VREF1。

电阻R14和电阻R13连接在电源VDD和地之间进行串联分压，输出参考电压VREF1到比较器U4的同相端，通过调节电阻R14和电阻R13的阻值，可以调节参考电压VREF1的大小，电路结构简单、操作方便。

进一步，还包括基准源电路二，如图4所示，基准源电路二包括串联的电阻R3和电阻R2，电阻R3的一端与电源VDD连接，电阻R2的一端接地，电阻R2和电阻R3的串联点输出参考电压VREF2。

电阻R3和电阻R2连接在电源VDD和地之间进行串联分压，输出参考电压VREF2到比较器U2的同相端，通过调节电阻R3和电阻R2的阻值，可以调节参考电压VREF2的大小，电路结构简单、操作方便。

进一步，如图4所示，还包括电阻R5和电容C4，电阻R5的一端与比较器U4的输出端连接，电阻R5的另一端与比较器U2的反相端连接，电容C4的一端与比较器U2的反相端连接，电容C4的另一端接地。

当控制器未能及时输出低电平信号到WDI端时，将会导致比较器U4的反相端为低电平，从而导致比较器U4输出高电平，比较器U4的输出端通过电阻R5为电容C4充电，电容C4的端电压保持比较器U2的反相端为高电平，比较器U2输出低电平信号到控制器的RESET端，将控制器复位。通过调节电阻R5和电容C4的大小，可以调节控制器的复位时间。

进一步，如图4所示，还包括二极管D1，二极管D1的阳极与与非门U3的一个输入端连接，二极管D1的阴极与电源VDD连接。

二极管D1反接再电源VDD和与非门U3的一个输入端之间，起到稳压的作用，避免过高的电压尖峰进入与非门U3，保证与非门U3的可靠工作。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (8)

1.无线数传网关，其特征在于，包括掉电检测电路(1)，所述掉电检测电路(1)包括比较器U5A，所述比较器U5A的同相输入端与电压采集电路(101)连接，所述比较器U5A的反相输入端与电压保持电路(102)连接，所述比较器U5A的输出端与控制器连接，

所述电压保持电路(102)包括串联的电阻R15和电阻R17，所述电阻R15的一端接地，所述电阻R17的一端与电源24V连接，还包括电容C6，所述电容C6并联在电源24V和地之间，所述电阻R15和电阻R17的串联点接入所述比较器U5A的反相输入端。

2.根据权利要求1所述的无线数传网关，其特征在于，所述电压采集电路(101)包括串联的电阻R16和电阻R18，所述电阻R16的一端接地，所述电阻R18的一端与电源24V连接，所述电源R16和电阻R18的串联点接入比较器U5A的同相输入端。

3.根据权利要求1所述的无线数传网关，其特征在于，还包括二极管D3，所述二极管D3的一端的阳极与电源24V连接，所述二极管D3的阴极与电容C6连接。

4.根据权利要求1所述的无线数传网关，其特征在于，还包括依次连接的开关控制电路(2)和多路报警电路(3)，所述开关控制电路(2)包括比较器U6B，所述比较器U6B的同相输入端与电压采集电路(101)的输出端连接，所述比较器U6B的反相输入端与电源5V连接，所述比较器U6B的输出端通过电阻R21连接三极管Q2的基极，三极管Q2的发射极与电源12V连接，所述三极管Q2的集电极与多路报警电路(3)连接。

5.根据权利要求4所述的无线数传网关，其特征在于，所述多路报警电路(3)包括电路结构相同的音频正极信号扩展电路(31)和音频负极信号扩展电路(32)，

所述音频正极信号扩展电路(31)包括三极管Q2，所述三极管Q2的基极与音频输入信号正极VOICE+连接，所述三极管Q2的发射极通过电阻R24接地，所述三极管Q4的集电极与所述三极管Q2的集电极连接，

所述三极管Q2的发射极与四路音频输出电路一连接，其中一路音频输出电路一包括串联的电阻R25和电容C12，所述电阻R25的一端与所述三极管Q2的发射极连接，所述电容C12的一端与扬声器的正输入端连接，

所述音频负极信号扩展电路(32)包括三极管Q3，所述三极管Q3的基极与音频输入信号负极VOICE-连接，所述三极管Q3的发射极通过电阻R31接地，所述三极管Q3的集电极与所述三极管Q2的集电极连接，

所述三极管Q3的发射极与四路音频输出电路二连接，其中一路音频输出电路二包括串联的电阻R32和电容C17，所述电阻R32的一端与所述三极管Q3的发射极连接，所述电容C17的一端与扬声器的负输入端连接。

6.根据权利要求1所述的无线数传网关，其特征在于，还包括温度控制电路(4)，所述温度控制电路(4)包括比较器U6A，所述比较器U6A的同相输入端与温度采集电路(41)连接，所述比较器U6A的反相输入端与参考电压VREF3连接，所述比较器U6A的输出端与三极管Q4的基极连接，所述三极管Q4的集电极与继电器K1线圈的一端连接，所述继电器K1线圈的另一端与电源12V连接，所述三极管Q4的发射极接地，所述继电器K1的常开触点用于控制风扇的启停。

7.根据权利要求6所述的无线数传网关，其特征在于，所述温度采集电路(41)包括串联的热敏电阻RT1和电阻R36，所述热敏电阻RT1的一个固定端与电源12V连接，所述电阻R36的一端接地，所述热敏电阻RT1和所述电阻R36的串联点接入比较器U6A的同相输入端。

8.根据权利要求6所述的无线数传网关，其特征在于，还包括基准源电路三(42)，所述基准源电路三(42)包括串联的电阻R38和电阻R39，所述电阻R39的一端与电源5V连接，所述电阻R38的一端接地，所述电阻R38和所述电阻R39的串联点输出所述参考电压VREF3。

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