CN1734456A - 无线数据采集综合管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无线数据采集综合管理系统，包括采集模块、数据接收处理模块及综合管理模块，其中：采集模块由数字仪表及终端适配器组成，终端适配器以中央处理器为中心，分别与第一蓝牙通讯模块、光耦模块连接，再由光耦模块通过第二串口与仪表的数据接口相连接；终端适配器中的中央处理器的内嵌闪存中存有监控处理程序；数据接收处理模块由主机适配器中第二蓝牙通讯模块通过串口模块与第三串口相连，再由第三串口接至计算机；采集模块和数据接收处理模块分别通过终端适配器中的第一蓝牙通讯模块和主机适配器中的第二蓝牙通讯模块发送和接收数据。本发明数据采集准确、及时，安全性高，减少了工作人员的劳动强度，适用范围广。

Description

无线数据采集综合管理系统

技术领域

本发明涉及一种无线数据采集综合管理系统，具体地说是一种应用于分散计量数据的采集、传输、分析和处理的无线数据采集综合管理系统。

背景技术

各种仪器仪表在各行各业都有着广泛的应用，仪器或仪表的计量数据是反映能源消耗或各种监测数据的第一手资料，这些数据能否及时、准确的采集关系到能源分配的合理性、工业控制的科学性以及上升到管理层面决策的正确性等一系列问题，这些问题也直接关系到企业经营的效益和经营指标。为使仪器或仪表更能准确的检测到现场数据，通常将仪器或仪表的测试头置于其所监测的介质中，而读数部分紧邻其后或采用二者一体的结构，对于在大范围内分散计量数据的仪器或仪表不易将其通讯电缆线接至中央管理系统，否则其传输信号不准确，而且工程造价相当昂贵。目前普遍采用的读表方法是每间隔一段时间，由人工到现场读数，不管现场环境如何，抄表员都要克服各种困难完成这项工作。抄表计量工作是十分繁重的，尤其在分散范围广而设置仪表多的行业或单位，因为将这些仪器或仪表全部抄一遍读数需要很长时间，而且不可能获取全部的仪器或仪表在同一时刻的读数，也不能够将数据及时汇总、及时上报，不利于企业的经营管理，而且随着环境条件的变化，如自来水公司安装于井下的液晶水表，夏季井下积满雨水，冬季天气寒冷，液晶显示的水表根本无法读数；井下有沼气、马路上来往的汽车也威胁工作人员的人身安全，这一切都增加了仪器仪表读数准确、及时获取的困难。

发明内容

为解决现有仪器仪表上计量数据读取困难、上传数据受通讯方式的限制等问题，本发明的目的在于提供一种可在同一时间内及时、准确获取仪器或仪表的流量计数，并可随时将仪器或仪表的计量数据上传主控室计算机的无线数据采集综合管理系统。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明包括采集模块、数据接收处理模块及综合管理模块，其中：采集模块由数字仪表及终端适配器组成，终端适配器以中央处理器为中心，通过TXD0、TXENT和RXD0端口和第一串口相连，再由第一串口与第一蓝牙通讯模块连接；中央处理器通过RXD与TXD端口分别与第一光耦模块、第二光耦模块连接，再由第一光耦模块与第二光耦模块通过第二串口的TXD2、CS端口与仪表的数据接口相连接；中央处理器通过引脚Rin和Off-RST与看门狗相连；中央处理器通过引脚3SCL、3SDA与时钟模块相连；电源模块接至中央处理器的电源控制端PWR；中央处理器、第一光耦模块、第二光耦模块、时钟模块及看门狗的VCC引脚均接至电源模块的输出端；终端适配器中的中央处理器内嵌闪存中存有监控处理程序；数据接收处理模块由主机适配器及计算机组成，主机适配器中第二蓝牙通讯模块通过引脚TXD4、RXD4和TXEN4与串口模块相连，该串口模块再通过引脚TXD3、RXD3和TXEN3与第三串口J3相连，第二蓝牙通讯模块及串口模块通过电源控制端PWR接至第三串口，再由第三串口接至计算机；采集模块和数据接收处理模块分别通过终端适配器中的第一蓝牙通讯模块和主机适配器中的第二蓝牙通讯模块发送和接收数据；数据接收处理模块中的计算机将采集到的仪表数据上传至综合管理模块中的主控室服务器，主控室服务器中存有管理程序；

所述监控处理程序的具体流程为：

1)初始化中央处理器；

2)设定第一蓝牙通讯模块为接收状态；

3)中央处理器进入低功耗工作状态；

4)判断是否收到第二蓝牙通讯模块发出的请求上传数据的信号，中央处理器处于中断服务方式工作，如果收到第二蓝牙通讯模块发出的请求信号，中央处理器电路从低功耗工作状态转入正常工作状态，如果没有收到第二蓝牙通讯模块发出的请求信号，中央处理器仍处于中断服务方式工作，中央处理器仍然在低功耗工作状态；

5)设定第一蓝牙通讯模块为发送状态；

6)通过第一串口控制第一蓝牙通讯模块发送仪表数据给第二蓝牙通讯模块。

本发明与其他现有技术相比具有以下优点：

1.数据采集准确、及时，工作效率高。由于本发明通过主机适配器及终端适配器利用蓝牙通讯技术进行仪表数据的采集，即用无线数据采集代替了以往人工抄表，可同一时间记录全部计量仪器或仪表数据，直接生成数据库，大大减少了抄表、制作报表的时间，便于对抄表人员进行监督管理，防止数据不准确。

2.利于能源分配的合理性及工业监控的准确性。由于本发明利用数据库比较总表与各分散点表流量累计数之间的关系，便于总公司与各分公司之间的结算，有效控制用水量，合理分配水资源，并通过数据比较，确定是否有跑冒滴漏现象，为企业减少经济损失。

3.安全性高，减少了工作人员的劳动强度，保证人身安全。由于本发明在使用时无需抄表人员到现场亲自读表，既省时、省力，又避免了如井下沼气、缺氧等恶劣环境而带来的危险。

4.控制功能强大。由于本发明系统的全部数据来源于负责分散计量的仪表，系统对仪器仪表的历史数据、是否死机的工作状态进行全方位监控，一旦仪器仪表工作不正常，系统将如黑匣子一样保存仪器仪表的最后数据和时间；

5.改变了传统通讯方式中通讯双方处于平等地位的局面。在数据信号采集过程中，本发明将分散计量仪器仪表视为一个子系统，数据来源于分散计量仪器仪表，采用有线的方式，利用非常规的通讯协议进行通讯。同时为了保证数据通讯过程中不受干扰，系统与仪器仪表之间的通讯采用光电隔离的措施，使数据传输顺畅，实现了数据采集的高效数据运算处理。

6.环境适应能力强，保证工作电源的供应。由于本发明终端适配器的外壳坚固和经过密封处理，使其处于潮湿甚至水浸的条件下仍能工作很长一段时间；由于本发明采用蓝牙通讯技术，采集来的数据信号通过蓝牙芯片以多通道的方式传送到笔记本计算机中，有效解决了信号屏蔽的问题；系统选用了大安时、自损耗低、性能可靠的锂电池，同时采用微安(uA)级的芯片，并且采用间歇式的工作方式，使系统大多数时间处于休眠的状态，从而大大降低了系统的功耗，理论计算电源可以使用800个工作日，保守预计可以工作一年的时间，而且当电源电压低于设定值时，可以自动启动备用电源，最多可以使用6块备用电池，解决了某些特定环境没有现成的工作电源供应的问题，

7.管理功能完善。本发明的上位机数据库负责数据的通讯，对全部的历史数据进行档案管理，可以方便查询每块仪表的历史数据，并可以打印各种所需报表，实现每月底的自动结算，完成流量的自动配比划分等项工作；对所负责的每块分散计量的仪表，系统设定一身份的标识，包括该表的地理位置等信息。将接收到的累计流量、瞬时流量、流量方向等信息记录并立刻与上月数据进行比较，以验证系统及仪表工作是否出现异常；为了实现对数据管理的安全性，该数据库还设置了网络化管理必需的等级管理制度，不同级别的管理层次人员，可以进入不同的数据查询功能区，确保数据的准确可靠。

8.本系统适用于安全报警、无线自动扫表、家居及工业自动化、远端遥控及无线数传等广泛领域。

附图说明

图1为本发明系统结构原理框图；

图2为主机适配器电路原理图；

图3为终端适配器电路原理图；

图4为终端适配器程序流程图；

图5为本发明管理程序结构图。

具体实施方式

如图1～4所示，本发明包括采集模块、数据接收处理模块及综合管理模块，其中：采集模块由数字仪表及终端适配器组成，终端适配器以中央处理器CPU为中心，通过TXD0、TXENT和RXD0端口和第一串口J1相连，再由第一串口J1与第一蓝牙通讯模块U3连接；中央处理器CPU通过RXD与TXD端口分别与第一光耦模块Txd1、第二光耦模块CS1连接，再由第一光耦模块Txd1与第二光耦模块CS1通过第二串口J2的TXD2、CS端口与仪表的数据接口相连接；中央处理器CPU通过引脚Rin和Off-RST与看门狗U1相连；中央处理器CPU通过引脚3SCL、3SDA与时钟模块U2相连；电源模块D1接至中央处理器CPU的电源控制端PWR；中央处理器CPU、第一光耦模块Txd1、第二光耦模块CS1、时钟模块U2及看门狗U1的VCC引脚均接至电源模块D1的输出端；终端适配器中的中央处理器CPU内嵌闪存中存有监控处理程序；

数据接收处理模块由主机适配器及计算机组成，主机适配器中第二蓝牙通讯模块U4通过引脚TXD4、RXD4和TXEN4与串口模块U5相连，该串口模块U5再通过引脚TXD3、RXD3和TXEN3与第三串口J3相连，第二蓝牙通讯模块U4及串口模块U5通过电源控制端PWR接至第三串口J3，再由第三串口J3接至计算机；

采集模块和数据接收处理模块分别通过终端适配器中的第一蓝牙通讯模块U3和主机适配器中的第二蓝牙通讯模块U4发送和接收数据；

数据接收处理模块中的计算机通过网络、软盘、优盘或外置硬盘等将采集到的仪表数据上传至综合管理模块中的主控室服务器，主控室服务器中存有管理程序。

所述计算机可为便携式计算机、台式计算机或掌上电脑。

所述监控处理程序的具体流程为：

1)初始化中央处理器CPU；

2)设定第一蓝牙通讯模块U3为接收状态；

3)中央处理器CPU进入低功耗工作状态；

4)判断是否收到第二蓝牙通讯模块U4发出的请求上传数据的信号，中央处理器CPU处于中断服务方式工作，如果收到第二蓝牙通讯模块U4发出的请求信号，中央处理器CPU电路从低功耗工作状态转入正常工作状态，如果没有收到第二蓝牙通讯模块U4发出的请求信号，中央处理器CPU仍处于中断服务方式工作，中央处理器CPU仍然在低功耗工作状态；

5)设定第一蓝牙通讯模块U3为发送状态；

6)通过第一串口J1控制第一蓝牙通讯模块U3发送仪表数据给第二蓝牙通讯模块U4(实施例中重复发送8次以确保接收数据成功)。

本发明的数据采集模块采用TI公司的DSP430芯片，由于DSP430运行在1 MHZ时钟条件下，工作电流在0.1A到400uA之间，工作电压为1.8～3.6伏，在数据信号采集过程中可实现高效数据运算处理。数据来源于分散计量仪器仪表，采用有线的方式，利用非常规的通讯协议进行通讯。该系统将分散计量仪器仪表视为一个子系统，改变了传统通讯方式中通讯双方处于平等地位的局面。系统向仪器仪表发送低电平的片选信号CS，作为子系统的仪器仪表开始发送数据，只有当系统接收到正确的数据信号为止。同时为了保证数据通讯过程中不受干扰，系统与仪器仪表之间的通讯采用光电隔离的措施，耐压达2000V-3000V，使数据传输顺畅。

本发明采用16位的计算机芯片作为主控制单元，可以将数据进行存储。采集来的数据信号通过第一蓝牙通讯模块U3及第二蓝牙通讯模块U4以多通道的方式传送到笔记本计算机中，生成需要的数据库，保存历史数据。由于蓝牙技术的通讯范围要求，最佳的通讯距离为10米以内。之所以采用蓝牙通讯技术，主要是基于井底存在严重的信号屏蔽的原因，而蓝牙通讯技术可以解决信号屏蔽的难题。系统采用了当代最先进的欧洲“蓝牙技术”应用全数字科技，由单IC组合而成，可高速传输数据信号的微型ISM-频段收发信机，工作频段为433-434MHz，可任意编设2个工作信道，空中传输数据速率为19.2Kbps，工作电压范围为2.7V-5.25V，适用于安全报警、无线自动抄表、家居及工业自动化、远端遥控、无线数传等等广泛系统领域。

由于某些特定环境没有现成的能源供应，而且环境十分恶劣，系统处于潮湿甚至水浸的条件下仍然要工作很长一段时间，所以终端适配器具有坚固的外壳并进行良好密封，同时选用了大安时、自损耗低、性能可靠的锂电池，同时采用微安(uA)级的芯片，并且采用间歇式的工作方式，使系统大多数时间处于休眠的状态，从而大大降低了系统的功耗，理论计算电源可以使用800个工作日，保守预计可以工作一年的时间。本发明可以监控电源的能量比例，当电源电压低于设定值时，可以启动备用电源，以保证系统的使用要求，最多可以使用6块备用电源。

为了实现系统准确的记录数据和实现间歇工作，采用了精密可靠的时钟芯片，保证系统的精确运行。因为本发明的全部数据来源于负责分散计量的仪表，因此，仪器仪表工作的是否正常直接影响系统的工作性能，因此系统对仪器仪表的历史数据、是否死机的工作状态进行全方位监控，一旦仪器仪表工作不正常，系统将如黑匣子一样保存仪器仪表的最后数据和时间。

本发明采用18K的存储芯片，确保记录仪器仪表一定时间段内的历史数据。

如图5所示，为本发明管理程序结构框图。本发明数据库主要负责数据的通讯，并记录全部历史数据，对所负责的分散计量的每块仪表，系统设定一身份的标识，包括该表的地理位置等信息。将接收到的累计流量、瞬时流量、流量方向等信息记录并立刻与上月数据进行比较，以验证系统及仪表工作是否出现异常。对全部的历史数据进行档案管理，可以方便查询每块仪表的历史数据，并可以打印各种所需报表，实现每月底的自动结算，完成流量的自动配比划分等项工作。

为了实现对数据管理的安全性，该数据库还设置了网络化管理必需的等级管理制度，不同级别的管理层次人员，可以进入不同的数据查询功能区，确保数据的准确可靠。

如图2所示，终端适配器的工作过程为：

电源模块D1输出3.6V电压，给第一蓝牙通讯模块U3供电，中央处理器CPU(型号为DSP430)通过第一串口J1的TXEN引脚控制第一蓝牙通讯模块U3的收发工作状态或低功耗工作状态；中央处理器CPU通过Rest-bit和Off-rst定期重置看门狗U1，如果一段时间内中央处理器CPU没有对看门狗U1发出重置信号，说明中央处理器CPU出错或停机，则看门狗U1的RST引脚使中央处理器CPU重新启动；时钟模块U2通过3SDA、3SCL引脚与中央处理器CPU通过第一串口J1的TXEN引脚控制第一蓝牙通讯模块U3定时收发数据；中央处理器CPU通过第二光耦模块CS1的CS引脚向仪表请求上传数据，上传数据通过第一光耦模块Txd1的TXD2引脚至中央处理器CPU，中央处理器CPU再通过TXEN引脚控制第一蓝牙通讯模块U3把数据发送给主机适配器的第二蓝牙通讯模块U4。

中央处理器CPU可通过第一串口J1的引脚RXD0及TXD0与第一蓝牙通讯模块U3进行通讯。

如图4所示，主机适配器的工作过程为：

第二蓝牙通讯模块U4从第一蓝牙通讯模块U3收发数据，并将该数据通过串口模块U5及第三串口J3上传至便携式电脑或PDA；便携式电脑或PDA通过第三串口J3给第二蓝牙通讯模块U4提供3.6V的电压；便携式电脑或PDA通过第三串口J3和串口模块U5的TXEN3、TXEN4引脚控制第二蓝牙通讯模块U4的收发工作状态。

本实施例以自来水行业的抄表工作人员读取供水系统关口表为例。使用时，将本发明的终端适配器与仪表的数据接口相连接，载有抄表人员的汽车从井旁驶过，数据接收处理系统发出的数据采集指令通过蓝牙芯片发送出来，该信号被低功耗采集模块上的第一蓝牙芯片接收后，微处理器将水表的标准信号进行A/D转换，或通过蜗轮表、超声波表等水表本身具有的RS232、RS485、RS422等数据接口，将流量信息采集存储下来，与水表的设定地址(表号)、读表时间、水流方向及水表其它的参数等信息一起，经第一蓝牙通讯模块U3传送到数据接收处理系统的计算机中(本实施例为便携式笔记本电脑)，并且立刻生成数据库，将这些信息和数据再传输到中心调度室的计算机中，可以将每块表的历史记录清晰地在数据库上体现出来，依据这些数据就可以进行各公司经营情况的评估。

上述实施例是针对本发明一个具体应用的说明，并非用以限制本发明的专利范围。本发明还可广泛应用于能源(包括石油、电力、天然气及煤气等行业)、交通、医护(尤其是隔离区)及企事业单位等凡是带有通讯接口的数字仪器或仪表。

Claims (3)

1.一种无线数据采集综合管理系统，其特征在于：包括采集模块、数据接收处理模块及综合管理模块，其中：

采集模块由数字仪表及终端适配器组成，终端适配器以中央处理器(CPU)为中心，通过TXD0、TXENT和RXD0端口和第一串口(J1)相连，再由第一串口(J1)与第一蓝牙通讯模块(U3)连接；中央处理器(CPU)通过RXD与TXD端口分别与第一光耦模块(Txd1)、第二光耦模块(CS1)连接，再由第一光耦模块(Txd1)与第二光耦模块(CS1)通过第二串口(J2)的TXD2、CS端口与仪表的数据接口相连接；中央处理器(CPU)通过引脚R in和Off-RST与看门狗(U1)相连；中央处理器(CPU)通过引脚3SCL、3SDA与时钟模块(U2)相连；电源模块(D1)接至中央处理器(CPU)的电源控制端PWR；中央处理器(CPU)、第一光耦模块(Txd1)、第二光耦模块(CS1)、时钟模块(U2)及看门狗(U1)的VCC引脚均接至电源模块(D1)的输出端；终端适配器中的中央处理器(CPU)内嵌闪存中存有监控处理程序；

数据接收处理模块由主机适配器及计算机组成，主机适配器中第二蓝牙通讯模块(U4)通过引脚TXD4、RXD4和TXEN4与串口模块(U5)相连，该串口模块(U5)再通过引脚TXD3、RXD3和TXEN3与第三串口J3相连，第二蓝牙通讯模块(U4)及串口模块(U5)通过电源控制端PWR接至第三串口(J3)，再由第三串口(J3)接至计算机；

采集模块和数据接收处理模块分别通过终端适配器中的第一蓝牙通讯模块(U3)和主机适配器中的第二蓝牙通讯模块(U4)发送和接收数据；

数据接收处理模块中的计算机将采集到的仪表数据上传至综合管理模块中的主控室服务器，主控室服务器中存有管理程序。

2.按权利要求1所述的无线数据采集综合管理系统，其特征在于：所述计算机可为便携式计算机、台式计算机或掌上电脑。

3.按权利要求1所述的无线数据采集综合管理系统，其特征在于：所述监控处理程序，其具体流程为：

1)初始化中央处理器(CPU)；

2)设定第一蓝牙通讯模块(U3)为接收状态；

3)中央处理器(CPU)进入低功耗工作状态；

4)判断是否收到第二蓝牙通讯模块(U4)发出的请求上传数据的信号，中央处理器(CPU)处于中断服务方式工作，如果收到第二蓝牙通讯模块(U4)发出的请求信号，中央处理器(CPU)电路从低功耗工作状态转入正常工作状态，如果没有收到第二蓝牙通讯模块(U4)发出的请求信号，中央处理器(CPU)仍处于中断服务方式工作，中央处理器(CPU)仍然在低功耗工作状态；

5)设定第一蓝牙通讯模块(U3)为发送状态；

6)通过第一串口(J1)控制第一蓝牙通讯模块(U3)发送仪表数据给第二蓝牙通讯模块(U4)。

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