CN201853337U - 一种新型数据采集与无线传输系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型数据采集与无线传输系统，包括底层数据测量装置、Wi-net采集器、Wi-net路由器和Wi-net集中器，底层数据测量装置与Wi-net采集器通过数据线连接传输数据，Wi-net采集器、Wi-net路由器和Wi-net集中器之间通过无线信道传输数据。Wi-net路由器是多跳路由和协助Wi-net采集器通信，相当于无线中继设备，将Wi-net采集器传输的数据无线传送到Wi-net集中器或别的Wi-net路由器，Wi-net集中器将整个无线网络采集到的全部数据处理后通过以太网或GPRS再上传到主站管理计算机。本实用新型具有通信组网方式灵活、适用范围广、网络容量大、成本低、功耗低、维护简单、功能齐全、使用方便、采集数据准确快捷、设备稳定性高、安装接线容易等特点，是实用化程度很高的无线数据采集传输方案。

Description

一种新型数据采集与无线传输系统

技术领域

本实用新型属于无线网络的数据传输设备领域，特别是涉及一种在无线抄表，智能仪表(器)等物联网领域中广泛使用的数据采集与无线传输系统，该系统将目前所新兴的2.4GHz频段的Zigbee射频技术与GPRS技术、TCP/IP技术相结合，从而形成一套完整的无线网络数据集中采集方案。

背景技术

目前市场上利用近距离无线通信产品架构的数据传输系统层出不穷，其广泛应用在无线通讯方面的技术有：蓝牙(Bluetooth)，红外(IrDA)和无线局域网802.11(Wi-Fi)技术。此外，还有一些具有发展潜力的近距离无线技术标准，它们分别是：超宽频(UltraWideBand)、短距离通信(NFC)、WiMedia、GPS、DECT、无线139和专用无线系统等。它们都有各自立足的特点，或基于传输速度、距离、耗电量的特殊要求；或着眼于距离的扩充性；或符合某些单一应用的特殊要求；或建立竞争技术的差异优化等，但没有一种技术完美到可以满足所有的要求。下面对当前生活工作中广泛使用的几种短距离无线通信技术进行介绍：(1)蓝牙技术，蓝牙是一种无线数据与语音通信的开放全球规范，是为固定设备或移动设备之间的通信环境建立通用的近距离无线接口，将通信技术与计算机技术进一步结合起来，使各种设备在没有电缆或电缆相互连接的情况下，能在近距离范围内实现相互通信或操作。其传输频段为全球公众通用的2.4GHz ISM频段，提供1Mbps的传输速率和10m的传输距离。蓝牙技术缺点是过于昂贵，突出表现在芯片大小和价格难以下调、抗干扰能力不强、传输距离太短、信息安全问题等等，这就使得许多用户不愿花大价钱来购买这种无线设备；(2)IrDA技术，IrDA是一种利用红外线进行点对点通信的技术，能在1m范围内以最快16Mb/s的速率传输数据，IrDA的主要优点是无需申请频率的使用权，因而红外通信成本低廉。并且还具有移动通信所需的体积小、功能低、连接方便、简单易用的特点。此外，红外线发射角度较小，传输上安全性高。IrDA的不足在于它是一种视距传输，两个相互通信的设备之间必须对准，中间不能被其它物体阻隔，因而该技术只能用于2台设备之间的连接；(3)NFC技术，NFC(Near FieldCommunication近距离传输)是由Philips、NOKIA和Sony主推的一种类似于RFID(非接触式射频识别)的短距离无线通信技术标准，NFC采用了双向的识别和连接。在20cm距离内工作在13.56MHz频率范围，NFC有三种应用类型：设备连接、实时预定、移动商，它不适用于工业应用场合；(4)UWB技术，超宽带技术UWB(Ultra wideband)是一种无线载波通信技术，他不采用正弦载波，而是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。UWB可在非常宽的带宽上传输信号，UWB主要应用在小范围、高分辨率、能够穿透墙壁、地面和身体的雷达和图像系统中。这种新技术适用于对速率要求非常高(大于100Mb/s)的LANs或PANs，UWB尤其适合近距离内高速传送大量多媒体数据；(5)Wi-Fi技术，Wi-Fi(WirelessFidelity)，无线保真技术，属于在办公室和家庭中使用的短距离无线技术。该技术使用的使2.4GHz附近的频段，该频段目前尚属没用许可的无线频段。其目前可使用的标准有两个，分别是IEEE802.11a和IEEE802.11b；Wi-Fi技术传输的无线通信质量不是很好，数据安全性能差；(6)Zigbee技术，Zigbee主要应用在短距离范围之内并且数据传输速率不高的各种电子设备之间。Zigbee名字来源于蜂群使用的赖以生存和发展的通信方式，蜜蜂通过跳zigbee形状的舞蹈来分享新发现的食物源的位置、距离和方向等信息。Zigbee使用2.4GHz波段，采用跳频技术。与其它短距离无线通信技术相比，zigbee更简单、功率及费用更低，传输可靠性高。另外，它可与254个节点联网。可以比其它短距离无线技术更好的支持游戏、消费电子、仪器、工业监控/自动化、传感器网络、家庭监控/自动化、安全系统和玩具等领域应用。zigbee技术特点主要包括以下几个部分：数据传输可靠性高；功耗低，在低耗电待机模式下，两节普通5号干电池可使用6个月以上；低成本，因为zigbee数据传输速率低，协议简单，所以大大降低了成本，无需支付协议专利费；网络容量大，每个zigbee网络最多可支持255个设备，也就是说每个zigbee设备可以与另外254台设备相连接；并且可以通过集中器将Zigbee网络进行扩展；工作频段灵活，使用的频段分别为2.4GHz、868MHz(欧洲)915MHz(美国)，均为免执照频段。

虽然上述各种无线通信技术迅猛发展，极大提高了人们的工作效率和生活品质，然而，在日常生活和工业领域中，人们仍然被各种电缆所束缚，能否在一定范围内实现各种设备之间的无线通信，纵观目前发展较成熟的几大短距离无线通信技术，往往比较复杂，不但耗费资源较多，而且成本也比较高，并不适用于短距离、低成本、低功耗的工业控制，数据采集、监控报警、集中抄表等无线通信的场合。

发明内容

本实用新型的目的是针对目前各种工业通信仍然被电缆所束缚的问题，提出一种全新的基于Zigbee和GPRS无线通信技术的把无线短距离和无线远距离通信有机结合的无线数据集中采集与传输方案，以达到不利用通信电缆而实现各种设备之间相互通信的目的。

实现上述目的的本实用新型技术方案为：一种新型数据采集与无线传输系统，包括底层数据测量装置、Wi-net采集器、Wi-net路由器和Wi-net集中器。底层数据测量装置与Wi-net采集器通过数据线连接传输数据，Wi-net采集器、Wi-net路由器和Wi-net集中器之间通过无线信道传输数据。Wi-net路由器充当无线中继设备，将Wi-net采集器传输的数据无线传送到Wi-net集中器。一台Wi-net路由器可以接收多台Wi-net采集器传输的数据，一台Wi-net集中器也可以接收多台Wi-net路由器传输的数据。

与Wi-net采集器连接的底层数据测量装置可以是电能表、数字仪表或传感器。

底层数据测量装置与Wi-net采集器可以采用RS485总线方式连接。

Wi-net集中器可以通过GPRS方式或INTERNET网络连接方式传送数据。

上述Wi-net路由器与Wi-net采集器和Wi-net集中器的无线通讯形式为Zigbee短距离无线通讯连接方式。

本实用新型发明和现有技术相比，具有通信组网方式灵活、适用范围广、网络容量大、成本低、功耗低、维护简单、功能齐全、使用方便、采集数据准确快捷、设备稳定性高、安装接线容易等特点，是实用化程度很高的无线数据传输方案。本实用新型发明采用的是基于ZigBee无线射频技术，该技术使用的是无需申请的2.4G ISM免费频段，而且都满足国家对2.4G频道无线产品的相关规定。而有线网络技术必须用通信电缆与中央指挥系统相连接，造价高，且不便操作。特别是在无线集中抄表应用中体现了诸多优点和有益效果，它抄读数据准确快捷、使用方便可靠、安装费用低廉，维护简单，不需要租用公网，也无须巨额运行费用，这是现代智能集抄系统的最优解决方案！利用本实用新型发明集成的集抄系统方案，可以省去每个月挨家挨户敲门查表、抄表收费给用户和抄表人员带来的很多麻烦，且安全可靠；可以有效解决入户抄表收费存在的诸多弊端，提高效率，避免入户抄表引发的不安全因素(如冒充收费人员入室抢劫)，避免用户受到打扰(如用户在家休息时)和杜绝用户拖欠费用等情况；同时可以解决电力部门长期以来一直等待解决的问题——对电能数据的统计、分析和实时监测等。此外，本实用新型在工业控制、农业、矿井、环境监测等领域也有诸多优点，它可以解决敷设大量通信电缆的麻烦，使人们不在受电缆的束缚，使人们使用最少的资源解决更多的问题。本实用新型产品的设计还充分考虑使用环境，做到防尘防水，能在环境比较恶劣的户外长期稳定的工作，这极大的提高和方便了人们的工作。

附图说明

图1是本实用新型的一种结构构架框图；

图2是本实用新型的另一种结构构架框图；

图3是本实用新型在使用过程中的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施方式进行具体描述。如图1所示，为本实用新型的一种结构构架框图，整个新型数据采集与无线传输系统，包括底层数据测量装置、Wi-net采集器、Wi-net路由器和Wi-net集中器，底层数据测量装置与Wi-net采集器通过数据线连接传输数据，Wi-net路由器通过分别无线通讯形式接收Wi-net采集器传输的数据及发送至Wi-net集中器。Wi-net路由器充当无线中继设备，将Wi-net采集器传输的数据无线传送到Wi-net集中器。图中，一台Wi-net路由器接收多台Wi-net采集器传输的数据，每台Wi-net集中器也接收多台Wi-net路由器传输的数据。本实施例中的底层数据测量装置为电能表，其与Wi-net采集器通过RS485总线方式连接，从而将电能表的数据实时传送至Wi-net采集器，Wi-net采集器将数据通过Zigbee短距离无线通讯连接方式将数据传送至Wi-net路由器，Wi-net路由器接收多台Wi-net采集器传送的数据并将其通过Zigbee无线方式传送至Wi-net集中器，最终Wi-net集中器通过GPRS方式将实时测量的数据传送至上层管理系统。

图2是本实用新型的另外一种实施方式，该实施例中，与Wi-net采集器相连接的不限于电能表还可以是传感器或其他的数字类仪表，采用同样的数据传输方式，实时测量的数据通过Wi-net集中器进入以太网，并被网络交换机接收并传输INTERNET上的数据中心。

图3表述了本实用新型系统的工作流程，如图所示，主站管理计算机通过GPRS或以太网将通信请求命令下发到Wi-Net集中器，Wi-Net集中器接到主站计算机命令后负责配置和启动整个无线网络，即启动Wi-Net路由器和唤醒Wi-Net采集器，网络启动完成后会自动计算网络路径将主站下发的命令传至现场设备层的智能仪表(如电能表)、传感器等，设备层的设备收到主站的请求命令后，立即应答响应，应答数据包通过无线网络传至Wi-Net集中器，Wi-Net集中器将应答数据包通过GPRS远程无线传输方式或以太网通信方式或串口通信方式传至主站管理计算机。

上述技术方案仅体现了本实用新型技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本实用新型的原理，属于本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种新型数据采集与无线传输系统，包括底层数据测量装置、Wi-net采集器、Wi-net路由器和Wi-net集中器，其特征在于，底层数据测量装置与Wi-net采集器通过数据线连接传输数据；Wi-net采集器、Wi-net路由器和Wi-net集中器之间通过无线短距离通信信道传输数据；Wi-net路由器充当无线中继设备，将Wi-net采集器传输的数据无线传送到Wi-net集中器；Wi-net集中器将无线网络采集到的全部数据处理后再上传到主站管理计算机。

2.根据权利要求1所述的新型数据采集与无线传输系统，其特征在于，一台Wi-net路由器可以接收多台Wi-net采集器传输的数据，一台Wi-net集中器也可以接收多台Wi-net路由器传输的数据。

3.根据权利要求1所述的新型数据采集与无线传输系统，其特征在于，与Wi-net采集器连接的底层数据测量装置可以是电能表、数字仪表或传感器。

4.根据权利要求1所述的新型数据采集与无线传输系统，其特征在于，底层数据测量装置与Wi-net采集器可以采用RS485总线方式连接。

5.根据权利要求1所述的新型数据采集与无线传输系统，其特征在于，Wi-net集中器可以通过GPRS方式或INTERNET网络连接方式与主站管理计算机进行数据交互。

6.根据权利要求1所述的新型数据采集与无线传输系统，其特征在于，Wi-net路由器与Wi-net采集器和Wi-net集中器的无线通讯形式为Zigbee短距离无线通讯连接方式。

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