CN208110324U - 一种特种设备远程数据采集分析仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种特种设备远程数据采集分析仪，属于特种设备监控及故障检测领域，该采集分析设备基于ARM9内核的iMX287和Cortex‑M3内核的STM32F103双处理器设计，包括温湿度传感器、三轴陀螺仪、气压高度传感器、烟雾探测器、位置检测单元、无线Wifi单元和信号采集单元、UPS管理单元以及3/4G无线收发单元等。本实用新型能够应用于特种设备的数据监测分析以及发送，适用于电梯、锅炉、特种车辆监控、塔吊、压力容器、压力管道等设备工作状态的远程监测。
Description
技术领域：
本实用新型涉及特种设备监控及故障检测分析领域，适用于电梯、锅炉、特种车辆、塔吊、压力容器、压力管道等特种设备的运行状态的远程监控以及数据分析。
背景技术：
随着物联网技术的发展，对于各种特种设备的状态监控有新的发展，在锅炉设备的监控中有着对压力的检测以及烟尘、温度检测、报警的需求，在特种车辆的状态中对位置测量、视频传输的需求，在塔吊等特种设备有对位置，风速、垂直度的测量和监测需求，以及在电梯设备应用中，由于维保不及时而频发不安全事故，电梯困人时不能及时救援，使电梯安全备受关注从而对电梯运行状态的远程监控的需求。现有的监控设计中并没有对电梯运行的环境温度、湿度、振动、以及速度、进行有效的监测。对于被困在轿厢里的乘客并没有有效的交流方式，乘客在电梯轿厢没有手机信号时候容易产生焦躁等不稳定情绪，导致乘客自己会采取一些危险的举动，上述电梯的安全监测设备缺乏系统性设计，无法在发生危险时与被困人员进行有效沟通，不能实现快速安抚与救援工作。
实用新型内容：
有鉴于此，本实用新型提供一种特种设备远程数据采集分析仪，该设备具有远程数据采集、存储以及软件分析、传输功能，可以用于采集输出开关量信号、RS485信号、RS232信号、CAN信号、以及视频信号的传感器输出的数据并且通过有线或者无线网络发送到云端服务器上进行分析处理再而发送到用户的终端、结合用户终端使用的app软件可以有效的进行故障报警指示以及数据远程监测。并且该设备具有速度检测、振动检测、烟雾检测、位置测量、无线wifi功能、并具有本地/远程配置网管以及数据智能分析功能。
为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种特种设备远程数据采集分析仪，其特征在于：包括基于ARM9内核的iMX287处理器、基于Cortex-M3内核的STM32F103处理器、3/4G无线收发单元、无线Wifi单元、温湿度传感器、光电耦合转换电路、三轴陀螺仪、RS485接口、CAN接口以及RS232接口，其中：
所述iMX287处理器与STM32F103处理器之间相互连接；
所述iMX287处理器分别连接所述3/4G无线收发单元、无线Wifi单元、温湿度传感器、RS485接口、CAN接口和RS232接口；
所述STM32F103处理器分别连接光电耦合转换电路和三轴陀螺仪，STM32F103处理器通过光电耦合转换电路连接外部传感器。
进一步的，还包括烟雾探测器、气压高度传感器和位置测量单元，其中：
所述烟雾探测器和气压高度传感器分别连接iMX287处理器用于烟雾报警和高度测量，所述位置测量单元连接STM32F103处理器用于用于设备位置测量。
进一步的，所述iMX287处理器和STM32F103处理器之间通过UART接口进行通信，所述iMX287处理器用于数据采集、分析、发送和存储；STM32F103处理器用于数据采集。
进一步的，所述外部传感器包括门机传感器、光电传感器、红外人体传感器、微波感应器、压力传感器、风速传感器、语音输出模块、气体检测传感器和摄像机，其中：
所述门机传感器、光电传感器、红外人体传感器和微波感应器别通过光电耦合转换电路连接STM32F103处理器分别用于采集门机信息、上下运行信息以及人体检测信息；
所述压力传感器、风速传感器、语音输出模块、气体检测传感器和摄像机分别连接iMX287处理器分别用于采集所监测设备的气压状态、所处位置的风速、语音信号、有害气体、以及图像视频信息。
进一步的，还包括内嵌式UPS管理单元，所述UPS管理单元具有电量监测功能和蓄电池保护功能，UPS管理单元在向内部主板芯片供电的同时向外部传感器供电。
进一步的，还包括通过无线网络连接iMX287处理器的平台服务器用于对数据采集分析仪所发送的数据进行统计智能分析再而发送给用户终端。
进一步的，还包括通过无线网络连接iMX287处理器的用户终端用于实时显示所采集分析数据。
进一步的，所述3/4G无线收发单元包括基于U9300W的3G/4G无线收发电路，3G/4G无线收发电路通过板载min-PCIE接口接入所述iMX287处理器、完成iMX287处理器与平台服务器之间的数据远程收发。
进一步的，所述无线Wifi单元包括基于RTL8188芯片的Wifi电路用于实现无线wifi功能，所述温湿度传感器包括HTU20D芯片用于测量温湿度数据。
进一步的，所述三轴陀螺仪包括MPU5060的三轴陀螺仪芯片，MPU5060的三轴陀螺仪芯片用于采集X、Y、Z三个方向的倾角和加速度来计算所监测设备的运行速度、倾斜度数据。
本实用新型的一种特种设备远程数据采集分析仪具有以下有益效果：
该采集分析仪以及应用于该设备上的软件系统能够应用于特种设备的数据监测分析以及发送，适用于电梯、锅炉、特种车辆监控、塔吊、压力容器、压力管道等设备工作状态的远程监测以及数据分析。
其中，该采集分析仪在应用于电梯物联网监控领域时，够采集和分析的电梯的运行状态包括有无人、开关门、上下行、平层/非平层等信息。在电梯发生故障或人员被困时进行报警，使救援人员可以及时了解故障现场情况、并通过终端远程与被困人员进行语音视频交流，被困用户通过设备自带的Wifi功能即使在没有手机信号的情况下仍然可以与外界保持沟通和交流。该特种设备远程数据采集设备增加了温度/湿度功能，解决了可以采集实时监测电梯内环境信息的问题，该特种设备远程数据采集设备在采集电梯运行状态的同时，可以使乘客和救援人员进行语音以及视频沟通，并且依靠自身无线网络提供Wifi网络使乘客可以通过连接无线Wifi和外界进行通信来让外界了解自己的实时状态。通过语音和视频对乘客进行情绪安抚，以避免乘客做出危险的举动。
其中，该采集分析仪在用于锅炉设备监控时，可以通过采集安装在锅炉上的压力传感器、温度、微颗粒、烟尘、二氧化硫数据测量传感器的数据并将数据统计以及智能分析后再通过无线网络发送到远程服务器上，再而发送到客户的终端上，在应用于塔吊监测时候，通过采集位置信息、风速信息、垂直度信息的传感器的数据进行采集和智能分析然后经过服务器的数据统计分析和故障诊断再发送到客户的终端上，在应用于特种车辆的监控领域、可以采集位置信息、视频图像信息再通过无线网络实时发送到服务器进而发送到客户终端。
相对于现有技术，本实用新型所述的一种特种设备远程数据采集分析仪具有以下优势：
1、本实用新型利用设备的wifi功能可以在应用于电梯远程监控时让被困用户及时和外界沟通；
2、本实用新型具有本地/远程参数配置网管功能；
3、本特种设备远程数据采集分析仪并不接入被监控的特种设备系统而独立运行，通过内部自身以及外部独立传感器采集数据，在用各种特种设备时，并不和各种特种设备系统有直接的信息交换，故而并不影响原特种设备系统的运行；
4、多种采集接口集成，可以对多种接口类型的传感器数据进行数据采集、实时分析、数据存储、远程发送。
5、本实用新型对被监测设备进行状态智能诊断、结合云服务器大数据统计和智能分析，以及终端和app的实时展示，实现数据的多方通达。
附图说明
图1为本实用新型的一种特种设备远程数据采集设备在用于电梯远程监控时的系统结构示意图；
图2为本实用新型的光电耦合转换电路连接示意图；
图3为本实用新型的MiniPCIE接口电路连接示意图；
图4为本实用新型的Wifi电路连接示意图；
图5为本实用新型的三轴陀螺仪和stm32处理器电路连接示意图；
图6为本实用新型的温湿度传感器电路连接示意图；
图7为本实用新型的气压高度传感器电路连接示意图；
图8为本实用新型用于电梯数据采集分析的外部正面结构示意图；
图9为本实用新型用于电梯数据采集分析的外部背面结构示意图。
具体实施方式
根据附图所示，对本实用新型进行进一步说明：
如图1所示，一种特种设备远程数据采集分析仪，包括基于ARM9内核的iMX287处理器、基于Cortex-M3内核的STM32F103处理器、3/4G无线收发单元、无线Wifi单元、温湿度传感器、光电耦合转换电路、三轴陀螺仪、RS485接口、CAN接口以及RS232接口，其中：iMX287处理器与STM32F103处理器之间相互连接；iMX287处理器分别连接所述3/4G无线收发单元、无线Wifi单元、温湿度传感器、RS485接口、CAN接口和RS232接口；STM32F103处理器分别连接光电耦合转换电路和三轴陀螺仪，STM32F103处理器通过光电耦合转换电路连接外部传感器。烟雾探测器选用的型号为RE46C190，气压高度传感器选用的型号为MS5611，RE46C190型烟雾探测器和MS5611型气压高度传感器分别连接iMX287处理器，所述位置测量单元连接STM32F103处理器。
具体的，位置测量单元连接STM32F103处理器，位置测量单元采用现有模块，如北斗或GPS模块。
具体的，所述iMX287处理器和STM32F103处理器之间通过UART接口进行通信，所述iMX287处理器用于数据采集、分析、发送和存储；STM32F103处理器用于数据采集。
图1中外部传感器包括门机传感器、光电传感器、红外人体传感器、微波感应器、压力传感器、风速传感器、语音输出模块、气体检测传感器和摄像机，其中：所述门机传感器、光电传感器、红外人体传感器和微波感应器别通过光电耦合转换电路连接STM32F103处理器；所述压力传感器、风速传感器、语音输出模块、气体检测传感器和摄像机分别连接iMX287处理器。UPS管理单元具有电量监测功能和蓄电池保护功能，UPS管理单元在向内部主板芯片供电的同时向外部传感器供电。还包括通过无线网络连接iMX287处理器的平台服务器，还包括通过无线网络连接iMX287处理器的用户终端。
其中，门机传感器XCB-R111A通过接口J5、J6接入光电耦合转换电路传输数据到所述STM32F103处理器并且通过UART接口传送到所述iMX287处理器。光电传感器G18-R2N3通过接口J15接入光电耦合转换电路传输数据到所述STM32F103处理器并且通过UART接口传送到所述iMX287处理器。红外人体传感器D-520通过接口J16接入光电耦合转换电路传输数据到所述STM32F103处理器并且通过UART接口传送到所述iMX287处理器。
如图2所示，STM32F103处理器的输入端PB10、PB11、PB12、PB13、PB14、PB15通过光电耦合转换电路分别连接电梯上安装的门机传感器、光电传感器和红外人体传感器和语音输出模块。图2中U8-U13为光电耦合转换电路，J5、J6、J15、J16为接口分别连接电梯上安装的门机传感器、光电传感器和红外人体检测模块。
如图3所示，3G/4G无线收发电路通过MiniPCIE接口连接主控板卡，其中SIM_VCC、SIM_DATA、SIM_CLK、SIM_RST、SIM800G_ON/OF引脚分别连接设备识别卡电路。
如图4所示，所述无线Wifi单元包括基于RTL8188芯片的Wifi电路，RTL8188的USB-、USB+引脚分别连接iMX287芯片的USB_0TG_N、USB_0TG_P引脚。
如图5所示，三轴陀螺仪基于芯片MPU5060通过I2C接口连接所述stm32F103处理器芯片，通过采集X、Y、Z三个方向的倾角和加速度来计算速度以及倾斜度的数据再经过UART接口传输到iMX287处理器进行分析处理发送；
内部集成的烟雾探测器RE46C190、压力传感器MS5611以及温/湿度检测传感器HTU20D通过SPI接口连接所述iMX287处理器。其中，气压高度传感器MS5611通过CAN/RS485接口传输数据到所述iMX287处理器进行分析、存储、发送。风速传感器WFS-1通过CAN/RS485接口传输数据到所述iMX287处理器进行分析、存储、发送。气体检测传感器MQ-135通过CAN/RS485接口传输数据到所述iMX287处理器进行分析、存储、发送。
温湿度传感器电路连接示意图如图6所示，温湿度传感器基于HTU20D芯片设计，气压高度传感器电路连接示意图如图7所示，气压高度传感器电路基于MS5611芯片设计。
如图8、图9所示，为该分析仪在用于电梯设备的数据采集分析。正面设置有平层接口用于连接外部光电传感器；门磁接口用于连接外部门机传感器；人体监测接口用于连接外部人体传感器；Eth接口用于连接外部摄像头；RS485接口用于连接外部输出RS485信号的传感器；分析仪的背面设置有main馈线接口用于3G/4G无线传输天线接口，Wifi/DIV接口用于无线Wifi天线接口。
实际工作中该设备在用于实时监测电梯运行状态的时候，实现了24小时无人值守状态下的远程智能巡检，并将巡检数据通过无线网络发送到电梯物平台服务器，由平台对电梯运行过程中的上下行方向、速度、开关门状态、平层状态、有无人、累计运行时间、累计运行距离等多种参数进行分析与诊断，同时实时监测上报可能发生的冲顶、坠底、超速、开门运行、非平层停靠、困人、停电等电梯故障和安全事件。本技术方案是基于iMX287和STM32F103双处理器设计、ARM9内核的iMX287核心板用来分析、存储和发送数据、STM32F103处理器对安装在电梯上的传感器的开关量的数据进行采集；门机传感器采集电梯门开关信息、光电传感器/气压高度传感器采集电梯上下行以及楼层信息和电梯运行速度、温度检测单元采集电梯温度信息、无线Wifi模块，进行轿厢内Wifi覆盖，无线收发模块进行无线数据传输。
本实用新型在应用于电梯监控领域的工作过程如下：
本实用新型利用安装在电梯上的门机传感器检测电梯门开关的状态，利用设备中的三轴陀螺仪芯片MPU5060测量电梯的速度，利用设备中的压力传感器MS5611测量电梯的高度并且计算楼层；烟雾探测器RE46C190采集烟雾信号通过SPI接口传输给所述iMX287处理器、温湿度传感器HTU20D采集温湿度信息传输给所述iMX287处理器；
电梯轿厢内部的红外人体传感器和微波感应器对人体进行检测并将检测结果进行比较再通过采集接口传输到远程数据采集设备内部进行分析并通过有线/无线模块发送到云服务器；
进一步的，电梯轿厢内部的图像语音通过摄像头采集并且通过有线连接到数据采集分析设备并且通过有线/无线模块传输到云平台服务器。
本实用新型可以使在轿厢的用户通过连接wifi设置通过无线网络进行网络连接。同时，该分析仪可以对输出RS485/RS232/CAN/开关量信号的传感器进行数据采集分析并远程发送；结合上位机的分析处理以及终端app的状态显示进行实时监测并在发生故障或告警时进行实时报警，使用户可以及时了解故障现场情况、并通过终端远程与现场人员进行语音视频交流，通过设备的Wifi功能使外部wifi设备可以方便的同该设备连接并且通过无线模块与外界保持沟通和交流；同样的可应用于其他开关量信号的采集以及可以对输出RS232/RS485/CAN信号的传感器的数据采集、分析以及远程发送场景。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种特种设备远程数据采集分析仪，其特征在于：包括基于ARM9内核的iMX287处理器、基于Cortex-M3内核的STM32F103处理器、3/4G无线收发单元、无线Wifi单元、温湿度传感器、光电耦合转换电路、三轴陀螺仪、RS485接口、CAN接口以及RS232接口，其中：
所述iMX287处理器与STM32F103处理器之间相互连接；
所述iMX287处理器分别连接所述3/4G无线收发单元、无线Wifi单元、温湿度传感器、RS485接口、CAN接口和RS232接口；
所述STM32F103处理器分别连接光电耦合转换电路和三轴陀螺仪，STM32F103处理器通过光电耦合转换电路连接外部传感器。
2.根据权利要求1所述的一种特种设备远程数据采集分析仪，其特征在于，还包括烟雾探测器、气压高度传感器和位置测量单元，其中：
所述烟雾探测器和气压高度传感器分别连接iMX287处理器用于烟雾报警和高度测量，所述位置测量单元连接STM32F103处理器用于用于设备位置测量。
3.根据权利要求2所述的一种特种设备远程数据采集分析仪，其特征在于，所述iMX287处理器和STM32F103处理器之间通过UART接口进行通信，所述iMX287处理器用于数据采集、分析、发送和存储；STM32F103处理器用于数据采集。
4.根据权利要求3所述的一种特种设备远程数据采集分析仪，其特征在于，所述外部传感器包括门机传感器、光电传感器、红外人体传感器、微波感应器、压力传感器、风速传感器、语音输出模块、气体检测传感器和摄像机，其中：
所述门机传感器、光电传感器、红外人体传感器和微波感应器别通过光电耦合转换电路连接STM32F103处理器分别用于采集门机信息、上下运行信息以及人体检测信息；
所述压力传感器、风速传感器、语音输出模块、气体检测传感器和摄像机分别连接iMX287处理器分别用于采集所监测设备的气压状态、所处位置的风速、语音信号、有害气体、以及图像视频信息。
5.根据权利要求4所述的一种特种设备远程数据采集分析仪，其特征在于，还包括内嵌式UPS管理单元，所述UPS管理单元具有电量监测功能和蓄电池保护功能，UPS管理单元在向内部主板芯片供电的同时向外部传感器供电。
6.根据权利要求5所述的一种特种设备远程数据采集分析仪，其特征在于，还包括通过无线网络连接iMX287处理器的平台服务器用于对数据采集分析仪所发送的数据进行统计智能分析再而发送给用户终端。
7.根据权利要求6所述的一种特种设备远程数据采集分析仪，其特征在于，还包括通过无线网络连接iMX287处理器的用户终端用于实时显示所采集分析数据。
8.根据权利要求7所述的一种特种设备远程数据采集分析仪，其特征在于，所述3/4G无线收发单元包括基于U9300W的3G/4G无线收发电路，3G/4G无线收发电路通过板载min-PCIE接口接入所述iMX287处理器、完成iMX287处理器与平台服务器之间的数据远程收发。
9.根据权利要求8所述的一种特种设备远程数据采集分析仪，其特征在于，所述无线Wifi单元包括基于RTL8188芯片的Wifi电路用于实现无线wifi功能，所述温湿度传感器包括HTU20D芯片用于测量温湿度数据。
10.根据权利要求9所述的一种特种设备远程数据采集分析仪，其特征在于，所述三轴陀螺仪包括MPU5060的三轴陀螺仪芯片，MPU5060的三轴陀螺仪芯片用于采集X、Y、Z三个方向的倾角和加速度来计算所监测设备的运行速度、倾斜度数据。
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| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20181116 |
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