CN208283768U - 通用型数据采集和双模块发送装置 - Google Patents
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Abstract
一种通用型数据采集和双模块发送装置，指的是数据采集领域中的终端设备。本实用新型是基于NB‑IoT的新型传输方式，结合GPRS传输模式，设备自主选择传输方式，对信号质量差，信号盲区等工业环境仍能稳定传输。CPU控制模块单元为本系统的核心控制器，分别与数据采集单元、数据存储单元、GPRS模组、NB‑IoT模组相连接，用于控制其操作执行任务。数据采集单元的输入端与CPU控制模块连接，并通过串口方式输出到485接口，实现CPU与采集对象的数据交互。本实用新型适用于工业控制行业，对标准数字信号、模拟信号以及串口信号的设备均能采集以及数据交互，并能将本终端设备的工作状态、控制信号通过输出接口，传输给第三方设备。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种工业环境内置双模块(数据发送模块)的装置，尤其指数据采集领域中的终端设备。
背景技术
目前很多工业环境信号质量很差，城市中有很多信号盲区，此类情况，直接导致数据传输不稳定，甚至只能通过光纤线路的方式传输数据，增加建设成本及后续的维护成本。
实用新型内容
本实用新型目的在于解决现有技术的不足，引入一种新的通用型传输终端模块，基于NB-IoT的新型传输方式，结合GPRS传输模式，设备自主选择传输方式，对信号质量差，信号盲区等工业环境仍能稳定传输。
本实用新型技术方案表征为：
一种通用型数据采集和双模块发送装置，适用于工业控制行业，对标准数字信号、模拟信号以及串口信号的设备均能采集以及数据交互，并能将本终端设备的工作状态、控制信号通过输出接口，传输给第三方设备(如：与其它的控制系统数据交互)。
一种通用型数据采集和双模块发送装置，其特征在于，结构实现设计为：
内部有两个模组槽位，分别安装GPRS模组以及NB-IoT模组，对采集的数据能通过GPRS方式以及NB-IoT方式传输给服务器端。
本实用新型终端设备主要包括7个单元：系统供电单元、CPU控制模块单元、数据采集单元、外部信号输入单元、数据存储单元、GPRS模组、NB-IoT模组；
所述CPU控制模块单元：为本系统的核心控制器，分别与数据采集单元、数据存储单元、GPRS模组、NB-IoT模组相连接，用于控制其操作执行任务。
所述系统供电单元用于为CPU控制模块、GPRS模组、NB-IoT模组连接供电。
所述数据采集单元：数据采集单元的输入端与CPU控制模块连接，并通过串口方式输出到485接口；采集对象为本系统的主要数据，通过RS485串口方式实现CPU与采集对象的数据交互。
所述外部信号输入单元：对外部的输入信号进行采集，经CPU处理后由GPRS模组或NB-IoT模组传输到服务器接收端。
所述数据存储单元，主要用于存储采集的数据。
所述GPRS模组及所述NB-IoT模组分别与CPU相连接，CPU控制模块分别与两个模组数据交互，获取GPRS及NB-IoT信号强度，以信号强度值高者进行传输方式。
具体的，所述系统供电单元主要包括电压转换模块LM2596S-3.3、电压转换模块LM2596S-4.0两部分，其中，所述电压转换模块LM2596S-3.3与CPU控制模块连接，通过电压转换模块LM2596S-3.3把输入电压转换为CPU系统工作的电压V3.3；所述电压转换模块LM2596S-4.0分别与GPRS模组、NB-IoT模组连接，电压转换模块LM2596S-4.0把输入电压转换为两个数据发送模块(GPRS模组、NB-IoT模组)工作的电压V4.0；储能电容C0设置于地与电压转换模块LM2596S-3.3输入端1之间，以保持系统供电的稳定性；电容C2、电容C1分别设置于电压转换模块LM2596S-3.3及LM2596S-4.0模块的输出端管脚3与地之间，增加其供电电压的稳定性能。
具体的，所述外部信号输入单元包括分流电阻R30、放大器LM358、电容C30，所述分流电阻R30置于信号输入端与放大器LM358的管脚3之间，放大器LM358把输入的信号放大处理并通过其管脚1输出给CPU控制模块；所述电容C30置于放大器LM358的输入端与地之间，保证其输入信号的稳定性。
具体的，所述GPRS模组采用了型号为QUECTEL M26的模块，此模块通过管脚18、管脚19实现与CPU的管脚16、管脚17进行数据交换，并通过管脚35与天线J1连接，通过天线J1把相应的数据发送给后台服务端。
具体的，所述NB-IoT模组采用了型号为QUECTEL BC95的模块，此模块通过管脚18、管脚19实现与CPU的管脚29、管脚30进行数据交换，并通过管脚35与天线J2连接，通过天线J2把相应的数据发送给后台服务端。
所述GPRS模组、NB-IoT模组为互不关联的两个模块，分别各自与CPU控制模块相连；CPU控制模块优先选用信号强度高的模块作为数据发送模块。
进一步优化系统功能，整个系统再增加控制输出单元。所述控制输出单元包括限流电阻R140、三极管Q140、D140，PO0为CPU控制模块输出，连接于限流电阻R140作为控制输入；所述限流电阻R140与三极管Q140的基极相连接，三极管Q140的发射极与所述D140截止端连接，三极管Q140的集电极置于地，所述D140的导通端连接于控制输出端。形成的回路，从而实现PO0控制输出K0的状态。
本实用型方案是要解决信号强度差等工况条件下的一种新型系统模块，系统模块安装方便，成本低，水表系统安全可靠等优点。
本实用新型作为通用型的终端，用于对各类仪表数据的采集及发送装置，可应用于各种工业控制行业，诸如应用于水表终端、流量计终端、液位计终端等各类仪表核心数据的传输。
附图说明
图1为本实用新型功能结构框图。
图2为实施例1中CPU控制模块实施电路设计。
图3为实施例1中系统供电单元实施电路设计。
图4为实施例1中数据采集单元实施电路设计。
图5为实施例1中外部信号输入单元实施电路设计。
图6为实施例1中数据存储单元实施电路设计。
图7为实施例1中GPRS模组实施电路设计。
图8为实施例1中NB-IoT模组实施电路设计。
图9为实施例2中控制输出单元实施电路设计。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型技术方案做进一步详细说明。
实施例1
如图1所示，所有单元模块均与CPU控制模块有接口，系统供电单元模块为其CPU及外围电子元器件供电，其它单元模块均由CPU发送任务，收到指令，执行操作后并返回操作结果。
如图2所示本实施例CPU采用了型号为STM32F103VET6的模块，CPU与各个功能子模块均有接口相连接。其中：
采用管脚42、管脚43与数据采集单元相连接,CPU与数据采集系统通过TTL电平的方式作数据交互，数据采集单元在本实施例中采用MAX3485模块，把TTL电平信号转换成RS485差分信号，从而实现与仪表数据交互。
采用管脚33、管脚34、管脚35、管脚36与存储器相连接，CPU通过SPI总线协议的方式与其数据交互。
采用管脚16、管脚17与GPRS模组相连接，CPU通过TTL电平方式实现与GPRS模组的数据的交互。
采用管脚29、管脚30与NB-IoT模组相连接，CPU通过TTL电平方式实现与NB-IoT模组的数据的交互。
采用管脚2、管脚3、管脚4、管脚8、管脚9、管脚10、管脚11、管脚24、管脚25、管脚37、管脚38、管脚39、管脚40、管脚45、管脚46、管脚49、管脚50、管脚51、管脚52、管脚53共20个管脚与外部信号输入单元相连接，外部信号分为数字输入、模拟输入两种，通过CPU配置对输入端数据进行采集。
如图3所示，所述系统供电单元为整个系统提供电源，本系统主要包括电压转换模块LM2596S-3.3及LM2596S-4.0两部分，其中，
所述电压转换模块LM2596S-3.3与CPU连接，通过电压转换模块LM2596S-3.3把输入电压转换为CPU系统工作的电压V3.3，
所述电压转换模块LM2596S-4.0分别与GPRS模组、NB-IoT模组连接，电压转换模块LM2596S-4.0把输入电压转换为两个数据发送模块工作的电压V4.0；
储能电容C0设置于地与电压转换模块LM2596S-3.3输入端1之间，以保持系统供电的稳定性；
电容C2、C1分别设置于电压转换模块LM2596S-3.3及LM2596S-4.0模块的输出端管脚3与地之间，增加其供电电压的稳定性能。
如图4所示，数据采集单元选购了型号MAX3485。CPU控制模块通过发送TTL信号给数据采集单元，即CPU通过其管脚42、管脚43连接本实施例采用的MAX3485芯片的管脚1、管脚2，MAX3485芯片通过转换成通用型RS485差分信号，从而实现数据的交互，其中485接口为MAX3485芯片与采集对象的数据交互的接口。
如图5所示，所述外部信号输入单元分为模拟信号、数字信号两种，据CPU控制模块预设定的管脚配置对接入信号进行处理。
如图5所示，分流电阻R30置于信号输入端与放大器LM358的管脚3之间，放大器LM358把输入的信号放大处理并通过管脚1输出给CPU控制模块；
C30置于放大器LM358的输入端与地之间，保证其输入信号的稳定性。
当CPU控制模块设置成模拟输入时，经放大器LM358放大后的信号转换成CPU控制模块(本实施例选用STM32F103VET6模块)中ADC允许电压范围内的模拟信号，该CPU控制模块通过模数转换将其转换成数字信号，记录并存储。
当CPU控制模块设置成数字信号输入时，放大器LM358对输入导通状态放大，通过管脚1输出给CPU控制模块，CPU控制模块将其转换成输入信号的状态，记录并存储。
如图6所示，本实施例选用的存储器单元采用了型号为SST25VF080B的产品，采用引脚1、引脚2、引脚5、引脚6与所述的CPU控制模块的管脚33、管脚34、管脚35、管脚36连接。CPU控制模块完成相应任务后，把所有数据存储于存储器内，CPU控制模块可对存储器的内容读、写、擦除等操作。其中，电容C701两端设置于电源接口V3.3与地之间，增加存储器模块电源的稳定性能。
如图7所示，GPRS模组为本地系统与后台服务器的接口，本单元采用GPRS方式把数据传输到后台服务器端，本实施例采用了型号为QUECTEL M26的模块，此模块通过管脚18、管脚19实现与CPU的管脚16、管脚17进行数据交换，并通过管脚35与天线J1连接，通过天线J1把相应的数据发送给后台服务端。
如图8所示，NB-IoT模组为本地系统与后台服务器的接口，本单元采用NB-IoT方式把数据传输到后台服务器端，本实施例采用了型号为QUECTEL BC95的模块，此模块通过管脚18、管脚19实现与CPU的管脚29、管脚30进行数据交换，并通过管脚35与天线J2连接，通过天线J2把相应的数据发送给后台服务端。
以上两个数据发送单元为互不关联的两个模块，它们分别各自与CPU控制模块相连，并接收CPU控制模块指令。CPU控制模块优先选用信号强度高的模块作为数据发送模块。
实施例2
本实施例是在实施例1的基础上，给整个系统再增加控制输出单元。CPU结合设备状态，给出反馈信号(或控制信号)，通过该控制输出单元用将反馈信号(或控制信号)输出到设备或者第三方接收端，从而进一步完善本实用新型产品的功能。
如图9所示的所述控制输出单元：PO0为CPU控制模块输出，其中R140为限流电阻，与三极管Q140的基极相连接，D140使其信号流向的唯一性，确保其系统的安全性，其中一端连接于控制输出端，另一端连接于三极管Q140的发射极，Q140的集电极置于地，使其形成回路，从而实现PO0控制输出K0的状态。
Claims (7)
1.一种通用型数据采集和双模块发送装置，其特征在于，包括7个单元：系统供电单元、CPU控制模块单元、数据采集单元、外部信号输入单元、数据存储单元、GPRS模组、NB-IoT模组；
所述CPU控制模块单元为本系统的核心控制器，分别与数据采集单元、数据存储单元、GPRS模组、NB-IoT模组相连接，用于控制其操作执行任务；
所述系统供电单元用于为CPU控制模块、GPRS模组、NB-IoT模组连接供电；
所述数据采集单元的输入端与CPU控制模块连接，并通过串口方式输出到485接口，实现CPU与采集对象的数据交互；
所述外部信号输入单元，是对外部的输入信号进行采集，经CPU处理后由GPRS模组或NB-IoT模组传输到服务器接收端；
所述数据存储单元用于存储采集的数据。
2.如权利要求1所述的通用型数据采集和双模块发送装置，其特征在于，所述系统供电单元包括电压转换模块LM2596S-3.3、电压转换模块LM2596S-4.0两部分，其中，所述电压转换模块LM2596S-3.3与CPU控制模块连接，通过电压转换模块LM2596S-3.3把输入电压转换为CPU系统工作的电压V3.3；所述电压转换模块LM2596S-4.0分别与GPRS模组、NB-IoT模组连接，电压转换模块LM2596S-4.0把输入电压转换为GPRS模组和NB-IoT模组工作的电压V4.0；储能电容C0设置于地与电压转换模块LM2596S-3.3输入端1之间，以保持系统供电的稳定性；电容C2、电容C1分别设置于电压转换模块LM2596S-3.3及LM2596S-4.0模块的输出端管脚3与地之间，增加其供电电压的稳定性能。
3.如权利要求1所述的通用型数据采集和双模块发送装置，其特征在于，所述外部信号输入单元包括分流电阻R30、放大器LM358、电容C30，所述分流电阻R30置于信号输入端与放大器LM358的管脚3之间，放大器LM358把输入的信号放大处理并通过其管脚1输出给CPU控制模块；所述电容C30置于放大器LM358的输入端与地之间，保证其输入信号的稳定性。
4.如权利要求1所述的通用型数据采集和双模块发送装置，其特征在于，所述GPRS模组采用了型号为QUECTEL M26的模块，此模块通过管脚18、管脚19实现与CPU的管脚16、管脚17进行数据交换，并通过管脚35与天线J1连接，通过天线J1把相应的数据发送给后台服务端。
5.如权利要求1所述的通用型数据采集和双模块发送装置，其特征在于，所述NB-IoT模组采用了型号为QUECTEL BC95的模块，此模块通过管脚18、管脚19实现与CPU的管脚29、管脚30进行数据交换，并通过管脚35与天线J2连接，通过天线J2把相应的数据发送给后台服务端。
6.如权利要求1所述的通用型数据采集和双模块发送装置，其特征在于，所述GPRS模组、NB-IoT模组为互不关联的两个模块，分别各自与CPU控制模块相连；CPU控制模块优先选用信号强度高的模块作为数据发送模块。
7.如权利要求1至6任一所述的通用型数据采集和双模块发送装置，其特征在于，整个系统再增加控制输出单元；
所述控制输出单元包括限流电阻R140、三极管Q140、D140，PO0为CPU控制模块输出，连接于限流电阻R140作为控制输入；所述限流电阻R140与三极管Q140的基极相连接，三极管Q140的发射极与所述D140截止端连接，三极管Q140的集电极置于地，所述D140的导通端连接于控制输出端；形成的回路，从而实现PO0控制输出K0的状态。
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| CN201820832188.XU CN208283768U (zh) | 2018-05-31 | 2018-05-31 | 通用型数据采集和双模块发送装置 |
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|---|---|---|---|---|
| CN112804714A (zh) * | 2021-01-11 | 2021-05-14 | 浙江航芯科技有限公司 | 双模系统之间的数据通信方法 |
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