CN208538314U - 一种基于wsn无线传感技术的数据集中设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于WSN无线传感技术的数据集中设备，属于建筑工地环境与状态智能化监管领域，该设备内设置有核心处理器、系统时钟、电源系统、串行总线数据接口电路、WSN无线传感模块和GPRS/GSM数据通信模块，设备设置有串行总线数据接口和电源接口；所述电源系统设置有DC/DC转换芯片，电源系统分别连接核心处理器、串行总线数据接口电路和WSN无线传感模块；核心处理器连接系统时钟，并分别连接串行总线数据接口电路、WSN无线传感模块和GPRS/GSM数据通信模块，设备通过核心处理器以一定的时序和采集周期进行数据采集。本实用新型实现了对建筑施工现场各种环境参数的实时监控，保证施工顺利进行。

Description

一种基于WSN无线传感技术的数据集中设备

技术领域

本实用新型涉及建筑工地环境与状态智能化监管领域，具体地说是一种基于WSN无线传感技术的数据集中设备。

背景技术

作为施工现场的建筑工地，实时环境监测以及施工现场的用水、用电情况的监测对工程施工的安全正常运转具有重要意义，包括工地施工环境的温湿度、扬尘等环境检测，施工场地的水表、电表等仪表检测。

现有的应用在建筑施工现场的环境监测装置，大多采用有线的数据传输形式，在施工现场需要架设很多数据传输电缆，存在抗干扰能力低，受施工现场位置限制等局限，不能满足施工建筑现场实时监控的要求。

发明内容

本实用新型的技术任务是针对以上不足之处，提供一种基于WSN无线传感技术的数据集中设备，实现对建筑施工现场各种环境参数的实时监控，为建筑施工项目安全顺利的进行提供数据保证。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于WSN无线传感技术的数据集中设备，该设备内设置有核心处理器、系统时钟、电源系统、串行总线数据接口电路、WSN无线传感模块和GPRS/GSM数据通信模块，设备设置有串行总线数据接口和电源接口；

所述电源系统设置有DC/DC转换芯片，电源系统分别连接核心处理器、串行总线数据接口电路和WSN无线传感模块，电源系统用于电压转换，设备采用24V直流稳压供电体系，DC/DC转换芯片将输入的24V供电电压转变成供接口及芯片正常工作所需的5V和3.3V电压；

核心处理器连接系统时钟，并分别连接串行总线数据接口电路、WSN无线传感模块和GPRS/GSM数据通信模块，设备通过核心处理器以一定的时序和采集周期进行数据采集，采集的数据经GPRS/GSM数据通信模块发送至云端服务器。

核心处理器一方面按照一定的时序及采集周期，通过串行总线数据接口读取仪表数据参数，将接收到的数据参数写入无线传感模块的数据缓存区；另一方面，目前很多仪表都配有WSN无线传感模块，通过将设备中的WSN无线传感模块与仪表中的WSN无线传感节点进行配对，从而组成无线传感网络，核心处理器通过无线传感网络接收仪器仪表（检测设备）的数据参数。

设备采用GPRS/GSM数据通信模块实现数据与云平台或数据分析平台交互共享。采用GPRS无线数据传输，将通过无线传感网络及串行总线数据接口接收的传感器及仪表参数发送给云端服务器，为适应各种被监控设备，数据采用透明转发的形式，数据会通过GPRS链路上传至云端服务器，根据不同的监测设备进行不同协议的解析。GPRS/GSM数据通信模块采用第二代移动通信技术，最大数据下行传输速率为85.6kbps，最大数据上行传输速率为85.6kbps。数据传输支持4频段：GSM850、EGSM900、DCS1800、PCS1900。

进一步的，该设备还包括WSN无线传感节点。WSN无线传感节点布置于施工现场的合适位置，用于检测施工现场的温度、湿度、扬尘等数据；WSN无线传感节点包括电源模块、数据处理模块模块、通信模块，WSN无线传感节点通过通信模块连接数据集中设备的WSN无线传感模块。

优选的，所述串行总线数据接口电路包括RS-232串行总线数据接口电路和RS-485串行总线数据接口电路，相应的，串行总线数据接口包括RS-232串行总线数据接口和RS-485串行总线数据接口。通过设置RS-232和RS-485串行总线数据接口，适应各种仪表和传感器接口形式。

优选的，所述核心处理器为STM32F103VET6型ARM芯片，芯片采用3.3V供电。

优选的，所述系统时钟采用8MHz的外接晶振作为振荡电路，为系统提供时钟。

优选的，WSN无线传感模块采用WSN-31无线数传模块，WSN-31无线数传模块配置有外置天线，通过TTL串行接口与核心处理器进行数据收发，实现长距离信号传输功能。

优选的，RS-232串行总线数据接口电路采用ADM3202ARN作为接口处理芯片，RS-485串行总线数据接口电路采用MAX3485作为接口处理芯片，ADM3202ARN和MAX3485芯片均采用3.3V供电。ADM3202ARN将传感器及仪表的RS-232接口的数据通过电平转换，变成核心处理器可以识别的TTL电平，实现传感器及仪表RS-232接口与核心处理器的数据收发；MAX3485将传感器及仪表的RS-485接口的数据通过电平转换，变成核心处理器可以识别的TTL电平，实现传感器及仪表RS-485接口与核心处理器的数据收发。

优选的，该设备还设置有以太网数据接口。为适应GPRS信号弱的检测环境，设备配有以太网数据接口，可以通过网线的形式进行数据传输。

进一步的，设备还设置有运行状态指示灯，以实时观测设备运行状态。

优选的，该设备为方形盒体，所述核心处理器、系统时钟、电源系统、串行总线数据接口电路、WSN无线传感模块及GPRS/GSM数据通信模块布置于盒体内，盒体外部两侧对称设置有固定耳板，固定耳板上开设有固定孔。固定孔用于安装固定螺丝，设备通过固定螺丝安装固定；盒体上开设有电源输入接口、以太网数据接口、RS-232串行总线数据接口和RS-485串行总线数据接口。

设备安装在被检测对象附近方圆3km范围内均可。

一种基于WSN无线传感技术的数据采集方法，包括数据采集终端、数据集中设备和数据分析平台，所述数据集中设备采用上述的基于WSN无线传感技术的数据集中设备，通过数据采集终端进行数据的主动采集，包括WSN无线传感节点的数据采集和串行总线数据接口的数据采集，然后将采集的仪表数据和现场检测数据发送至数据分析平台；

核心处理器按照时序要求，通过WSN无线传感节点读取传感器数字量信息及仪表数据，通过串行总线数据接口电路传输仪表数据，将读取到的传感器数字量信息及仪表数据写入GPRS/GSM数据通信模块的数据缓存区，通过GPRS通信链路与数据分析平台进行数据交互，数据分析平台解析仪表上传的数据，并保存到数据库中，供其他的应用系统调用。

本实用新型的一种基于WSN无线传感技术的数据集中设备和现有技术相比，具有以下有益效果：

本发明采用的WSN无线传感技术组成数据传输网络，可以在建筑施工现场任何位置不受线缆铺设带来的制约，按照工程施工需求，在塔吊、楼宇等重点关注位置设置传感器采集装置；由于WSN无线传感节点的传输距离达到3000m，通过有效合理的无线传感网络布局，可以实现在有限的输出功率下对整个监控区域的全覆盖，同时引入GPRS无线数据传输技术，将通过无线传感网络接收的有效数据，同步发送至云平台，真正实现对建筑施工现场各种环境参数的实时监控，为建筑施工项目安全顺利的进行提供数据保证，为仪表的数据采集节省了大量的人力物力成本，做到实时监控。另外，采集数据通过无线传感网络的传输形式，省去大量的传输线缆铺设，既节省了成本有避免了因施工现场环境限制带来的传感器采集的局限性。

将无线传感网络的数据采集设备应用在现代建筑施工工地，使目前的建筑施工现场具有智能化数字化的新特点，并将数字化设备与智能化设备投入到建筑行业，这在中国建筑行业的发展史上就有特殊的意义。

附图说明

图1是本实用新型的基于WSN无线传感技术的数据集中设备的原理图；

图2是设备盒体的俯视图；

图3是设备盒体的侧视图。

图中，1、方形盒体，2、固定耳板，3、固定孔，4、电源输入接口，5、以太网数据接口。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。

一种基于WSN无线传感技术的数据集中设备，该设备内设置有核心处理器、系统时钟、电源系统、串行总线数据接口电路、WSN无线传感模块和GPRS/GSM数据通信模块，设备设置有串行总线数据接口和电源接口。

所述电源系统设置有DC/DC转换芯片，电源系统分别连接核心处理器、串行总线数据接口电路和WSN无线传感模块，电源系统用于电压转换，设备采用24V直流稳压供电体系，DC/DC转换芯片将输入的24V供电电压转变成供接口及芯片正常工作所需的5V及3.3V电压，核心处理器与数据接口的芯片电路均采用3.3V供电。

所述核心处理器为STM32F103VET6型ARM芯片，芯片采用3.3V供电。核心处理器连接系统时钟，所述系统时钟采用8MHz的外接晶振作为振荡电路，为系统提供时钟。核心处理器分别连接串行总线数据接口电路、WSN无线传感模块和GPRS/GSM数据通信模块，设备通过核心处理器以一定的时序和采集周期进行数据采集。

WSN无线传感模块采用WSN-31无线数传模块，WSN-31无线数传模块配置有外置天线，通过TTL串行接口与核心处理器进行数据收发，实现长距离信号传输功能。

所述串行总线数据接口电路包括RS-232串行总线数据接口电路和RS-485串行总线数据接口电路，相应的，串行总线数据接口包括RS-232串行总线数据接口和RS-485串行总线数据接口。通过设置RS-232和RS-485串行总线数据接口，适应各种仪表和传感器接口形式。

RS-232串行总线数据接口电路采用ADM3202ARN作为接口处理芯片，RS-485串行总线数据接口电路采用MAX3485作为接口处理芯片，ADM3202ARN和MAX3485芯片均采用3.3V供电。ADM3202ARN将传感器及仪表的RS-232接口的数据通过电平转换，变成核心处理器可以识别的TTL电平，实现传感器及仪表RS-232接口与核心处理器的数据收发；MAX3485将传感器及仪表的RS-485接口的数据通过电平转换，变成核心处理器可以识别的TTL电平，实现传感器及仪表RS-485接口与核心处理器的数据收发。

核心处理器一方面按照一定的时序及采集周期，通过串行总线数据接口读取仪表数据参数，将接收到的数据参数写入无线传感模块及GPRS/GSM数据通信模块的数据缓存区；另一方面，目前很多仪表都配有WSN无线传感模块，通过将设备中的WSN无线传感模块与仪表中的WSN无线传感节点进行配对，从而组成无线传感网络，核心处理器通过无线传感网络接收仪器仪表（检测设备）的数据参数。

设备采用GPRS/GSM数据通信模块实现数据与云平台或数据分析平台交互共享。采用GPRS无线数据传输，将通过无线传感网络及串行总线数据接口接收的传感器及仪表参数发送给云端服务器，为适应各种被监控设备，数据采用透明转发的形式，数据会通过GPRS链路上传至云端服务器，根据不同的监测设备进行不同协议的解析。GPRS/GSM数据通信模块采用第二代移动通信技术，最大数据下行传输速率为85.6kbps，最大数据上行传输速率为85.6kbps。数据传输支持4频段：GSM850、EGSM900、DCS1800、PCS1900。

该设备还设置有以太网数据接口。为适应GPRS信号弱的检测环境，设备配有以太网数据接口，可以通过网线的形式进行数据传输。

该设备还包括WSN无线传感节点。WSN无线传感节点布置于施工现场的合适位置，用于检测施工现场的温度、湿度、扬尘等数据；WSN无线传感节点包括电源模块、数据处理模块模块、通信模块，WSN无线传感节点通过通信模块连接数据集中设备的WSN无线传感模块。

设备还设置有运行状态指示灯，以实时观测设备运行状态。

如图2和图3所示，该设备为方形盒体1，外壳采用铝合金材质。所述核心处理器、系统时钟、电源系统、串行总线数据接口电路、WSN无线传感模块及GPRS/GSM数据通信模块布置于方形盒体1内；方形盒体1外部两侧对称设置有固定耳板2，固定耳板2上开设有固定孔3。固定孔3用于安装固定螺丝，设备通过固定螺丝安装固定。方形盒体1上开设有电源输入接口4、以太网数据接口5、RS-232串行总线数据接口和RS-485串行总线数据接口。

设备安装在被检测对象附近方圆3km范围内均可。

基于WSN无线传感技术的数据集中设备，能解决以下建筑工地环境数据实时监测的问题：

（1）建筑施工现场温度、湿度环境参数的采集，并将数据通过无线传感网络进行数据传输。

（2）施工楼宇的水表、电表参数的采集，节省了人工抄表的成本，并可以实时监控水表与电表的状态参数。

（3）由于施工环境参数与水表、电表参数的实时监控，可以有效避免人工监控与人工抄表带来的数据响应不及时的缺点，可以让监控人员通过监控数据及时发现设备运行的隐患，避免造成灾难性后果。

（4）采用无线传感网络的数据传输形式，避免的在建筑工地进行数据传输总线电缆的铺设，既节约了成本又减少了繁琐的电缆布局带来的安全隐患。

（5）无线传感网络可以适应长距离数据传输确保数据不受其他环境因素的干扰，可以通过无线传感网络的优化布局实现建筑工地数据监测全覆盖。

可以实时监测建筑施工现场的水表、电表以及环境参数。由于采用WSN无线传感节点进行无线网络组网形式，最远传输距离3km，通过对数据集中设备的合理布局，可以实现被监测现场的全覆盖，避免人工抄表的不及时性，同时大大节省了传输线缆的铺设节省了大量的人力物力成本，提高的数据传输的实时性，数据准确性。GPRS数据链路的使用，使得采集数据与云平台实时同步，监控方可以通过与云平台相关的任何设备进行数据共享（包括手机app），实现数据随时随地准确获取，为现场施工过程管理提供数据支撑，更好的指导施工现场管理。

同时本设备不仅限于施工建筑现场的应用，今后在智慧城市的建设过程中，可以在居民楼层安置本设备，进行无人参与的无线抄表、烟感等故障检测。

一种基于WSN无线传感技术的数据采集方法，包括数据采集终端、数据集中设备和数据分析平台，所述数据集中设备采用上述的基于WSN无线传感技术的数据集中设备，通过数据采集终端进行数据的主动采集，包括WSN无线传感节点的数据采集和串行总线数据接口的数据采集，然后将采集的仪表数据和现场检测数据发送至数据分析平台。

核心处理器按照时序要求，通过WSN无线传感节点读取传感器数字量信息及仪表数据，通过串行总线数据接口电路传输仪表数据，将读取到的传感器数字量信息及仪表数据写入GPRS/GSM数据通信模块的数据缓存区，通过GPRS通信链路与数据分析平台进行数据交互，数据分析平台解析仪表上传的数据，并保存到数据库中，供其他的应用系统调用。

本设备针对建筑施工行业的现实需要，结合建筑施工现场的工作环境以及传统数据采集在建筑施工现场使用的问题或者局限而进行开发研制的，非常有针对性。综合机械、电气、自动化和计算机软硬件技术相结合进行开发的此系统，智能化可以有效减轻管理人员和巡视人员的劳动强度，增加一线施工人员的安全性和可操作性，对人员安全、施工效率、综合监控等方面具有重要的意义。

通过上面具体实施方式，所述技术领域的技术人员可容易的实现本实用新型。但是应当理解，本实用新型并不限于上述的具体实施方式。在公开的实施方式的基础上，所述技术领域的技术人员可任意组合不同的技术特征，从而实现不同的技术方案。

除说明书所述的技术特征外，均为本专业技术人员的已知技术。

Claims (10)

1.一种基于WSN无线传感技术的数据集中设备，其特征在于该设备内设置有核心处理器、系统时钟、电源系统、串行总线数据接口电路、WSN无线传感模块和GPRS/GSM数据通信模块，设备设置有串行总线数据接口和电源接口；

所述电源系统设置有DC/DC转换芯片，电源系统分别连接核心处理器、串行总线数据接口电路和WSN无线传感模块；

核心处理器连接系统时钟，并分别连接串行总线数据接口电路、WSN无线传感模块和GPRS/GSM数据通信模块，设备通过核心处理器以一定的时序和采集周期进行数据采集。

2.根据权利要求1所述的一种基于WSN无线传感技术的数据集中设备，其特征在于该设备还包括WSN无线传感节点。

3.根据权利要求1所述的一种基于WSN无线传感技术的数据集中设备，其特征在于所述串行总线数据接口电路包括RS-232串行总线数据接口电路和RS-485串行总线数据接口电路，相应的，串行总线数据接口包括RS-232串行总线数据接口和RS-485串行总线数据接口。

4.根据权利要求1所述的一种基于WSN无线传感技术的数据集中设备，其特征在于所述核心处理器为STM32F103VET6型ARM芯片。

5.根据权利要求1或4所述的一种基于WSN无线传感技术的数据集中设备，其特征在于所述系统时钟采用8MHz的外接晶振作为振荡电路。

6.根据权利要求1或4所述的一种基于WSN无线传感技术的数据集中设备，其特征在于WSN无线传感模块采用WSN-31无线数传模块，WSN-31无线数传模块配置有外置天线，通过TTL串行接口与核心处理器进行数据收发。

7.根据权利要求1或3或4所述的一种基于WSN无线传感技术的数据集中设备，其特征在于RS-232串行总线数据接口电路采用ADM3202ARN作为接口处理芯片，RS-485串行总线数据接口电路采用MAX3485作为接口处理芯片。

8.根据权利要求1所述的一种基于WSN无线传感技术的数据集中设备，其特征在于该设备还设置有以太网数据接口。

9.根据权利要求1所述的一种基于WSN无线传感技术的数据集中设备，其特征在于设备还设置有运行状态指示灯。

10.根据权利要求1所述的一种基于WSN无线传感技术的数据集中设备，其特征在于，该设备为方形盒体，所述核心处理器、系统时钟、电源系统、串行总线数据接口电路、WSN无线传感模块及GPRS/GSM数据通信模块布置于盒体内，盒体外部两侧对称设置有固定耳板，固定耳板上开设有固定孔。