CN209911799U - 数据传输装置及自动化控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种数据传输装置及自动化控制系统，属于油气管道技术领域。设置于油气管道的自动化控制系统中，该数据传输装置包括NBIOT模组、MCU、SIM卡、信号处理接口和供电单元；供电单元的输出端分别与MCU的第一输入端和NBIOT模组的第一输入端连接，用于向MCU和NBIOT模组供电；信号处理接口与MCU的第二输入端连接，用于将自动化控制系统中的信号采集设备与MCU连接；MCU的通信端与NBIOT模组的通信端连接；NBIOT模组的读卡端与SIM卡连接，用于读取SIM卡的信息以接入物联网，实现与自动化控制系统中的云服务器的数据传输。

Description

数据传输装置及自动化控制系统

技术领域

本实用新型涉及油气管道技术领域，特别涉及一种数据传输装置及自动化控制系统。

背景技术

随着石油、天然气等长距离管道运输业务迅猛发展，对油气管道系统建设自动化程度的要求越来越高。目前，油气管道中通常采用3G(3rd-Generation，第三代移动通信)技术来实现自动化控制系统中各个设备间的数据传输，从而实现对油气管道的自动化管理。

但是，由于在通过3G技术进行数据传输时，通讯质量通常较差，并不能满足自动化管理的数据传输要求。比如，在通过3G技术传输数据时，有时候数据传输可能会延时，或数据无法传输，从而导致自动化管理效率低。

实用新型内容

为了提高数据传输效率，以提高自动化管理效率，本实用新型提供了一种数据传输装置及自动化控制系统。所述技术方案如下：

一方面，提供了一种数据传输装置，设置于油气管道的自动化控制系统中，所述数据传输装置包括NBIOT(Narrow Band Internet of Things，基于蜂窝的窄带物联网)模组、MCU(Micro controller Unit，微控制单元)、SIM(Subscriber Identity Module，客户识别模块)卡、信号处理接口和供电单元；

所述供电单元的输出端分别与所述MCU的第一输入端和所述NBIOT模组的第一输入端连接，用于向所述MCU和所述NBIOT模组供电；

所述信号处理接口与所述MCU的第二输入端连接，用于将所述自动化控制系统中的信号采集设备与所述MCU连接，以使所述MCU获取所述信号采集设备采集的信号；

所述MCU的通信端与所述NBIOT模组的通信端连接，用于在获取到所述信号采集设备采集的信号后，对所述信号进行处理并发送至所述NBIOT模组，以及在接收到所述NBIOT模组发送的数据时，对所述NBIOT模组的数据进行处理；

所述NBIOT模组的读卡端与所述SIM卡连接，用于读取所述SIM卡的信息以接入物联网，实现与所述自动化控制系统中的云服务器的数据传输。

在一些实施例中，所述NBIOT模组包括通信控制模块、网络通讯模块和电源模块；

所述通信控制模块的第一通信端与所述MCU的通信端连接，所述通信控制模块的读卡端与所述SIM卡连接，所述通信控制模块的第二通信端与所述网络通讯模块的一端连接，所述通信控制模块的输入端与所述电源模块的输出端连接，所述电源模块的输入端与所述供电单元的输入端连接。

在一些实施例中，所述网络通讯模块包括网络变压器和通信芯片；

所述网络变压器的一端与所述通信芯片的一端连接，所述通信芯片的另一端与所述通信控制模块的第二通信端连接。

在一些实施例中，所述电源模块包括稳压单元、直流DC电源、电源控制单元和监控复位单元；

所述稳压单元的输出端与所述通信控制模块的输入端连接，所述稳压单元的输入端与所述DC电源的输出端连接，所述DC电源的第一输入端与所述电源控制单元的控制端连接，所述DC电源的第二输入端与所述供电单元的输出端连接，所述电源控制单元的输入端与所述监控复位单元的输出端连接。

在一些实施例中，所述NBIOT模组还包括串口通信单元；

所述串口通信单元的一端与所述MCU的通信端连接，所述串口通信单元的另一端与所述通信控制模块的第一通信端连接。

在一些实施例中，所述数据传输装置还包括备用MCU，所述备用MCU的通信端与所述NBIOT模组的通信端连接，所述备用MCU的第一输入端与所述供电单元的输出端连接，所述备用MCU的第二输入端与所述信号处理接口连接。

在一些实施例中，所述MCU包括第一MCU和第二MCU；

所述第一MCU的第一输入端和所述第二MCU的第一输入端分别与所述供电单元的输出端连接，所述第一MCU的第二输入端和所述第二MCU的第二输入端分别与所述信号处理接口连接，所述第一MCU的通信端与所述第二MCU的第一通信端连接，所述第二MCU的第二通信端与所述NBIOT模组的第一通信端连接。

在一些实施例中，所述信号处理接口包括业务检测接口和功能接口，所述功能接口至少包括显示接口和按钮接口；

所述业务检测接口与第一MCU的第二输入端连接，所述功能接口与第二MCU的第二输入端连接。

在一些实施例中，所述NBIOT模组上设置有卡槽，所述SIM卡设置于所述卡槽中与所述NBIOT模组的读卡端连接。

另一方面，提供了一种自动化控制系统，所述系统包括上述方面提供的数据传输装置。

本实用新型提供的技术方案的有益效果是：

在本实用新型实施例中，由于NBIOT模组可以与SIM卡连接，并读取SIM卡的信息，从而可以与SIM卡组网以接入物联网，实现与自动化控制系统中的云服务器进行通信，进而在MCU通过连接的信号处理接口获取到自动控制系统中信号采集设备采集的信号，并对获取的信号进行处理后，可以通过NBIOT模组将处理后的信号发送至云服务器。同时，NBIOT模组可以接收云服务器发送的数据，从而实现了数据传输装置与云服务器之间的数据交互，达到了提高无线通讯质量的目的，满足了自动化控制系统的传输要求，提高了自动化控制系统的管理效率。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种数据传输装置的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的另一种数据传输装置的结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的一种通信控制模块的结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的另一种数据传输装置的结构示意图；

图5是本实用新型实施例提供的一种网络变压器与通信芯片的结构示意图；

图6是本实用新型实施例提供的另一种数据传输装置的结构示意图；

图7是本实用新型实施例提供的另一种数据传输装置的结构示意图；

图8是本实用新型实施例提供的一种电源模块的结构示意图；

图9是本实用新型实施例提供的一种串口通信单元的结构示意图；

图10是本实用新型实施例提供的一种NBIOT模组的结构示意图；

图11是本实用新型实施例提供的另一种数据传输装置的结构示意图；

图12是本实用新型实施例提供的另一种数据传输装置的结构示意图；

附图标记：

1：NBIOT模组，2：MCU，3：SIM卡，4：信号处理接口，5：供电单元，6：备用MCU；

1a：NBIOT模组的第一输入端，1b：NBIOT模组的通信端，1c：NBIOT模组的读卡端，2a：MCU的第一输入端，2b：MCU的第二输入端，2c：MCU的通信端，5a：供电单元的输出端，6a：备用MCU的通信端，6b：备用MCU的第一输入端，6c：备用MCU的第二输入端；

11：通信控制模块，12：网络通讯模块，13：电源模块，14：串口通信单元；

11a：通信控制模块的第一通信端，11b：通信控制模块的读卡端，11c：通信控制模块的第二通信端，11d：通信控制模块的输入端，12a：网络通讯模块的一端，13a：电源模块的输出端，13b：电源模块的输入端，14a：串口通信单元的一端，14b：串口通信单元的另一端；

121：网络变压器。122：通信芯片；

121a：网络变压器的一端，122a：通信芯片的一端，122b：通信芯片的另一端；

131：稳压单元，132：DC电源，133：电源控制单元，134：监控复位单元；

131a：稳压单元的输出端，131b：稳压单元的输入端，132a：DC电源的输出端，132b：DC电源的第一输入端，132c：DC电源的第二输入端，133a：电源控制单元的控制端，133b：电源控制单元的输入端，134a：监控复位单元的输出端；

21：第一MCU，22：第二MCU；

21a：第一MCU的第一输入端，21b：第一MCU的第二输入端，21c：第一MCU的通信端，22a：第二MCU的第一输入端，22b：第二MCU的第二输入端，22c：第二MCU的第一通信端，22d：第二MCU的第二通信端；

41：业务检测接口，42：功能接口。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

图1为本实用新型实施例提供的一种数据传输装置的结构示意图，参见图1，设置于油气管道的自动化控制系统中，该数据传输装置包括基于蜂窝的窄带物联网NBIOT模组1、微控制单元MCU2、客户识别模块SIM卡3、信号处理接口4和供电单元5。

需要说明的是，供电单元5的输出端5a分别与MCU2的第一输入端2a和NBIOT模组1的第一输入端1a连接，用于向MCU2和NBIOT模组1供电；信号处理接口4与MCU2的第二输入端2b连接，用于将自动化控制系统中的信号采集设备与MCU2连接，以使MCU2获取信号采集设备采集的信号；MCU2的通信端2c与NBIOT模组1的通信端1b连接，用于在获取到信号采集设备采集的信号后，对信号进行处理并发送至NBIOT模组1，以及在接收到NBIOT模组1发送的数据时，对NBIOT模组1的数据进行处理；NBIOT模组1的读卡端1c与SIM卡3连接，用于读取SIM卡3的信息以接入物联网，实现与自动化控制系统中的云服务器的数据传输。

在本实用新型实施例中，由于NBIOT模组可以与SIM卡连接，并读取SIM卡的信息，从而可以与SIM卡组网以接入物联网，实现与自动化控制系统中的云服务器进行通信，进而在MCU通过连接的信号处理接口获取到自动控制系统中信号采集设备采集的信号，并对获取的信号进行处理后，可以通过NBIOT模组将处理后的信号发送至云服务器。同时，NBIOT模组可以接收云服务器发送的数据，从而实现了数据传输装置与云服务器之间的数据交互，达到了提高无线通讯质量的目的，满足了自动化控制系统的传输要求，提高了自动化控制系统的管理效率。

作为一种示例，NBIOT模组1与SIM卡3可以为如图1所示的相互独立的结构，也可以为相互结合的结构，比如，NBIOT模组1上可以设置有卡槽，SIM卡3可以设置于卡槽中与NBIOT模组1的读卡端1c连接。

参见图2，NBIOT模组1包括通信控制模块11、网络通讯模块12和电源模块13。

需要说明的是，通信控制模块11的第一通信端11a与MCU2的通信端2c连接，通信控制模块11的读卡端11b与SIM卡3连接，通信控制模块11的第二通信端11c与网络通讯模块12的一端12a连接，通信控制模块11的输入端11d与电源模块13的输出端13a连接，电源模块13的输入端13b与供电单元5的输入端5a连接。

作为一种示例，通信控制模块11可以用于对NBIOT模组1进行控制，比如，控制NBIOT模组1进行读取SIM卡信息的操作，控制NBIOT模组1向云服务器发送数据的操作、控制NBIOT模组1与MCU2进行通信的操作等等。网络通信模块12可以用于与云服务器进行TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol，传输控制协议/网际协议)通信，电源模块13可以用于对NBIOT模组1进行供电控制。

作为一种示例，参见图3，该通信控制模块11可以采用STM32ARM型号的处理器，当然也可以采用其他型号处理器。

参见图4，网络通讯模块12包括网络变压器121和通信芯片122。

需要说明的是，该网络变压器121的一端121a与通信芯片122的一端122a连接，通信芯片122的另一端122b与通信控制模块11的第二通信端11c连接。

作为一种示例，网络变压器121可以用于增强信号，使NBIOT模组1能够将数据传输至较远的设备中，同时可以用于将通信芯片122与外部隔离，增强通信芯片122的抗干扰能力，同时加强了对通信芯片122的保护作用。

作为一种示例，参见图5，通信芯片122的可以采用W550型号的芯片，网络变压器121可以采用HY911105A型号的变压器，通信芯片122与网络变压器121的具体连接关系详见图5。当然，通信芯片122也可以采用其他型号的芯片，网络变压器121也可以采用其他型号的变压器。

参见图6，电源模块13包括稳压单元131、直流DC电源132、电源控制单元133和监控复位单元134。

需要说明的是，该稳压单元131的输出端131a与通信控制模块11的输入端11d连接，稳压单元131的输入端131b与DC电源132的输出端132a连接，DC电源132的第一输入端132b与电源控制单元133的控制端133a连接，DC电源132的第二输入端132c与供电单元5的输出端5a连接，电源控制单元133的输入端133b与监控复位单元134的输出端134a连接。

参见图7，NBIOT模组1还可以包括串口通信单元14。

需要说明的是，串口通信单元14的一端14a与MCU2的通信端2c连接，串口通信单元14的另一端14b与通信控制模块11的第一通信端11a连接。

作为一种示例，当通信控制模块11接收到串口通信单元14发送的串口信号时，DC电源132可以通过稳压单元131将供电单元输入的第一电压变压为第二电压后向通信控制模块11进行供电，比如，第一电压为5伏，第二电压为3.3伏，也即是，DC电源132可以通过稳压单元131将供电单元输入的5伏电压变压至3.3伏后向通信控制模块11进行供电。当通信控制模块信号接收并发送完毕后，可以通过监控复位单元134进行复位，电源控制单元133根据复位情况完成断电，从而实现了NBIOT模组1的低能耗。

作为一种示例，本实用新型实施例提供了一种电源模块13的结构示意图，参见图8，DC电源132可以采用b0505s-1w型号的芯片，稳压单元131可以采用LM1117-3.3型号的芯片，电源控制单元133可以采用TPS85420D型号的芯片，监控复位单元134可以采用IMP706TESA型号的芯片。该电源模块13的结构示意图还可以包括其他电路，本实用新型实施例对此不再进行一一赘述。

作为一种示例，参见图9，串口通信单元14可以采用adm2483brw型号且带隔离的增强型RS485收发器。

为了便于对本实用新型的理解，图10为本实用新型实施例提供了一种NBIOT模组的电路结构示意图，参见图10，该NBIOT模组的电路结构示意图中不仅可以包括型号为STM32ARM的通信控制模块11、型号为W550的通信芯片122、型号为HY911105A的网络变压器121、型号为adm2483brw的串口通信单元14、型号为b0505s-1w的DC电源132、型号为LM1117-3.3的稳压单元131、型号为TPS85420D的电源控制单元133以及型号为IMP706TESA的监控复位单元134，还可以包括其他芯片或电路，本实用新型仅以图10为例进行说明，并不对本实用新型实施例构成限定。

由于有时候MCU2可能会发生故障，当MUC2发生该故障时，可能会影响到数据传输装置进行数据传输，因此，参见图11，该数据传输装置还可以包括备用MCU6，备用MCU6的通信端6a与NBIOT模组1的通信端1b连接，备用MCU6的第一输入端6b与供电单元5的输出端5a连接，备用MCU6的第二输入端6c与信号处理接口4连接。

需要说明的是，备用MUC6可以在MUC2发生故障或负担过重时，接管MCU2的全部处理工作或者为MUC2分担部分的数据处理工作，从而保证了数据传输装置的顺利运行，剃光数据传输可靠性。

参见图12，为了进行功能划分，MCU2可以包括第一MCU21和第二MCU22。

需要说明的是，第一MCU21的第一输入端21a和第二MCU22的第一输入端22a分别与供电单元5的输出端5a连接，第一MCU21的第二输入端21b和第二MCU22的第二输入端22b分别与信号处理接口4连接，第一MCU21的通信端21c与第二MCU22的第一通信端22c连接，第二MCU22的第二通信端22d与NBIOT模组1的第一通信端1c连接。

参见图12，信号处理接口4可以包括业务检测接口41和功能接口42，功能接口42至少包括显示接口421和按钮接口422。

需要说明的是，业务检测接口41与第一MCU21的第二输入端21b连接，功能接口42可以与第二MCU22的第二输入端22b连接。

作为一种示例，第一MCU21可以为低功耗控制器，外带加密芯片，用于处理I/O信号、数据接收、发送、加密、告警等。第二MCU22可以用于处理通讯问题。其中，第一MCU21和第二MCU22可以均为低功耗嵌入式控制器，且可以定时运行，非定时时间休眠节约能源，也可以在事件触发时运行，非触发期休眠。同时，第一MCU21和第二MCU22可以对能源进行管控，根据能源等级决定哪些设备可以运行。第一MCU21和第二MCU22还可以对个单点故障，通过自动逻辑或远程控制的方式进行自动恢复。例如：跳闸重合、摄像机断电复位、4G路由器的断电复位等。

在本实用新型实施例中，由于NBIOT模组可以与SIM卡连接，并读取SIM卡的信息，从而可以与SIM卡组网以接入物联网，实现与自动化控制系统中的云服务器进行通信，进而在MCU通过连接的信号处理接口获取到自动控制系统中信号采集设备采集的信号，并对获取的信号进行处理后，可以通过NBIOT模组将处理后的信号发送至云服务器。同时，NBIOT模组可以接收云服务器发送的数据，从而实现了数据传输装置与云服务器之间的数据交互，达到了提高无线通讯质量的目的，满足了自动化控制系统的传输要求，提高了自动化控制系统的管理效率。

本实用新型实施例提供了一种自动化控制系统，该系统包括上述图1-图12所示的数据传输装置。

作为一种示例，该自动化控制系统不仅可以包括上述图1-图12所示的数据传输装置，还可以包括其他设备，比如，还可以包括用于采集信号的采集设备、对自动化控制系统进行控制的云服务器等等。

在本实用新型实施例中，由于自动化控制系统可以包括数据传输装置，且该数据传输装置可以通过NBIOT模组与云服务器之间进行数据交互，在数据交互过程中改善了数据传输质量和速度，达到了提高无线通讯质量的目的，从而满足了自动化控制系统的传输要求，提高了自动化控制系统的管理效率。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种数据传输装置，其特征在于，设置于油气管道的自动化控制系统中，所述数据传输装置包括基于蜂窝的窄带物联网NBIOT模组、微控制单元MCU、客户识别模块SIM卡、信号处理接口和供电单元；

所述供电单元的输出端分别与所述MCU的第一输入端和所述NBIOT模组的第一输入端连接，用于向所述MCU和所述NBIOT模组供电；

所述信号处理接口与所述MCU的第二输入端连接，用于将所述自动化控制系统中的信号采集设备与所述MCU连接，以使所述MCU获取所述信号采集设备采集的信号；

所述MCU的通信端与所述NBIOT模组的通信端连接，用于在获取到所述信号采集设备采集的信号后，对所述信号进行处理并发送至所述NBIOT模组，以及在接收到所述NBIOT模组发送的数据时，对所述NBIOT模组的数据进行处理；

所述NBIOT模组的读卡端与所述SIM卡连接，用于读取所述SIM卡的信息以接入物联网，实现与所述自动化控制系统中的云服务器的数据传输。

2.如权利要求1所述的数据传输装置，其特征在于，所述NBIOT模组包括通信控制模块、网络通讯模块和电源模块；

所述通信控制模块的第一通信端与所述MCU的通信端连接，所述通信控制模块的读卡端与所述SIM卡连接，所述通信控制模块的第二通信端与所述网络通讯模块的一端连接，所述通信控制模块的输入端与所述电源模块的输出端连接，所述电源模块的输入端与所述供电单元的输入端连接。

3.如权利要求2所述的数据传输装置，其特征在于，所述网络通讯模块包括网络变压器和通信芯片；

所述网络变压器的一端与所述通信芯片的一端连接，所述通信芯片的另一端与所述通信控制模块的第二通信端连接。

4.如权利要求2所述的数据传输装置，其特征在于，所述电源模块包括稳压单元、直流DC电源、电源控制单元和监控复位单元；

所述稳压单元的输出端与所述通信控制模块的输入端连接，所述稳压单元的输入端与所述DC电源的输出端连接，所述DC电源的第一输入端与所述电源控制单元的控制端连接，所述DC电源的第二输入端与所述供电单元的输出端连接，所述电源控制单元的输入端与所述监控复位单元的输出端连接。

5.如权利要求1-4任一权利要求所述的数据传输装置，其特征在于，所述NBIOT模组还包括串口通信单元；

所述串口通信单元的一端与所述MCU的通信端连接，所述串口通信单元的另一端与所述通信控制模块的第一通信端连接。

6.如权利要求1所述的数据传输装置，其特征在于，所述数据传输装置还包括备用MCU，所述备用MCU的通信端与所述NBIOT模组的通信端连接，所述备用MCU的第一输入端与所述供电单元的输出端连接，所述备用MCU的第二输入端与所述信号处理接口连接。

7.如权利要求1所述的数据传输装置，其特征在于，所述MCU包括第一MCU和第二MCU；

所述第一MCU的第一输入端和所述第二MCU的第一输入端分别与所述供电单元的输出端连接，所述第一MCU的第二输入端和所述第二MCU的第二输入端分别与所述信号处理接口连接，所述第一MCU的通信端与所述第二MCU的第一通信端连接，所述第二MCU的第二通信端与所述NBIOT模组的第一通信端连接。

8.如权利要求1或7所述的数据传输装置，其特征在于，所述信号处理接口包括业务检测接口和功能接口，所述功能接口至少包括显示接口和按钮接口；

所述业务检测接口与第一MCU的第二输入端连接，所述功能接口与第二MCU的第二输入端连接。

9.如权利要求1所述的数据传输装置，其特征在于，所述NBIOT模组上设置有卡槽，所述SIM卡设置于所述卡槽中与所述NBIOT模组的读卡端连接。

10.一种自动化控制系统，其特征在于，所述系统包括上述权利要求1-9任一权利要求所述的数据传输装置。

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