CN212334288U - 基于4g传输的多路电梯数据采集系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开基于4G传输的多路电梯数据采集系统。本实用新型包括内置备用电源、电源管理电路、n路485通信模块、STM32主控电路、4G通信模块。其中485通信模块包括隔离型RS485通信电路、RS485保护电路。通过一个主控制芯片完成多路电梯信息和状态的采集，并通过4G传输模块传输到云端监控平台，能够实时监控电梯信息，方便维保和救护；内置备用电源，使电梯在断电情况依然能将故障通过本系统传送至云端监控平台。

Description

基于4G传输的多路电梯数据采集系统

技术领域

本实用新型属于电梯数据采集和传输技术领域，涉及一种基于4G传输的多路电梯数据采集系统。

背景技术

电梯作为垂直运行的特种交通设备，每天担负着数以千万计人次的出行，电梯数量的激增、设备的逐渐老化，以及我国电梯普遍存在大客流、高负荷的使用情况，使得电梯安全隐患与日俱增。充分掌握电梯在各个时段的运作情况、异常情况，全力避免电梯事故的发生，保障电梯的安全运行，是电梯行业内至关重要的事情。

目前的电梯保障工作基本上依靠电梯保障单位的定期检修及检验，而随着电梯数量的越来越多，使用频率的不断增加，电梯检修人员应接不暇，工作任务繁重，可能会导致检修不及时或因赶进度而忽略掉可能引发危险的潜在问题，甚至可能导致在意外发生时，救护人员不能及时赶到现场救助。因此，需要一种能实时传输电梯数据至监控平台的系统。

随着芯片集成度越来越多，RS485通信芯片被集成越来越多功能，隔离型485收发器相当于集成了三个通道的光耦和一个RS485收发器。电梯主控制板一般留有485通信接口，可通过此接口将电梯数据取出，电梯环境较为复杂，干扰较多，隔离型485收发器搭配485保护电路较好的隔离了这些干扰。一般商场、小区和办公楼等目前都是多路电梯搭配使用，随着MCU功能的强大，可将多路电梯信息传输到一个采集终端，统一传输到监控平台。

随着移动通信技术的发展，4G的普及率越来越高，为满足当下爆炸式增长的物联网应用需求，4G路由器已经被应用到越来越多的工业场景。4G具有通信速度快、网络频谱宽、通信灵活、智能型高和兼容性好等优势。

发明内容

本实用新型的目的在于提出一种基于物联网技术的多路电梯数据采集传输系统，实现多路电梯数据和状态的获取，通过4G模块，实时传输至云端监控平台，能够及时对故障状态做出响应。

本实用新型包括内置备用电源、电源管理电路、n路485通信模块、STM32主控电路、4G通信模块。其中485通信模块包括隔离型RS485通信电路、RS485保护电路。内置备用电源的输出端与电源管理电路的输入端电连接，电源管理电路为n路485通信模块、STM32主控电路、4G通信模块供电。RS485保护电路与对应电梯控制柜信号双向连接，RS485保护电路与隔离型RS485通信电路信号双向连接，n路隔离型RS485通信电路与STM32主控电路信号双向连接，STM32主控电路的输出端与4G通信模块的输入端信号连接，4G通信模块的输出端与云端监控平台的输入端信号连接。

作为优选，n＝4；

隔离型RS485通信电路接收的数据传送至STM32主控电路的UART口，STM32主控电路的主控制器对数据进行保存；当每一路电梯数据都到达时，主控电路将数据汇总，通过4G通信模块传输至云端监控平台；

系统增加备用电源，可以在电梯断电情况下，继续传输信息给监控平台。

所述隔离型RS485通信电路主要用来查询接收电梯数据和状态，485通信采用半双工工作方式，传输距离高达1.2km；采用一对平衡差分信号线传输，有效的抑制了远距离传输的信号干扰问题。隔离型RS485通信电路将电源和信号均隔离开，保护了主控芯片不被大电压破坏；同时使通信在严重地扰动和其它系统级噪声存在的情况下不间断、无差错。

所述STM32主控电路是整个系统的核心控制单元，主要功能是定时查询和接收各路电梯状态和数据信息，整合后，通过4G模块发送至云端监控平台。主控制器芯片采用意法半导体的STM32F103RCT6，与电梯通信的波特率设为38400，与4G模块通信的波特率设为115200。

所述4G通信模块的主要作用是将STM32主控电路主控制器整合后的各路电梯数据传输到云端监控平台。4G模块采用有人物联网的WH-LTE-7S4模块。

本实用新型的有益效果：通过一个主控制芯片完成多路电梯信息和状态的采集，并通过4G传输模块传输到云端监控平台，能够实时监控电梯信息，方便维保和救护；内置备用电源，使电梯在断电情况依然能将故障通过本系统传送至云端监控平台。

附图说明

图1系统结构框图；

图2隔离型RS485通信电路；

图3 RS485保护电路；

图4电源管理电路；

图5 4G无线传输电路；

图6 STM32主控电路。

具体实施方式

下面结合具体实施方式和附图对本实用新型进行详细描述。

如图1所示，为系统结构框图，包括内置备用电源、电源管理电路、4路485通信模块、STM32主控电路、4G通信模块。其中485通信模块包括隔离型RS485通信电路、 RS485保护电路。内置备用电源的输出端与电源管理电路的输入端电连接，电源管理电路为n路485通信模块、STM32主控电路、4G通信模块供电。RS485保护电路与对应电梯控制柜信号双向连接，RS485保护电路与隔离型RS485通信电路信号双向连接，4路隔离型RS485通信电路与STM32主控电路信号双向连接，STM32主控电路的输出端与4G 通信模块的输入端信号连接，4G通信模块的输出端与云端监控平台的输入端信号连接。

工作原理：每路电梯数据通过485的通信方式与STM32主控电路连接，波特率设为38400bps，电梯控制柜与STM32主控电路主控制器间采用MODBUS的通信协议，STM32 主控电路的主控制器STM32每隔1秒通过485通信模块向电梯控制柜发送一次查询请求。 485通信模块包括隔离型RS485通信电路和RS485保护电路，隔离型RS485通信电路将电源和信号均隔离开，保护系统不被大电压破坏，同时不受外部干扰影响；RS485保护电路主要是放雷击和静电。主控制器STM32将各路电梯信息整合汇总后，通过4G通信模块USR-LTE-7S4传输至云端监控平台，与4G通信模块相连的串口波特率设置为 115200bps。云端监控平台对接收到的各路电梯信息进行分析，最终充分掌握电梯在各个时段的运作情况、异常情况，全力避免电梯事故的发生，保障电梯的安全运行。

电源管理电路主要对接入系统的外部电源进行隔离，以及对本系统各个不同部分分别供电。内置备用电池将在电梯系统断电的情况下，继续给本系统供电，从而传输电梯断电的故障给云端监控平台。

如图2所示，为隔离型RS485通信电路，通过该芯片，将电梯端输出的485信息转为主控器能直接接收处理的UART信号。隔离型485芯片采用ADI公司的ADM2483，该芯片内部集成了ADI专利的磁耦隔离技术，相当于集成了三个通道的光耦和一个RS485收发器，传输速率是500Kbps。其中VIN5V和PGND为引入的外部供电的电源和地，V3.3 和GND则为系统数字部分的电源和地，通过该芯片隔离开，使电梯端过来的干扰不会影响本系统。

第一路485通信模块中隔离型RS485通信电路包括芯片U1、电容C22-C23；芯片U1的1脚与电容C23的一端连接后接电源管理电路的V3.3，2脚与电容C23的另一端连接后接地，3脚作为RX1接STM32主控电路，4脚与5脚连接后作为DIR1接STM32主控电路，6脚作为TX1接STM32主控电路，7脚接电源管理模块的V3.3，8脚接地，9脚接 PGND，12脚接RS485保护电路,13脚接RS485保护电路,15脚与电容C22的一端连接后接PGND，16脚与电容C22的另一端连接后接VIN5V；其他引脚悬空。芯片U3的型号为 ADM2483。

其他三路485通信模块中隔离型RS485通信电路如上电路结构。

如图3所示，为RS485保护电路，主要防护485连接线引入的静电和雷击对系统的影响。放静电芯片采用SM712，该芯片是一款汽车级ESD静电保护二极管，是RS485专业防静电保护方案中最常用的芯片，SM712的3脚接大地，将静电引入大地释放。电路防雷主要依靠气体放电管，气体放电管选用3RM090L-8，该气体放电管为陶瓷气体放电管，3电极，防雷电10KV，气体放电管的2脚接大地，将引入的雷电信号导入大地释放。

第一路485通信模块中RS485保护电路包括芯片U3、保险丝F1-F2、气体放电管G1、电阻R1、接件P3；芯片U3的1脚接保险丝F1的一端后接隔离型RS485通信电路的13 脚，2脚与保险丝F2的一端后接隔离型RS485通信电路的12脚，3脚接GGND。保险丝 F1的另一端与电流表G1的1端、电阻R1的一端连接后接接件P3的3脚，保险丝F2 的另一端与放电管G1的3端、电阻R1的另一端连接后接接件P3的2脚，放电管G1的 2端接GGND。接件P3的1脚接PGND。芯片U3的型号为SM712，放电管G1的型号为 3RM090L-8。接件P3接电梯控制柜的485通信接口。

其他三路485通信模块中RS485保护电路如上电路结构。

如图4所示，为电源管理电路，主要是将系统内部模块供电与外部接入电源隔离，并做5V到3.3V电压转换，以适用系统内部各个模块供电需求。P1为外部电源接入端子， 2脚为正极，首先并联一个瞬态抑制二极管SMBJ5.0CA，该瞬态抑制二极管为双向，能够抑制2端的信号发生瞬间高能量变化，保护后续电路免收浪涌脉冲的损坏；然后串联自恢复保险丝F11，保险丝限流1.1A，当发生短路或别的故障使输入电流超过1.1A时，保险丝断开，保护后续电路的安全。U4为金升阳电压隔离模块B0505S，模块只需搭配两个电容既能稳定工作，将输入输出间较好隔离开，使外部电源发生干扰时，内部模块不受影响。U2的3.3V稳压芯片，采用AMS1117-3.3V芯片，搭配少量外部元件，能将输入5V获得稳定的3.3V输出。

电源管理电路包括芯片U2、芯片U4、保险丝F11、瞬态抑制二极管D1、端子P1、电容C1-C6、C20；芯片U4的1脚接电容C2的一端后接VIN5V，2脚接电容C2的另一端后接PGND，4脚接电容C1的一端后接GND，6脚接电容C1的另一端后输出V5.0。芯片 U2的3脚接芯片U4输出的V5.0、电容C3的一端、电容C4的一端,2脚接电容C5的一端、电容C6的一端后输出V3.3，1脚接电容C3的另一端、电容C4的另一端、电容C5 的另一端、电容C6的另一端后接GND。保险丝F11的一端接VIN5V、电容C20的一端，另一端接瞬态抑制二极管D1的一端、端子P1的2脚，瞬态抑制二极管D1的另一端接 GGND。端子P1的1脚、电容C20的另一端接PGND。芯片U2的型号为B0505S，芯片U4 的型号为AMS1117。

如图5所示，为4G无线传输电路，将主控制器整合的各路电梯信息传输至云端监控平台。4G模块采用有人物联科技的WH-LTE-7S4，支持移动、联通和电信三大运营商，同时兼容SIM卡、APN专用卡和物联网卡。与主控制器与串口的方式通信，通过AT指令可配置为透传模式。

4G无线传输电路包括芯片U14、电容C32-33；芯片U14的6脚接STM32主控电路， 7脚接STM32主控电路，11脚、12脚接GND，13脚、14脚接电容C32的一端、电容C33 的一端后接电源管理模块的3.3V，其他引脚悬空。电容C32的另一端、电容C33的另一端接GND。芯片U14的型号为USR-LTE-7S4。

如图6，所述的STM32主控电路包括芯片U8、电容C7-8，C11-14，C17，电阻R4；芯片U8的1脚接电源管理模块的V3.3,12脚接电容C11的一端、电容C12的一端后接 GND，13脚接电容C11的另一端、电容C12的另一端、电阻R4的一端，18脚接电容C13 的一端后接GND，14脚接电容C13的另一端接电源管理模块的V3.3,31脚接电容C17的一端后接GND，32脚接电容C17的另一端接电源管理模块的V3.3,47脚接电容C14的一端后接GND，48脚接电容C14的另一端接电源管理模块的V3.3,63脚接电容C7的一端后接GND，64脚接电容C7的另一端接电源管理模块的V3.3,42脚接第一路隔离型RS485 通信电路的芯片U1的6脚，43脚接第一路隔离型RS485通信电路的芯片U1的3脚，44 脚接第一路隔离型RS485通信电路的芯片U1的4、5脚，16、17、21脚分别接第二路隔离型RS485通信电路的芯片U1的6、3和4、5脚，29、30、33脚分别接第三路隔离型 RS485通信电路的芯片U1的6、3和4、5脚，51、52、50脚分别接第四路隔离型RS485 通信电路的芯片U1的6、3和4、5脚。其他引脚悬空。电阻R4的另一端接电源管理模块的V3.3。芯片U8的型号为STM32F103RCT6。

上述实施例并非是对于本实用新型的限制，本实用新型并非仅限于上述实施例，只要符合本实用新型要求，均属于本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.基于4G传输的多路电梯数据采集系统，其特征在于包括内置备用电源、电源管理电路、n路485通信模块、STM32主控电路、4G通信模块；其中485通信模块包括隔离型RS485通信电路、RS485保护电路；内置备用电源的输出端与电源管理电路的输入端电连接，电源管理电路为n路485通信模块、STM32主控电路、4G通信模块供电；RS485保护电路与对应电梯控制柜信号双向连接，RS485保护电路与隔离型RS485通信电路信号双向连接，n路隔离型RS485通信电路与STM32主控电路信号双向连接，STM32主控电路的输出端与4G通信模块的输入端信号连接，4G通信模块的输出端与云端监控平台的输入端信号连接；n≥2。

2.如权利要求1所述的基于4G传输的多路电梯数据采集系统，其特征在于n＝4。

3.如权利要求1所述的基于4G传输的多路电梯数据采集系统，其特征在于STM32主控电路主控制器芯片采用意法半导体的STM32F103RCT6。

4.如权利要求3所述的基于4G传输的多路电梯数据采集系统，其特征在于STM32主控电路主控制器与电梯控制柜通信的波特率设为38400bps，采用MODBUS的通信协议。

5.如权利要求3所述的基于4G传输的多路电梯数据采集系统，其特征在于与4G通信模块通信的波特率设为115200bps。

6.如权利要求1所述的基于4G传输的多路电梯数据采集系统，其特征在于4G通信模块芯片型号为WH-LTE-7S4。

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