CN212992615U - 模板工程及支撑体系监测系统中通用型无线节点采集电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种模板工程及支撑体系监测系统中通用型无线节点采集电路，中央处理控制单元电路分别与电源模块电路、LoRa无线通讯电路、模拟量采集电路、电源指示‑报警指示电路、RS485通讯电路连接，LoRa无线通讯电路将数据通过无线的方式发送出去，并且接收无线信号数据，模拟量采集电路用于采集传感器信号为4‑20ma电流信号，RS485通讯电路用于和带有RS485通讯功能的传感器通讯，中央处理控制单元上电运行正常后输出指示，且中央处理控制器通过RS485通讯电路或模拟量采集电路检测传感器不正常报警输出。本实用新型适用于不同接口类型，适配不同信号传感器，且带无线LoRa组网功能。

Description

模板工程及支撑体系监测系统中通用型无线节点采集电路

技术领域

本实用新型属于电力工程领域，具体涉及一种模板工程及支撑体系监测系统中通用型无线节点采集电路。

背景技术

在高支模监测应用系统中，目前现有的采集电路大部分采用RS485通讯方式采集传感器信号，采集方式比较单一；但是传感器类型常规有通讯方式的还有模拟量信号类型的，传统的采集电路缺少一体化功能，不具备无线传输组网的功能，并且当采集节点和传感器通讯中断或者和连接电缆断开，无法发出报警指示功能。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种模板工程及支撑体系监测系统中通用型无线节点采集电路，适用于不同接口类型，适配不同信号传感器，且带无线LoRa组网功能。

实现本实用新型目的的技术解决方案为：一种模板工程及支撑体系监测系统中通用型无线节点采集电路包括电源模块电路、LoRa无线通讯电路、模拟量采集电路、电源指示-报警指示电路、RS485通讯电路和中央处理控制单元电路。中央处理控制单元电路分别与电源模块电路、LoRa无线通讯电路、模拟量采集电路、电源指示-报警指示电路、RS485通讯电路连接，电源模块电路分别与LoRa无线通讯电路、模拟量采集电路、电源指示-报警指示电路、RS485通讯电路连接。电源模块电路将外部输入的24V通过第二电压转换芯片U2将电压转换为5V电压，再通过第三电压转换芯片U3将5V电压转换成3.3V电压，给LoRa无线通讯电路、模拟量采集电路、RS485通讯电路以及中央处理控制单元电路供电。LoRa无线通讯电路与外置网关进行通讯组网，接收外置网关数据，并将数据传送到中央处理控制单元电路；中央处理控制单元电路将数据处理后，通过LoRa无线通讯电路再将数据传送到外置网关。模拟量采集电路用于采集传感器信号，传感器信号为模拟量信号，将采集回来的模拟量信号，传送给中央处理控制单元电路进行数据处理。电源指示-报警指示电路通过第二接线端子P2外接电源指示灯和故障报警指示灯，中央处理控制单元电路判断出传感器断线或传感器通讯故障输出给故障指示灯，提示故障状态；当外部电源供电正常，电路运行正常时，中央处理控制单元电路输出给电源指示灯，表示工作正常状态。RS485通讯电路与传感器支持RS485通讯协议类型通讯，接收传感器采集数据，将数据传送到中央处理控制单元电路，中央处理控制单元电路与LoRa无线通讯电路、模拟量采集电路、电源指示-故障指示电路、RS485通讯电路之间进行信号处理和控制。

本实用新型与现有技术相比，其显著优点在于：本实用新型支持不同的信号类型传感器接入实现通用型，检测传感器和通讯故障，并输出指示灯提示报警以及支持LoRa的无线通讯技术，可通过外置网关配合无线节点采集电路可完成组网，实现多点监测。

附图说明

图1为本实用新型的电源模块电路原理图。

图2为本实用新型的LoRa无线通讯电路原理图。

图3为本实用新型的模拟量采集电路原理图。

图4为本实用新型的电源指示-报警指示电路原理图。

图5为本实用新型的RS485通讯电路原理图。

图6为本实用新型的中央处理控制单元电路原理图。

图7为本实用新型所述的模板工程及支撑体系监测系统中通用型无线节点采集电路模块图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述。

本实用新型所述的模板工程及支撑体系监测系统中通用型无线节点采集电路包括电源模块电路、LoRa无线通讯电路、模拟量采集电路、电源指示-报警指示电路、RS485通讯电路和中央处理控制单元电路。中央处理控制单元电路分别与电源模块电路、LoRa无线通讯电路、模拟量采集电路、电源指示-报警指示电路、RS485通讯电路连接，电源模块电路分别与LoRa无线通讯电路、模拟量采集电路、电源指示-报警指示电路、RS485通讯电路连接。电源模块电路将外部输入的24V通过第二电压转换芯片U2将电压转换为5V电压，再通过第三电压转换芯片U3将5V电压转换成3.3V电压，给LoRa无线通讯电路、模拟量采集电路、RS485通讯电路以及中央处理控制单元电路供电。LoRa无线通讯电路与外置网关进行通讯组网，接收外置网关数据，并将数据传送到中央处理控制单元电路；中央处理控制单元电路将数据处理后，通过LoRa无线通讯电路再将数据传送到外置网关。模拟量采集电路用于采集传感器信号，传感器信号为模拟量信号，将采集回来的模拟量信号，传送给中央处理控制单元电路进行数据处理。电源指示-报警指示电路通过第二接线端子P2外接电源指示灯和故障报警指示灯，中央处理控制单元电路判断出传感器断线或传感器通讯故障输出给故障指示灯，提示故障状态；当外部电源供电正常，电路运行正常时，中央处理控制单元电路输出给电源指示灯，表示工作正常状态。RS485通讯电路与传感器支持RS485通讯协议类型通讯，接收传感器采集数据，将数据传送到中央处理控制单元电路，中央处理控制单元电路与LoRa无线通讯电路、模拟量采集电路、电源指示-故障指示电路、RS485通讯电路之间进行信号处理和控制。

下面详细介绍各电路的结构及工作原理。

结合图1，所述电源模块电路包括第一电阻MOV1、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第二电压转换芯片U2、第三电压转换芯片U3、第一线圈L1和第一接线端子P1。第一接线端子P1用于给外接电源接线，第一线圈L1一端接入第一接线端子P1的引脚4，第一接线端子P1的引脚1接地，第一接线端子P1的引脚2和引脚2短接，其中第一线圈L1和第三电容C3组成LC滤波器，消除电源干扰问题，第一电阻MOV1、第一电容C1、LC滤波电路三者并联后接入到第一电压转换芯片U1的引脚1，第二电压转换芯片U2 转换输出5V，通过引脚3输出，第二电容C2接入到第二电压转换芯片U2 的引脚3。第五电容C5和第四电容C4并联，一端接入到第二电压转换芯片U2的引脚3，另一端接入第三电压转换芯片U3的引脚1，第六电容C6、第七电容C7并联后，接入到第三电压转换芯片U3的引脚2。

工作原理为：通过第二电压转换芯片U2将外部输入24V电压转换为5V电压，将5V电压传入到第三电压转换芯片U3的3引脚，再通过第三电压转换芯片U3将5V电压转换为3.3V电源，分别给LoRa无线通讯电路、电源指示-报警指示电路、模拟量采集电路、RS485通讯电路以及中央处理控制单元电路供电。

其中第二电压转换芯片U2采用金升阳的K7805-1000R3M，第三电压转换芯片U3采用美国 AMS1117。

所述LoRa无线通讯电路采用无线LoRa技术将数据通过无线的方式发送出去，并且接收无线信号数据。

结合图2，所述LoRa无线通讯电路包括第五电阻R5、第六电阻R6、第二电阻R2、第二三极管Q2、LoRa芯片U1、第八电容C8、第九电容C9和第一天线接口RF。第五电阻R5一端串联接入第二三极管Q2的引脚1，另一端连接中央处理控制器U4，第六电阻R6并联接入第二三极管Q2的引脚2和第五电阻R5，第二电阻R2串联第二三极管Q2 引脚3，同时第二三极管Q2 引脚3连接LoRa芯片U1的引脚6。LoRa芯片U1接第一天线接口RF和中央处理控制器U4。第八电容C8、第九电容C9并联并连接3.3V，用于滤除不同频率的干扰。

工作原理：第五电阻R5接入中央处理控制器U4的引脚7。LoRa芯片U1的9引脚接入3.3V电压（第三电压转换芯片U3），将LoRa芯片U1的引脚1、引脚2、引脚3、引脚4、引脚5并联后接地；引脚22和引脚20接地，引脚21接第一天线接口RF，供给外置天线放大信号使用。LoRa芯片U1的引脚19接入中央处理控制器U4的引脚10，LoRa芯片U1的引脚18接入中央处理控制器U4引脚11，LoRa芯片U1的引脚17接入中央处理控制器U4引脚13，LoRa芯片U1的引脚16接入中央处理控制器U4引脚12，LoRa芯片U1的引脚15接入中央处理控制器U4引脚14，LoRa芯片U1的引脚13接入中央处理控制器U4引脚8，LoRa芯片U1的引脚12接地。以此完成LoRa无线通讯电路接收数据，将数据传送到中央处理控制单元计算处理，中央处理控制单元处理数据后可根据实际要求在通过LoRa无线通讯电路，将数据以无限的方式传输出去。LoRa无线通讯电路也可以接收外置网关无线信号，完成组网功能。

其中LoRa芯片U1采用SEMTECH的 SX1262。

所述模拟量采集电路用于采集传感器信号为4-20ma电流信号。

结合图3，所述模拟量采集电路包括第十一电阻R11、第十电容C10和第三接线端子P3。第十一电阻R11和第十电容C10并联接入第三接线端子P3的引脚4，且第三接线端子P3引脚4接入中央处理控制器U4的引脚6，第三接线端子P3的引脚2接入第一接线端子P1的引脚1，第三接线端子P3引脚1接地，第三接线端子P3引脚3接地。

工作原理：外部4-20ma传感器接到第三接线端子P3的引脚4和第三接线端子P3的引脚3，4-20ma信号进入中央处理控制单元，经过中央处理控制单元的A/D转换，进行数据处理。

所述中央处理控制单元上电运行正常后输出指示，且中央处理控制器通过标准RS485通讯电路或模拟量采集电路检测传感器不正常报警输出。

如图4所示，所述电源指示-报警指示电路包括第一电阻R1、第三电阻R3、第四电阻R4、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第一三极管Q1、第三三极管Q3和第二接线端子P2。第一电阻R1一端接24V，另一端接第二接线端子P2引脚1，第三电阻R3接入第一三极管Q1的引脚1，第一三极管Q1引脚3接入第二接线端子P2，第四电阻R4接入第一三极管Q1的引脚2，第八电阻R8接入第三三极管Q3的引脚1，第九电阻R9接入第三三极管Q3的引脚2，第三三极管Q3引脚3接入第二接线端子P2的引脚4，第七电阻R7一端接24V，另一端接第二接线端子P2的引脚3，中央处理控制器U4引脚1接第三电阻R3，中央处理控制单元U4引脚3接第八电阻R8。第二接线端子P2的引脚1和引脚2留出外接电源运行指示灯，第二接线端子P2的引脚3和引脚4留出外接故障指示灯。

工作原理：当中央处理控制器U4运行正常时引脚2输出信号，使得第一三极管Q1导通输出，第二接线端子P2的引脚1和引脚2外接指示灯亮；当中央处理控制器U4判断出到传感器故障或者RS485通讯故障时中央处理控制器U4引脚3输出信号，使得第三三极管Q3输出信号第二接线端子P2的引脚3和引脚4外接指示灯亮。

RS485通讯电路用于和带有RS485通讯功能的传感器通讯。

结合图5，所述标准RS485通讯电路，包括第十四电阻R14、第十六电阻R16、第十八电阻R18、第十三电阻R13、第十四电容C14、第十五电容C15、第四三极管Q4、第四接线端子P4和RS485芯片U5。第十三电阻R13一端接入第四三极管Q4引脚1，第十三电阻R13另一端中央处理控制器U4的17引脚，第四三极管Q4引脚3分别接第十八电阻R18、RS485芯片U5引脚2和引脚3，RS485芯片U5的引脚2和引脚3并联，RS485芯片U5引脚1接中央处理控制器U4引脚18，RS 485芯片U5引脚4接中央处理控制器U4引脚17，RS 485芯片U5引脚8接3.3V，引脚5接地；第十四电阻R14接入第四接线端子P4引脚2，第十六电阻R16接入第四接线端子P4引脚1，第四接线端子P4引脚3接地，第四接线端子P4引脚4接24V，第十四电容C14一端接入3.3V，另一端接地，起到滤波作用，第十五电容C15一端接入第十四电阻R14一端，另一端接入第十六电阻R16一端，起到防干扰作用。

工作原理：通过RS485芯片U5和带有RS485通讯功能的传感器通讯将数据传入到中央处理控制单元进行数据处理。

中央处理控制单元用于实现数据处理和输入输出功能。

结合图6，中央处理控制单元包括中央处理控制器U4、第十二电阻R12、第十电阻R10、第十一电容C11、第十二电容C12、第十三电容C13、第二线圈L2。第十一电容C11、第十二电容C12和第二线圈L2串联起到滤波作用；第十二电阻R12和第十三电容C13串联接入接线端子接线端子JSWD1的引脚5，接线端子JSWD1的引脚1接入3.3V，接线端子JSWD1的引脚2接入中央处理控制器U4引脚19，接线端子JSWD1的引脚3接地，接线端子JSWD1的引脚4接入中央处理控制器U4引脚20，中央处理控制器U4引脚1接入第十电阻R10，中央处理控制器U4引脚16接3.3V，中央处理控制器U4引脚15接地。工作原理：中央处理控制单元是节点采集电路的核心处理器，与各个电路之间互相配合完成整个系统工作。

其中，中央处理控制器U4采用美国意法半导体STM32F030F4P6。

Claims (7)

1.一种模板工程及支撑体系监测系统中通用型无线节点采集电路，包括中央处理控制单元电路，其特征在于：还包括分别与中央处理控制单元电路连接的，

LoRa无线通讯电路，与外置网关进行通讯组网，接收外置网关数据，并将数据传送到中央处理控制单元电路；

模拟量采集电路，用于采集传感器信号，传感器信号为模拟量信号，将采集回来的模拟量信号，传送给中央处理控制单元电路进行数据处理；中央处理控制单元电路将数据处理后，通过LoRa无线通讯电路再将数据传送到外置网关；

电源指示-报警指示电路，外接电源指示灯和故障报警指示灯，中央处理控制单元电路判断出传感器断线或传感器通讯故障输出给故障指示灯，提示故障状态；当外部电源供电正常，电路运行正常时，中央处理控制单元电路输出给电源指示灯，表示工作正常状态；

RS485通讯电路，与传感器支持RS485通讯协议类型通讯，接收传感器采集数据，将数据传送到中央处理控制单元电路；

电源模块电路，电源模块电路再分别与LoRa无线通讯电路、模拟量采集电路、电源指示-报警指示电路、RS485通讯电路连接，将外部输入的24V通过第二电压转换芯片U2将电压转换为5V电压，再通过第三电压转换芯片U3将5V电压转换成3.3V电压，给LoRa无线通讯电路、模拟量采集电路、RS485通讯电路和中央处理控制单元电路供电。

2.根据权利要求1所述的模板工程及支撑体系监测系统中通用型无线节点采集电路，其特征在于：所述电源模块电路包括第一电阻MOV1、第一电容C1、第二电容C2、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第二电压转换芯片U2、第三电压转换芯片U3、第一接线端子P1和LC滤波器；其中第一接线端子P1用于给外部电源接线，LC滤波器的一端接第一接线端子P1的引脚4，第一接线端子P1的引脚1接地，第一接线端子P1的引脚2和引脚2短接，第一电阻MOV1、第一电容C1、LC滤波电路三者并联后接入到第一电压转换芯片U1的引脚1，第二电压转换芯片U2 转换输出5V，通过引脚3输出，第二电容C2接入到第二电压转换芯片U2 的引脚3，第五电容C5和第四电容C4并联，一端接入到第二电压转换芯片U2的引脚3，另一端接入第三电压转换芯片U3的引脚1，第六电容C6、第七电容C7并联后，接入到第三电压转换芯片U3的引脚2；第三电压转换芯片U3，分别连接LoRa无线通讯电路、电源指示-报警指示电路、模拟量采集电路、RS485通讯电路以及中央处理控制单元电路；

通过第二电压转换芯片U2将外部输入24V电压转换为5V电压，将5V电压传入到第三电压转换芯片U3的3引脚，再通过第三电压转换芯片U3将5V电压转换为3.3V电源，分别给LoRa无线通讯电路、电源指示-报警指示电路、模拟量采集电路、RS485通讯电路和中央处理控制单元电路供电。

3.根据权利要求1或2所述的模板工程及支撑体系监测系统中通用型无线节点采集电路，其特征在于：所述LoRa无线通讯电路包括第五电阻R5、第六电阻R6、第二电阻R2、第二三极管Q2、LoRa芯片U1、第八电容C8、第九电容C9和第一天线接口RF；第五电阻R5一端串联接入第二三极管Q2的引脚1，另一端连接中央处理控制单元电路，第六电阻R6并联接入第二三极管Q2的引脚2和第五电阻R5，第二电阻R2串联第二三极管Q2 引脚3，同时第二三极管Q2引脚3连接LoRa芯片U1的引脚6，LoRa芯片U1接第一天线接口RF和中央处理控制单元电路，第八电容C8、第九电容C9并联并连接3.3V，用于滤除不同频率的干扰；

第五电阻R5接入中央处理控制单元电路，LoRa芯片U1的9引脚接入第三电压转换芯片U3，将LoRa芯片U1的引脚1、引脚2、引脚3、引脚4、引脚5并联后接地；引脚22和引脚20接地，引脚21接第一天线接口RF，供给外置天线放大信号使用，LoRa芯片U1的引脚19、引脚18、引脚17、引脚16、引脚15、引脚13分别接入中央处理控制单元电路，LoRa芯片U1的引脚12接地，以此完成LoRa无线通讯电路接收数据，将数据传送到中央处理控制单元计算处理，中央处理控制单元处理数据后根据实际要求在通过LoRa无线通讯电路，将数据以无限的方式传输出去，LoRa无线通讯电路同时能够接收外置网关无线信号，完成组网功能。

4.根据权利要求1或2所述的模板工程及支撑体系监测系统中通用型无线节点采集电路，其特征在于：所述模拟量采集电路包括第十一电阻R11、第十电容C10和第三接线端子P3，十一电阻R11和第十电容C10并联接入第三接线端子P3的引脚4，且第三接线端子P3引脚4接入中央处理控制单元，第三接线端子P3的引脚2接入第一接线端子P1的引脚1，第三接线端子P3引脚1接地，第三接线端子P3引脚3接地；

外部传感器接到第三接线端子P3的引脚4和第三接线端子P3的引脚3，外部传感器信号进入中央处理控制单元，经过中央处理控制单元的A/D转换，进行数据处理。

5.根据权利要求1或2所述的模板工程及支撑体系监测系统中通用型无线节点采集电路，其特征在于：所述电源指示-报警指示电路包括第一电阻R1、第三电阻R3、第四电阻R4、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第一三极管Q1、第三三极管Q3和第二接线端子P2；第一电阻R1一端接电源模块电路输入的24V，另一端接第二接线端子P2引脚1，第三电阻R3接入第一三极管Q1的引脚1，第一三极管Q1引脚3接入第二接线端子P2，第四电阻R4接入第一三极管Q1的引脚2，第八电阻R8接入第三三极管Q3的引脚1，第九电阻R9接入第三三极管Q3的引脚2，第三三极管Q3引脚3接入第二接线端子P2的引脚4，第七电阻R7一端接24V，另一端接第二接线端子P2的引脚3，第三电阻R3和第八电阻R8分别接中央处理控制单元；第二接线端子P2的引脚1和引脚2留出外接电源运行指示灯，第二接线端子P2的引脚3和引脚4留出外接故障指示灯；

当中央处理控制单元运行正常时引脚2输出信号，使得第一三极管Q1导通输出，第二接线端子P2的引脚1和引脚2外接指示灯亮；当中央处理控制单元判断出到传感器故障或者RS485通讯故障时中央处理控制单元输出信号，使得第三三极管Q3输出信号第二接线端子P2的引脚3和引脚4外接指示灯亮。

6.根据权利要求1或2所述的模板工程及支撑体系监测系统中通用型无线节点采集电路，其特征在于：所述RS485通讯电路，包括第十四电阻R14、第十六电阻R16、第十八电阻R18、第十三电阻R13、第十四电容C14、第十五电容C15、第四三极管Q4、第四接线端子P4和RS485芯片U5；第十三电阻R13一端接入第四三极管Q4引脚1，第十三电阻R13另一端中央处理控制单元，第四三极管Q4引脚3分别接第十八电阻R18、RS485芯片U5的引脚2和引脚3，RS485芯片U5的引脚2和引脚3并联，RS485芯片U5引脚1、引脚4分别接中央处理控制单元，RS485芯片U5引脚8接第三电压转换芯片U3，引脚5接地；第十四电阻R14接入第四接线端子P4引脚2，第十六电阻R16接入第四接线端子P4引脚1，第四接线端子P4引脚3接地，第四接线端子P4引脚4接24V，第十四电容C14一端接入第三电压转换芯片U3，另一端接地，起到滤波作用，第十五电容C15一端接入第十四电阻R14一端，另一端接入第十六电阻R16一端，起到防干扰作用。

7.根据权利要求1或2所述的模板工程及支撑体系监测系统中通用型无线节点采集电路，其特征在于：中央处理控制单元包括中央处理控制器U4、第十二电阻R12、第十电阻R10、第十一电容C11、第十二电容C12、第十三电容C13、第二线圈L2和接线端子JSWD1；第十一电容C11、第十二电容C12和第二线圈L2串联起到滤波作用；第十二电阻R12和第十三电容C13串联接入接线端子JSWD1的引脚5，接线端子JSWD1的引脚1接入第三电压转换芯片U3，接线端子JSWD1的引脚2接入中央处理控制器U4引脚19，接线端子JSWD1的引脚3接地，接线端子JSWD1的引脚4接入中央处理控制器U4引脚20，中央处理控制器U4引脚1接入第十电阻R10，中央处理控制器U4引脚16接第三电压转换芯片U3，中央处理控制器U4引脚15接地。

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