CN213634151U

CN213634151U - 数据采集控制器

Info

Publication number: CN213634151U
Application number: CN202022811183.9U
Authority: CN
Inventors: 程仁彬; 高启龙; 杨树; 吴楠
Original assignee: Star Control Internet Of Things Technology Shandong Co ltd
Current assignee: Star Control Internet Of Things Technology Shandong Co ltd
Priority date: 2020-11-27
Filing date: 2020-11-27
Publication date: 2021-07-06
Anticipated expiration: 2030-11-27

Abstract

本申请提供了一种数据采集控制器，包括控制组件、连接组件以及无线通信组件，其中，连接组件和无线通信组件均与控制组件通信连接；连接组件包括多个不同类型的控制接口，可以用于连接工业现场中不同类型的数据采集设备；控制组件包括第一微处理器与配置电路，该配置电路与第一微处理器连接，可以用于对控制组件对应的控制程序进行配置，即用户可以根据实际需求灵活配置控制组件的功能，应用领域方式更加广泛；另外，无线通信组件与服务器通信连接，可以将数据采集设备采集的数据通过无线网络上传至服务器，或者接收服务器发送的数据，传输延时低，且具有较高的安全性。

Description

数据采集控制器

技术领域

本申请实施例涉及物联网技术领域，尤其涉及一种数据采集控制器。

背景技术

随着人工智能、工业互联网、智能制造等科学技术的不断发展和演进，在工业生产现场的各种工业设备在生产过程中会有诸如生产计数数据、能耗数据、运行状态数据、工艺参数数据、运行环境数据等诸多的数据，为方便管理，企业用户会利用工业数据采集控制器将这些数据进行采集，并传输到数据中心服务器或者云端服务器，供各种应用软件系统使用。

现有的工业数据采集控制器需要通过部署专门的数据传输线缆，来传输工业数据采集控制器采集到的数据，而大量的线缆容易导致工业现场布局结构复杂，限制了整个工业数据采集控制器的灵活性。

实用新型内容

本申请实施例提供一种数据采集控制器，可以提升整个工业数据采集控制器的灵活性。

具体的，上述数据采集控制器包括控制组件、连接组件以及无线通信组件，所述连接组件和所述无线通信组件均与所述控制组件通信连接；

所述连接组件包括多个不同类型的控制接口，所述控制接口用于连接工业现场中的数据采集设备；

所述控制组件包括第一微处理器与配置电路，所述配置电路与所述第一微处理器连接；

所述无线通信组件用于接收服务器发送的数据，或者用于向服务器发送数据。

在一种可行的实施方式中，所述无线通信组件为5G通信组件。

在一种可行的实施方式中，所述5G通信组件通过串行通信接口或通用串行总线与所述控制组件连接。

在一种可行的实施方式中，所述5G通信组件包括SN74AVC4T245芯片，所述SN74AVC4T245芯片用于对所述5G通信组件与所述控制组件之间的电平信号进行转换。

在一种可行的实施方式中，所述无线通信组件为5G物联网无线网关。

在一种可行的实施方式中，所述第一微处理器包括程序存储器，所述程序存储器用于存储所述控制组件对应的控制程序。

在一种可行的实施方式中，所述配置电路包括信号电平转换电路与电气接插件，所述第一微处理器和所述电气接插件均与所述信号电平转换电路连接。

在一种可行的实施方式中，所述信号电平转换电路中包括MAX3218芯片。

在一种可行的实施方式中，所述控制接口包括控制器局域网络接口、串行通信接口和以太网接口。

在一种可行的实施方式中，所述第一微处理器为STM32F407芯片。

在一种可行的实施方式中，还包括电源组件，所述电源组件中包括PTN78060W芯片。

本申请所提供的数据采集控制器，包括控制组件、连接组件以及无线通信组件，其中，连接组件和无线通信组件均与控制组件通信连接；连接组件包括多个不同类型的控制接口，用于连接工业现场中不同类型的数据采集设备；控制组件包括第一微处理器与配置电路，配置电路可以用于对控制组件对应的控制程序进行配置，即用户可以根据实际需求，灵活配置控制组件的功能，使得数据采集控制器具有较优的可扩展性，应用领域更加广泛；另外，无线通信组件与服务器通信连接，可以将数据采集设备采集的数据通过无线网络上传至服务器，或者接收服务器发送的数据，使得数据采集控制器不受数据传输线缆的限制，使用方式更加灵活。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对本申请实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本申请实施例中提供的一种数据采集控制系统的架构示意图；

图2为一种5G通信网络的结构示意图；

图3为本申请实施例中提供的一种数据采集控制器的结构示意图；

图4为本申请实施例中提供的一种数据采集控制器的电路结构示意图；

图5为本申请实施例中提供的另一种数据采集控制器的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面以具体地实施例对本申请的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

参照图1，图1为本申请实施例中提供的一种数据采集控制系统的架构示意图，本申请实施例中，数据采集控制器11可以具体通过其N个控制接口连接N个数据采集设备114，并且数据采集控制器11还可以通过其无线通信组件接入通信网络21，再通过通信网络21接入互联网31后，进而与设置在互联网31内的服务器311建立通信连接。

另外，用户51也可以通过电子设备41接入互联网31并与服务器311建立通信连接后，通过电子设备41来实现对数据采集控制器11的控制。

可以理解的是，在图1所示的场景中，数据采集控制器11以及多个数据采集设备114都可以设置在工业现场，而数据采集控制器11凭借其设置的无线通信组件，能够通过无线通信的方式接入互联网31，进而在用户51不实际到达工业现场的情况下，就可以通过互联网31实现对工业现场设置的数据采集控制器11进行控制。

此外，需要说明的是，本实施例中对于用户51所使用的电子设备41的具体实现类型不做限定，例如，所述电子设备41可以是手机、平板电脑、笔记本电脑或者服务器等，电子设备41可以通过有线或者无线的方式接入互联网31，并最终与互联网31内的服务器311连接。

示例性地，在如图1所示的场景中，设置在工业现场的数据采集控制器11可以连接温度传感器、湿度传感器以及摄像头等检测设备，这些检测设备可以将采集到的检测数据发送至数据采集控制器11，数据采集控制器11则通过其无线通信组件将检测数据发送到通信网络21，经由通信网络21发送到互联网31中的服务器311，最终用户51可以通过电子设备41从服务器311获取并查看来自工业现场的检测设备所采集到的检测数据。

示例性地，用户51也可以通过电子设备41向服务器311发送控制命令，并由服务器311将控制命令通过通信网络21发送给数据采集控制器11，随后数据采集控制器11控制所连接的数据采集设备114执行相应的控制命令。

在一种可行的实施方式中，上述通信网络21为5G通信网络。在如图1所示的场景中以铁塔型的基站图形来表示整个5G通信网络，而在具体的实现过程中，参考图2，图2为一种5G通信网络的结构示意图，其中，5G通信网络中可以主要划分为接入网设备和核心网设备两部分，所述接入网设备包括：无线接入网络(Radio Access Network，RAN)等，可用于实现数据采集控制器的具体接入功能，使得工业数据采集控制器可以通过RAN接入5G通信网络。

如图2所示，5G核心网(5G core/new generation core，5GC/NGC)包括接入和移动性管理功能(Access and Mobility Management Function，AMF)网元、会话管理功能(Session Management Function，SMF)网元、用户面功能(User Plane Function，UPF)网元、鉴权服务器功能(Authentication Server Function，AUSF)网元、策略控制功能(Policy Control Function，PCF)网元、应用功能(Application Function，AF)网元、统一数据管理功能(unified data management，UDM)网元、网络切片选择功能(Network SliceSelection Function，NSSF)网元等多个功能单元。

AMF网元主要负责移动性管理、接入管理等服务。SMF网元主要负责会话管理、UE地址管理和分配、动态主机配置协议功能、用户面功能的选择和控制等。UPF主要负责对外连接到数据网络(data network，DN)以及用户面的数据包路由转发、报文过滤、执行服务质量(quality of service，QoS)控制相关功能等。AUSF主要负责对终端设备的认证功能等。PCF网元主要负责为网络行为管理提供统一的策略框架、提供控制面功能的策略规则、获取与策略决策相关的注册信息等。需要说明的是，这些功能单元可以独立工作，也可以组合在一起实现某些控制功能，如对终端设备的接入鉴权、安全加密、位置注册等接入控制和移动性管理功能，以及用户面传输路径的建立、释放和更改等会话管理功能。

5GC中各功能单元之间可以通过下一代网络(next generation，NG)接口进行通信，如：数据采集控制器可以通过NG接口1(简称N1)与AMF网元进行控制面消息的传输，RAN设备可以通过NG接口3(简称N3)与UPF建立用户面数据传输通道，AN/RAN设备可以通过NG接口2(简称N2)与AMF网元建立控制面信令连接，UPF可以通过NG接口4(简称N4)与SMF网元进行信息交互，UPF可以通过NG接口6(简称N6)与数据网络DN交互用户面数据，AMF网元可以通过NG接口11(简称N11)与SMF网元进行信息交互，SMF网元可以通过NG接口7(简称N7)与PCF网元进行信息交互，AMF网元可以通过NG接口12(简称N12)与AUSF进行信息交互。

需要说明的是，图2仅为示例性架构图，除图2中所示功能单元之外，该网络架构还可以包括其他功能单元。

当如图2所示的5G通信系统应用在如图1所示的场景中时，用户51通过电子设备41将控制命令发送到服务器311后，服务器311具体可以将数据发送给5G通信网络中的UPF网元，并由UPF网元根据AMF网元/SMF网元所指定的传输策略，将数据经由RAN网元发送到对应的数据采集控制器11。以及，数据采集控制器11将检测数据通过RAN网元发送给UPF网元，并由AMF网元/SMF网元所制定的传输策略，将检测数据发送给对应的服务器311。

需要说明的是，在本申请提供的实施例中，上述通信网络21还可以等效替换为其它通信网络，例如，第三代(third generation，3G)通信系统、长期演进(long termevolution，LTE)通信系统，或者未来移动通信系统等，相应地，此时数据采集控制器11内的无线通信组件也可以做适应性的调整，其具体实现方式可作为本申请实施例的等效替换，均属于本申请的保护范围之内，此处不再赘述。

基于上述实施例中所描述的内容，参照图3，图3为本申请实施例中提供的一种数据采集控制器的结构示意图，在本申请实施例中，上述数据采集控制器11包括控制组件111、连接组件112以及无线通信组件113，其中，连接组件112和无线通信组件113均与控制组件111通信连接。

连接组件112包括多个不同类型的控制接口，用于连接工业现场中的数据采集设备。

其中，不同类型的控制接口可以连接工业现场中不同类型或型号的数据采集设备，从而满足工业现场各种类型的数据采集设备的接入需求，不需要再配置转接接口。

控制组件111包括第一微处理器与配置电路，配置电路与所述第一微处理器连接。

其中，配置电路可以用于对控制组件111对应的控制程序，即第一微处理器中的程序进行配置，使用户可以根据实际需求，灵活配置控制组件的连接，使得数据采集控制器具有较优的可扩展性，应用领域更加广泛。

可选的，在本申请实施例中，可以基于Linux嵌入式开发环境，对第一微处理器中的程序进行配置。

无线通信组件113可以用于接收服务器发送的数据，或者用于向服务器发送数据。

其中，上述控制接口可以通过有线连接线的方式，与工业现场的数据采集设备连接，例如控制接口可用于连接可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，简称：PLC)、工控机，或者连接其它工业数据采集控制器等，并且本实施例中对于上述控制接口的具体的实现方式，以及所连接的设备不做限定。

示例性地，数据采集控制器11中的多个不同类型的控制接口可以包括以下的一种或多种接口：控制局域网络(Controller Area Network，简称：CAN)接口、串行数据通信标准RS-232接口、串行数据通信标准RS485接口、以太网(EtherNet)接口、通用串行总线(Universal Serial Bus，简称：USB)接口等。

可以理解的是，上述连接组件112通过集成CAN通讯接口，可以方便与工业现场现有的多种数据采集设备互联，通过CAN通讯口，可利用CAN通讯的高速和多主多从的特点，构建快速和高效的分布式采集与控制系统。通过集成RS232/RS485接口，可以与现有大部分PLC、工控机及其它独立的数据采集设备建立低成本的分布式控制系统。通过EtherNet接口可构建基于互联网的应用。

具体地，本实施例中控制组件111作为数据采集控制器11的核心部件，可以用于执行数据处理的功能，例如，控制组件111可以向连接组件112发送控制命令，连接组件112在接收到控制命令后，通过其控制接口连接的数据采集设备进行工业现场的数据采集；或者，控制组件111可以接收连接组件112发送的、由连接组件112连接的数据采集设备在工业现场采集的数据。

其中，控制组件111在接收到连接组件112发送的数据后，可以对接收到的数据进行处理后再发送至服务器，也可以将接收到的数据直接发送至服务器。

在一种可能的实现方式中，上述第一微处理器包括程序存储器、中央处理器、数字存储器、定时器/计数器及中断系统等部分。程序存储器用于存储控制组件111对应的控制程序，在数据采集控制器上电后，控制组件111将按照程序设计自动运行。

可选的，上述第一微处理器可以采用STM32F407芯片，该芯片具有兼容能力高、速度快、接口丰富等优点。

上述配置电路包括电气接插件及信号电平转换电路，用户可通过该配置电路完成数据采集控制器的系统参数设置、系统状态读取等功能。

其中，上述电气接插件可以用于连接用户的电脑、手机等设备。

可选的，上述信号电平转换电路包含MAX3218芯片，该芯片的7、9管脚与第一微处理器的101、102管脚连接，该芯片的12、14管脚与电气接插件的管脚连接，对外部设备表现为串行通信接口(RS-232)的形式，方便用户对系统进行参数配置。

本实施例中提供的数据采集控制器11中设置有无线通信组件113，使得数据采集控制器11可以通过无线通信组件113，以无线通信方式与其它设备进行通信。

在一种可行的实施方式中，上述无线通信组件113为5G通信组件，例如，控制组件111可以将待发送的数据发给5G通信组件，由5G通信组件通过5G通信方式发出；或者，5G通信组件可以通过5G通信方式接收到数据后，将接收到的数据发给控制组件111进行后续处理等，从而基于5G通信组件，提高数据采集控制器11的数据传输速度，并提高了所传输数据的安全性能。另外，5G通信系统具有极低的时延，可以保证工业现场对实时监测和控制的要求；5G通信系统高可靠的网络质量，确保了数据采集控制系统对稳定性的应用要求；5G通信系统的大宽带则可以使数据采集控制系统实现高清3D视频，甚至AR的传输，在远程操控领域大幅提高了操作精度。

在一种可能的实现方式中，上述5G通信组件可以具体通过5G芯片实现。

在另一种可能的实现方式中，上述5G通信组件也可以为5G物联网无线网关。

在一种可能的实现方式中，上述5G通信组件可以通过串行通信接口(RS-232)或通用串行总线(USB)与控制组件111连接。

在一种可能的实现方式中，连接组件112包括第二微处理器与通用接口，其中，第二微处理器通过上述通用接口与控制组件111连接。

在一种可能的实现方式中，连接组件还包括模拟信号采集单元与数据采集单元；其中，模拟采集单元包括模拟信号电平转换电路，该模拟信号电平转换电路与上述第二微处理器集成的数模转换电路和/或模数转换电路连接；数据采集单元包括数据信号电平转换电路，该数据信号电平转换电路与上述第二微处理器连接。

其中，上述模拟采集单元可以利用一些数据采集设备采集模拟信号，例如利用麦克风采集声音信号等。

上述数据采集模块可以利用一些数据采集设备采集数据信号，例如利用摄像头采集视频信号等。

可选的，上述第二微处理器中包括STM32F407芯片。

可选的，上述通用接口包含一路输出电路和一路输入电路，输出电路中包括NC7SZ32M5X芯片与隔离电路，NC7SZ32M5X芯片用于提高输出信号的驱动能力，隔离电路用于将输出信号连接至电气接插件；输入电路包含ISO1211D芯片，用于电器隔离。

本申请所提供的数据采集控制器11，包括控制组件111、连接组件112以及无线通信组件113，其中，连接组件112包括多个不同类型的控制接口，可以用于连接工业现场中不同类型的数据采集设备，从而满足工业现场各种类型的数据采集设备的接入需求，不需要配置转接接口；控制组件111包括第一微处理器与配置电路，配置电路可以用于对第一微处理器中的控制程序进行配置，即用户可以根据实际需求，灵活配置控制组件111的功能，使得数据采集控制器11具有较优的可扩展性，应用领域更加广泛；另外，无线通信组件113与服务器通信连接，可以将数据采集设备采集的数据通过无线网络上传至服务器，或者接收服务器发送的数据，使得数据采集控制器不受数据传输线缆的限制，使用方式更加灵活。

为了更好的理解本申请实施例中所描述的内容，参照图4，图4为本申请实施例中提供的一种数据采集控制器的电路结构示意图。在图4中，控制组件111采用STM32F407芯片作为第一微处理器，配置电路包括MAX3218芯片，该芯片的7、9管脚与STM32F407芯片的101、102管脚连接，该芯片的12、14管脚与电气接插件01连接。

连接组件112采用STM32F407芯片作为第二微处理器，另外，连接组件112还包括TCAN332D芯片、THVD1419芯片以及MAX3218芯片。

其中，TCAN332D芯片用于实现CAN总线电平转换功能，TCAN332D芯片的1、4管脚与第二微处理器的114、115管脚连接，6、7管脚连接TPD2E2U06芯片和电气接插件02，TPD2E2U06芯片用于防静电干扰。

THVD1419芯片为RS-485接口的电平转换电路，THVD1419芯片的1、4管脚与第二微处理器的113、116管脚连接，6、7管脚连接至输出电气接插件03。

MAX3218芯片为EtherNet接口的电平转换电路，MAX3218芯片的7、9管脚连接至第二微处理器的101、102管脚，12、14管脚连接至电气接插件04。

连接组件112还包括通用接口1121，其中，连接组件112中STM32F407芯片通用接口1121与控制组件111中的STM32F407芯片连接。

无线通信组件113包括SN74AVC4T245芯片与5G模组电路，SN74AVC4T245芯片用于5G模组电路与控制组件111之间的电平转换。SN74AVC4T245芯片的4、5、6、7管脚与第一微处理器的97、127、96、132管脚连接，输出管脚10、11、12、13与5G模组连接。

需要说明的是，图4中仅示出了各个芯片中的部分引脚，其它未示出的引脚的连接方式本申请实施例中不做限定。

另外，图4中所列出的各个芯片之间的连接引脚并不仅仅只限于上述实施例中所例举的连接方式，在其它实施例中，也可以采用其它引脚进行替代。

基于上述实施例中所描述的内容，参照图5，图5为本申请实施例中提供的另一种数据采集控制器的结构示意图。在本申请实施例中，上述数据采集控制器11还包括电源组件115。

在一种可行的实施方式中，电源组件115包含3.3V转换单元，5V转换单元、4.2V转换单元。其中，3.3V转换单元分别为控制组件111和连接组件112的微处理器供电；5V、4.2V转换单元与无线通信组件113连接。

在一种可行的实施方式中，电源组件115包含三片PTN78060W芯片，根据调节电阻阻值改变输出电压值。

其中，电源组件115的输入电压可以采用12V，其中第一组PTN78060W芯片将输入12V电压转换为5V电压，然后由LT1963-3.3芯片将5V电压转换为3.3V电压后输出至第一微控制器和第二微控制器；另一组PTN78060W芯片将输入12V电压转换为6V电压，该组PTN78060W芯片与可调电阻连接，通过调节该可调电阻的阻值，可改变该组PTN78060W芯片的输出电压值，从而输出5V电压。第三组PTN78060W芯片将输入12V电压转换为5V，该组PTN78060W芯片同样与可调电阻连接，通过调节该可调电阻的阻值，可改变该组PTN78060W芯片的输出电压值，从而输出4.2V电压。

本申请实施例中，通过上述电源组件，可以输出不同的电压，从而可以满足上述数据采集控制器的输入电压需求。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种数据采集控制器，其特征在于，包括控制组件、连接组件以及无线通信组件，所述连接组件和所述无线通信组件均与所述控制组件通信连接；

2.根据权利要求1所述的数据采集控制器，其特征在于，所述无线通信组件为5G通信组件。

3.根据权利要求2所述的数据采集控制器，其特征在于，所述5G通信组件通过串行通信接口或通用串行总线与所述控制组件连接。

4.根据权利要求2所述的数据采集控制器，其特征在于，所述5G通信组件包括SN74AVC4T245芯片，所述SN74AVC4T245芯片用于对所述5G通信组件与所述控制组件之间的电平信号进行转换。

5.根据权利要求1所述的数据采集控制器，其特征在于，所述无线通信组件为5G物联网无线网关。

6.根据权利要求1所述的数据采集控制器，其特征在于，所述第一微处理器包括程序存储器，所述程序存储器用于存储所述控制组件对应的控制程序。

7.根据权利要求1所述的数据采集控制器，其特征在于，所述配置电路包括信号电平转换电路与电气接插件，所述第一微处理器和所述电气接插件均与所述信号电平转换电路连接；

所述信号电平转换电路中包括MAX3218芯片。

8.根据权利要求1所述的数据采集控制器，其特征在于，所述控制接口包括控制器局域网络接口、串行通信接口和以太网接口。

9.根据权利要求1所述的数据采集控制器，其特征在于，所述第一微处理器为STM32F407芯片。

10.根据权利要求1至9任一项所述的数据采集控制器，其特征在于，还包括电源组件，所述电源组件中包括PTN78060W芯片。