CN215006917U - 一种多功能传感器信号采集wifi节点 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于物联网技术领域，公开了一种多功能传感器信号采集wifi节点,包括电源电路(1)、传感器信号采集电路(2)、MCU电路(3)、wifi电路(4)。本实用新型提供了一种多功能传感器信号采集wifi节点，其同时具备模拟量、数字量和开关量的采集能力，能够对当前市面上大部分传感器进行信号采集。并在此基础上，引入wifi通讯技术，将传感器信号传递到wifi数据网关，以对信号进行进一步的解析和处理。由于wifi技术成熟，可直接接入Internet，所以节点和网关的安装均不受地域限制。
Description
技术领域
本实用新型涉及物联网技术领域，具体为一种多功能传感器信号采集wifi节点。
背景技术
传感器信号采集节点是一种传感器信号采集装置，其通过模拟量、数字量以及开关量等多种方式采集传感器数据，然后通过有线或无线的方式传递到数据网关，进一步对数据进行解析和处理。
无线通信技术wifi是一种短距离无线通信技术，允许电子设备通过该技术连接到无线局域网，实现与其它计算机或移动设备之间进行数据交换或直接连入Internet，其已经成为当前移动通信领域的一个标准接口，在众多领域都有着广泛的应用。
现有的传感器信号采集节点一般以有线方式为主，例如RS485总线，这给施工和布线造成了一定的困难。不仅如此，现有的传感器信号采集节点一般仅采集单一传感器信号，使得其应用范围也相对受限。
发明内容
本实用新型的目的在于提供了一种多功能传感器信号采集wifi节点，其同时具备模拟量、数字量和开关量的采集能力，能够对当前市面上大部分传感器进行信号采集。并在此基础上，引入wifi通讯技术，将传感器信号传递到wifi数据网关，以对信号进行进一步的解析和处理。由于wifi技术成熟，可直接接入Internet，所以节点和网关的安装均不受地域限制。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种多功能传感器信号采集wifi节点,包括电源电路(1)、传感器信号采集电路(2)、MCU电路(3)、wifi电路(4)；所述的电源电路(1)采用宽电压输入线性稳压芯片为传感器信号采集电路（2）、MCU电路（3）和wifi电路（4）提供电源；所述的传感器信号采集电路(2)同时具备数字量RS485、模拟量4-20mA和开关量的信号采集功能，并将采集到的传感器数据传递给MCU（3）电路进行处理；所述的MCU电路(3)使用异步串行接口采集数字量RS485输出的传感器数据，使用模数转换接口采集模拟量4-20mA输出的传感器数据，使用IO接口采集开关量输出的传感器数据，使用SPI接口与wifi电路（4）连接，将接收到的传感器数据传递给wifi电路（4）；所述的wifi电路(4)接收MCU电路（3）传递过来的传感器数据，并将其通过无线方式传递给wifi数据网关。
优选的，所述的电源电路(1)采用宽电压输入线性稳压芯片为传感器信号采集电路（2）、MCU电路（3）和wifi电路（4）提供电源;主要由DU1宽电压输入线性稳压芯片NCP630AD2T构成，5-24V通过DP1接入；通过瞬态抑制二极管DD2保护后，接入DL1共模电感ILS0405-01；输入电源经瞬态抑制二极管DD3保护后，接入二极管DD1以防电源反接；然后接入DU1的第2引脚；DU1的第3引脚为使能引脚，通过上拉电阻DR1接入输入电压，表示始终有效；电阻DR2、DR3和DR4为电压调节电阻；电容DC1、DC2、DC3和DC4为滤波电容。
优选的，所述的传感器信号采集电路(2)同时具备数字量RS485、模拟量4-20mA和开关量的信号采集功能，并将采集到的传感器数据传递给MCU（3）电路进行处理;主要由PU1总线RS485接口芯片MAX3485、PU2光耦PC817、PU3差分运算放大器AD627构成；上拉电阻PR2接PU1的第2引脚，下拉电阻PR6接PU1的第3引脚；电容PC1为PU1电源的去耦电容；电阻PR4将PU2内部发光二极管的正极；电阻PR3将PU2的集电器输出上拉到3.3V；电阻PR10为PU3差分输入端的采样电阻，接PU3的第2、3引脚；电容 PC2为PU3电源的去耦电容。
优选的，所述的MCU电路(3)使用异步串行接口采集数字量RS485输出的传感器数据，使用模数转换接口采集模拟量4-20mA输出的传感器数据，使用IO接口采集开关量输出的传感器数据，使用SPI接口与wifi电路（4）连接，将接收到的传感器数据传递给wifi电路（4）;主要由MU1微控制器STM32F070F6P6构成，其电源16、5引脚接3.3V电源；时钟2、3引脚接晶振MY1；电容MC1与MU1内部电阻构成阻容复位电路接MU1的第4引脚，给MU1提供复位信号；电阻MR1接MU1的第1引脚，表明上电启动顺序；MP1为程序下载接口；MU1的6-9引脚接wifi电路；MU1的10-13、17-18引脚接传感器信号采集电路。
优选的，所述的wifi电路(4)接收MCU电路（3）传递过来的传感器数据，并将其通过无线方式传递给wifi数据网关;主要由wifi芯片WU1、Flash存储器WU2、wifi PCB天线及其外围电路组成；WU1采用的型号是ESP8266EX，WU2采用的型号是AT45DB161D-SU，wifi天线由PCB方式予以实现；其外接28M晶振，电源使用4.3nH电感进行隔离，所有电源引脚均做去耦处理；复位引脚接阻容复位电路；其电源由电源电路提供，采用SPI接口CS_WX、SCK、MOSI和MISO与MCU电路通信。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：
(1)多功能传感器采集接口，可同时采集数字量、模拟量和开关量传感器数据；
(2)宽电压输入，可直接使用传感器的电源给节点供电，亦可使用锂电池供电；
(3)采用线性稳压方式为电路提供电源，可有效提高采样精度；
(4)通过wifi方式与数据网关进行通信，节点和网关的安装位置不受地域限制。
附图说明
本实用新型涉及到的附图说明如下：
图1为实用新型的系统总体框图；
图2为电源电路图；
图3为传感器信号采集电路图；
图4为MCU电路图；
图5为wifi电路图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
请参阅图1，
一种多功能传感器信号采集wifi节点,包括电源电路(1)、传感器信号采集电路(2)、MCU电路(3)、wifi电路(4)；所述的电源电路(1)采用宽电压输入线性稳压芯片为传感器信号采集电路（2）、MCU电路（3）和wifi电路（4）提供电源；所述的传感器信号采集电路(2)同时具备数字量RS485、模拟量4-20mA和开关量的信号采集功能，并将采集到的传感器数据传递给MCU（3）电路进行处理；所述的MCU电路(3)使用异步串行接口采集数字量RS485输出的传感器数据，使用模数转换接口采集模拟量4-20mA输出的传感器数据，使用IO接口采集开关量输出的传感器数据，使用SPI接口与wifi电路（4）连接，将接收到的传感器数据传递给wifi电路（4）；所述的wifi电路(4)接收MCU电路（3）传递过来的传感器数据，并将其通过无线方式传递给wifi数据网关。
请参阅图1和2，
电源电路(1)采用宽电压输入线性稳压芯片为传感器信号采集电路（2）、MCU电路（3）和wifi电路（4）提供电源;主要由DU1宽电压输入线性稳压芯片NCP630AD2T构成，5-24V通过DP1接入；通过瞬态抑制二极管DD2保护后，接入DL1共模电感ILS0405-01；输入电源经瞬态抑制二极管DD3保护后，接入二极管DD1以防电源反接；然后接入DU1的第2引脚；DU1的第3引脚为使能引脚，通过上拉电阻DR1接入输入电压，表示始终有效；电阻DR2、DR3和DR4为电压调节电阻；电容DC1、DC2、DC3和DC4为滤波电容。
电路原理：DU1为宽电压输入线性稳压芯片，对于3.3V输出电压，其输入电压可为5-24V；瞬态抑制二极管DD2和DD3，以及共模电感DL1用于有效抑制浪涌和快速脉冲群干扰；二极管DD1用于防止电源正负极反接；电阻DR1上拉到电源电压，表示DU1始终为工作状态；电阻DR2、DR3和DR4用于调节DU1的输出电压为3.3V；电容DC1、DC2、DC3和DC4起电源滤波作用。
请参阅图1和3，
传感器信号采集电路(2)同时具备数字量RS485、模拟量4-20mA和开关量的信号采集功能，并将采集到的传感器数据传递给MCU（3）电路进行处理;主要由PU1总线RS485接口芯片MAX3485、PU2光耦PC817、PU3差分运算放大器AD627构成；上拉电阻PR2接PU1的第2引脚，下拉电阻PR6接PU1的第3引脚；电容PC1为PU1电源的去耦电容；电阻PR4将PU2内部发光二极管的正极；电阻PR3将PU2的集电器输出上拉到3.3V；电阻PR10为PU3差分输入端的采样电阻，接PU3的第2、3引脚；电容 PC2为PU3电源的去耦电容。
电路原理：MCU电路通过484_C0、485_C1、485_RX以及485_TX控制RS485接口芯片PU1，484_C0和485_C1用于控制PU1的收发使能与转换，485_RX和485_TX是异步串行口的数据收发端；外部开关量从PR2接入，通过PR4以及PU2内部发光二极管构成回路，当有信号接入时，PU2的集电器输出端输出低电平，当无信号接入时，由于PU2的集电器输出端通过电阻PR3上拉到3.3V，所以输出高电平；PR10为4-20mA的采样电阻，接PU3的差分输入端，通过PU3放大后从引脚6输出，通过采集引脚6上的电压值，即可转换出4-20mA的精准电流值。
请参阅图1和4，
MCU电路(3)使用异步串行接口采集数字量RS485输出的传感器数据，使用模数转换接口采集模拟量4-20mA输出的传感器数据，使用IO接口采集开关量输出的传感器数据，使用SPI接口与wifi电路（4）连接，将接收到的传感器数据传递给wifi电路（4）;主要由MU1微控制器STM32F070F6P6构成，其电源16、5引脚接3.3V电源；时钟2、3引脚接晶振MY1；电容MC1与MU1内部电阻构成阻容复位电路接MU1的第4引脚，给MU1提供复位信号；电阻MR1接MU1的第1引脚，表明上电启动顺序；MP1为程序下载接口；MU1的6-9引脚接wifi电路；MU1的10-13、17-18引脚接传感器信号采集电路。
电路原理：电源电路给MCU电路提供3.3V电源，接MU1的16、5引脚，并使用电容MC2和MC3进行去耦；MY1为12M晶振为MU1提供精准时钟；电容MC1与MU1内部电阻构成阻容复位电路为MU1提供复位信号；MU1的第1引脚通过电阻MR1接地，表明上电时从Flash加载程序；MU1通过SPI接口CS_W、SCK、MOSI和MISO与wifi电路进行通信；MU1通过模数转换接口AD采集4-20mA电流数据；MU1通过IO接口SI采集开关量数据；MU1通过异步串行总线485_C1、485_C0、485_TX、485_RX与485转换芯片进行通信，采集数字量RS485数据。
请参阅图1和5，
wifi电路(4)接收MCU电路（3）传递过来的传感器数据，并将其通过无线方式传递给wifi数据网关;主要由wifi芯片WU1、Flash存储器WU2、wifi PCB天线及其外围电路组成；WU1采用的型号是ESP8266EX，WU2采用的型号是AT45DB161D-SU，wifi天线由PCB方式予以实现；其外接28M晶振，电源使用4.3nH电感进行隔离，所有电源引脚均做去耦处理；复位引脚接阻容复位电路；其电源由电源电路提供，采用SPI接口CS_WX、SCK、MOSI和MISO与MCU电路通信。
电路原理：电路通过wifi无线方式与远端服务器进行通信；通过SPI接口CS_W、SCK、MOSI和MISO信号与MCU电路通信；电阻WR1和电容WC2组成阻容复位电路与WU1的复位引脚7相连接，提供复位信号；WY1为28M晶振为WU1提供时钟，电容WC4和WC5为WY1的微调电容；电容WC1、WC3和电感WL1组成PCB天线的滤波网络；存储器WU2用于程序和数据的存储；WC6-WC15均为电源的去耦电容；电感WL2起到电源的隔离作用，以增强系统抗电磁干扰能力。
综上所述：一种多功能传感器信号采集wifi节点,其多功能传感器采集接口，可同时采集数字量、模拟量和开关量传感器数据，其宽电压输入，可直接使用传感器的电源给节点供电，亦可使用锂电池供电，其采用线性稳压方式为电路提供电源，可有效提高采样精度，其通过wifi方式与数据网关进行通信，节点和网关的安装位置不受地域限制，因此有效的解决了现有技术的不足。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (5)
1.一种多功能传感器信号采集wifi节点,包括电源电路(1)、传感器信号采集电路(2)、MCU电路(3)、wifi电路(4)；其特征在于，所述的电源电路(1)采用宽电压输入线性稳压芯片为传感器信号采集电路（2）、MCU电路（3）和wifi电路（4）提供电源；所述的传感器信号采集电路(2)同时具备数字量RS485、模拟量4-20mA和开关量的信号采集功能，并将采集到的传感器数据传递给MCU（3）电路进行处理；所述的MCU电路(3)使用异步串行接口采集数字量RS485输出的传感器数据，使用模数转换接口采集模拟量4-20mA输出的传感器数据，使用IO接口采集开关量输出的传感器数据，使用SPI接口与wifi电路（4）连接，将接收到的传感器数据传递给wifi电路（4）；所述的wifi电路(4)接收MCU电路（3）传递过来的传感器数据，并将其通过无线方式传递给wifi数据网关。
2.根据权利要求1所述的一种多功能传感器信号采集wifi节点，其特征在于，所述的电源电路(1)，主要由DU1宽电压输入线性稳压芯片NCP630AD2T构成，5-24V通过DP1接入；通过瞬态抑制二极管DD2保护后，接入DL1共模电感ILS0405-01；输入电源经瞬态抑制二极管DD3保护后，接入二极管DD1以防电源反接；然后接入DU1的第2引脚；DU1的第3引脚为使能引脚，通过上拉电阻DR1接入输入电压，表示始终有效；电阻DR2、DR3和DR4为电压调节电阻；电容DC1、DC2、DC3和DC4为滤波电容。
3.根据权利要求1所述的一种多功能传感器信号采集wifi节点，其特征在于，所述的传感器信号采集电路(2)，主要由PU1总线RS485接口芯片MAX3485、PU2光耦PC817、PU3差分运算放大器AD627构成；上拉电阻PR2接PU1的第2引脚，下拉电阻PR6接PU1的第3引脚；电容PC1为PU1电源的去耦电容；电阻PR4将PU2内部发光二极管的正极；电阻PR3将PU2的集电器输出上拉到3.3V；电阻PR10为PU3差分输入端的采样电阻，接PU3的第2、3引脚；电容 PC2为PU3电源的去耦电容。
4.根据权利要求1所述的一种多功能传感器信号采集wifi节点，其特征在于，所述的MCU电路(3)，主要由MU1微控制器STM32F070F6P6构成，其电源16、5引脚接3.3V电源；时钟2、3引脚接晶振MY1；电容MC1与MU1内部电阻构成阻容复位电路接MU1的第4引脚，给MU1提供复位信号；电阻MR1接MU1的第1引脚，表明上电启动顺序；MP1为程序下载接口；MU1的6-9引脚接wifi电路(4)；MU1的10-13、17-18引脚接传感器信号采集电路(2)。
5.根据权利要求1所述的一种多功能传感器信号采集wifi节点，其特征在于，所述的wifi电路(4)，主要由wifi芯片WU1、Flash存储器WU2、wifi PCB天线及其外围电路组成；WU1采用的型号是ESP8266EX，WU2采用的型号是AT45DB161D-SU，wifi天线由PCB方式予以实现；其外接28M晶振，电源使用4.3nH电感进行隔离，所有电源引脚均做去耦处理；复位引脚接阻容复位电路；其电源由电源电路(1)提供，采用SPI接口CS_WX、SCK、MOSI和MISO与MCU电路(3)通信。
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| CN215006917U true CN215006917U (zh) | 2021-12-03 |
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| CN202120630556.4U Active CN215006917U (zh) | 2021-03-30 | 2021-03-30 | 一种多功能传感器信号采集wifi节点 |
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