CN217591112U - 一种新型边缘服务终端 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种新型边缘服务终端，服务终端包括主控模块、数字信号处理模块、模拟信号处理模块、有线网络通信模块、无线网络通信模块和电源模块，数字信号处理模块与主控模块的数据端口相连接，模拟信号处理模块与主控模块的数据端口相连接，有线网络通信模块与主控模块的数据端口相连接，无线网络通信模块与主控模块的数据端口相连接，电源模块用于供电。本实用新型提供的新型边缘服务终端既可以实现对油田现场设备的数据采集和传输，还可以实现对于设备的控制；而且本实用新型提供的边缘服务终端，接口形式丰富、数量充足，通信方式多样，可以用一个装置解决油田现场各种设备的数据采集和传输。

Description

一种新型边缘服务终端

技术领域

本实用新型公开一种服务终端，特别是一种新型边缘服务终端，属于油田控制系统技术领域。

背景技术

油田现场设备种类繁多，每种设备都要配备一些传感器、仪表、阀门以及控制系统等装置。

随着油田信息化和智能化建设的逐步推进，需要将油田现场设备的运行数据上传到远端的云平台。然而，由于历史原因，油田现场的一部分设备不具备数据远传功能，另一部分设备虽然具有远传功能，但是不同设备传输的信号形式和数据协议等都不尽相同，为了完成数据传输，就需要额外添加多个数据传输和协议解析装置，导致较高的成本，同时这些装置只是简单的完成数据采集和传输，不具有对于设备的控制功能，缺乏智能性。

发明内容

针对上述提到的现有技术中的油田设备缺乏智能性的缺点，本实用新型提供一种新型的边缘服务终端，该终端接口形式丰富、数量充足，通信方式多样，可以用一个装置解决油田现场各种设备的数据采集和传输问题，内置的边缘服务程序和智能算法还可以对现场设备实现控制。

本实用新型解决其技术问题采用的技术方案是：一种新型边缘服务终端，服务终端包括主控模块、数字信号处理模块、模拟信号处理模块、有线网络通信模块、无线网络通信模块和电源模块，数字信号处理模块与主控模块的数据端口相连接，模拟信号处理模块与主控模块的数据端口相连接，有线网络通信模块与主控模块的数据端口相连接，无线网络通信模块与主控模块的数据端口相连接，电源模块用于供电。

本实用新型解决其技术问题采用的技术方案进一步还包括：

所述的主控模块包括CPU芯片、复位电路单元、晶振电路单元、SDRAM单元、SD Card单元、调试接口单元和供电单元，复位电路单元与CPU芯片的复位引脚连接，晶振电路单元与CPU芯片的时钟接口连接，调试接口与CPU芯片的调试数据接口连接，SDRAM单元与CPU芯片的数据接口连接，SD Card单元与CPU芯片的数据接口连接，供电单元与电源模块的电源输出端连接，用于给CPU进行供电。

所述的数字信号处理模块包括两个子模块，第一子模块为数字信号输入子模块，第二子模块为数字信号输出子模块，数字信号输入子模块包括双向光耦和并入串出转换芯片，双向光耦输出端与并入串出转换芯片输入端连接，并入串出转换芯片输出端与主控模块的通用IO口连接；数字信号输出子模块包括继电器、单向光耦和串入并出转换芯片，串入并出转换芯片输入端与主控模块的通用IO口连接，串入并出转换芯片输出端与单向光耦的输入端连接，单向光耦的输出端与继电器的输入端连接，继电器的输出端作为数字信号输出端。

所述的模拟信号处理模块包括两个子模块，第一子模块为模拟信号输入子模块，第二子模块为模拟信号输出子模块，模拟信号输入子模块包括采样电阻、运算放大器和ADC模块，采样电阻与运算放大器输入端连接，运算放大器输出端与ADC模块的输入端连接，ADC模块输出端与主控模块的通用IO口连接；模拟信号输出子模块包括DAC单元和电压-电流转换单元，DAC单元输入端与主控模块的通用IO口连接，DAC单元输出端与电压-电流转换单元输入端连接。

所述的有线网络通信模块包括四个子模块，分别为USB通信单元、LAN通信单元、RS-485通信单元和CAN通信单元，USB通信单元包括USB集线器芯片和USB接口，USB集线器芯片输入端与主控模块的USB端口连接，USB集线器芯片输出端与USB接口连接；LAN通信单元包括以太网控制器芯片和隔离变压器，以太网控制器芯片输入端与主控模块的通用数据接口连接，以太网控制器芯片输出端与隔离变压器输入端连接；RS-485通信单元包括隔离电平转换芯片和第一EMC保护电路单元，隔离电平转换芯片的输入端与主控模块的串行接口连接，隔离电平转换芯片的输出端与第一EMC保护电路单元的输入端连接；CAN通信单元包括CAN控制器、CAN收发器和第二EMC保护电路单元，CAN控制器的输入端与主控模块的SPI接口连接，CAN控制器的输出端与CAN收发器的输入端连接，CAN收发器的输出端与第二EMC保护电路单元的输入端连接，第二EMC保护电路单元的输出端与CAN接口连接。

所述的USB接口为标准的USB3.0 TypeA接口、mini USB接口、micro USB接口或标准USB接口。

所述的无线网络通信模块包括四个子模块，分别为4G/5G/GPRS通信单元、WiFi通信单元、蓝牙通信单元和ZigBee通信单元，4G/5G/GPRS通信单元、WiFi通信单元、蓝牙通信单元和ZigBee通信单元分别对应与主控模块的串行串口连接。

所述的电源模块包括第三EMC保护单元、共模电感、DC-DC单元、第一电源转换单元、第二电源转换单元和第三电源转换单元，电源输入接口与第三EMC保护单元输入端连接，第三EMC保护单元输出端上连接有共模电感，共模电感有两路输出，第一路直接输出第一路24V直流电源，第二路输出与DC-DC单元的输入端连接，DC-DC单元输出第二路24V直流电源，DC-DC单元的输出端还与第三电源转换单元的输入端连接，第三电源转换单元输出第二路+5V直流电源，共模电感第一路输出同时与第一电源转模块的输入端连接，第一电源转模块输出第一路+5V直流电源，第二电源转模块的输入端与第一电源转模块的输出端连接，第二电源转模块输出+3.3V直流电源。

本实用新型的有益效果是：本实用新型提供的新型边缘服务终端既可以实现对油田现场设备的数据采集和传输，还可以实现对于设备的控制；而且本实用新型提供的边缘服务终端，接口形式丰富、数量充足，通信方式多样，可以用一个装置解决油田现场各种设备的数据采集和传输。

下面将结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步说明。

附图说明

图1为本实用新型系统方框图。

图2为本实用新型主控模块部分方框图。

图3为本实用新型数字信号处理模块部分方框图。

图4为本实用新型模拟信号处理模块部分方框图。

图5为本实用新型有线网络通信模块部分方框图。

图6为本实用新型无线网络通信模块部分方框图。

图7为本实用新型电源模块部分方框图。

具体实施方式

本实施例为本实用新型优选实施方式，其他凡其原理和基本结构与本实施例相同或近似的，均在本实用新型保护范围之内。

请结合参看附图1至附图7，本实用新型的目的在于提供一种可用于油田现场设备数据采集、传输、控制的新型边缘服务终端，其主要包括主控模块、数字信号处理模块、模拟信号处理模块、有线网络通信模块、无线网络通信模块和电源模块，其中，数字信号处理模块与主控模块的数据端口相连接，用于通过数字信号形式与主控模块进行数据交互，模拟信号处理模块与主控模块的数据端口相连接，用于通过模拟信号形式与主控模块进行数据交互，有线网络通信模块与主控模块的数据端口相连接，用于利用有线网络与本实用新型进行数据交互，无线网络通信模块与主控模块的数据端口相连接，用于利用无线网络与本实用新型进行数据交互，电源模块用于供电。

请结合参看附图2，本实施例中，主控模块主要包括CPU芯片、复位电路单元、晶振电路单元、SDRAM单元、SD Card单元、调试接口单元和供电单元，其中，CPU芯片采用高性价比CPU芯片，该CPU芯片采用Cortex-A72架构的64位四核处理器，内置边缘服务程序和智能算法，主要完成油田现场设备的数据采集、协议解析、数据传输、逻辑控制等工作，内置算法和数据处理算法皆为常规算法。复位电路单元与CPU芯片的复位引脚连接，用于提供复位信号，晶振电路单元与CPU芯片的时钟接口连接，用于提供时钟信号，调试接口与CPU芯片的调试数据接口连接，用于进行程序调试，SDRAM单元与CPU芯片的数据接口连接，用来存储程序运行时的临时数据，SD Card单元与CPU芯片的数据接口连接，用来存储操作系统和重要参数，供电单元与电源模块的电源输出端连接，用于将电源模块输出电源转换成CPU芯片的供电电源，给CPU进行供电。

请结合参看附图3，本实施例中，数字信号处理模块包括两个子模块，其中，第一子模块为数字信号输入子模块，第二子模块为数字信号输出子模块，数字信号输入子模块包括双向光耦和并入串出转换芯片(常规的并行数据转为串行数据的芯片)，双向光耦输出端与并入串出转换芯片输入端连接，并入串出转换芯片输出端与主控模块的通用IO口连接，外部输入的数字信号先经过双向光耦处理，将高电压信号转换为低电压信号，然后通过一个并入串出转换芯片，将多路并行输入信号，转换为少路串行输入信号，输入到主控模块的GPIO中，本实施例中，外部输入的数字信号既可以是高电平有效，也可以是低电平有效；数字信号输出子模块包括继电器、单向光耦和串入并出转换芯片(常规的串行数据转为并行数据的芯片)，串入并出转换芯片输入端与主控模块的通用IO口连接，串入并出转换芯片输出端与单向光耦的输入端连接，单向光耦的输出端与继电器的输入端连接，继电器的输出端作为数字信号输出端，主控模块输出的控制信号经过串转并芯片以后，将少路串行输出信号，转换为多路并行输出信号，作用到单向光耦，通过单向光耦将低电压信号转换为高电压信号，进而驱动继电器动作，输出数字信号。

请结合参看附图4，本实施例中，模拟信号处理模块包括两个子模块，其中，第一子模块为模拟信号输入子模块，第二子模块为模拟信号输出子模块，模拟信号输入子模块包括采样电阻、运算放大器和ADC模块，采样电阻与运算放大器输入端连接，运算放大器输出端与ADC模块的输入端连接，ADC模块输出端与主控模块的通用IO口连接，外部输入的模拟信号先经过采样电阻转换为电压形式，然后经过运算放大器的滤波和跟随处理，处理后的模拟电压信号经过ADC芯片的采集转换成数字信号后，输入到主控模块的GPIO中；模拟信号输出子模块包括DAC单元和电压-电流转换单元，DAC单元输入端与主控模块的通用IO口连接，DAC单元输出端与电压-电流转换单元输入端连接，主控模块输出的控制信号首先作用到DAC芯片，DAC芯片输出模拟电压信号，再经过电压-电流转换芯片作用后，输出模拟电流信号。

请结合参看附图5，本实施例中，有线网络通信模块包括四个子模块，分别为USB通信单元、LAN通信单元、RS-485通信单元和CAN通信单元，USB通信单元包括USB集线器芯片和USB接口，USB集线器芯片输入端与主控模块的USB端口连接，USB集线器芯片输出端与USB接口连接，本实施例中，主控模块的CPU带有标准USB端口，将主控模块的USB端口与USB集线器芯片相连，由USB集线器芯片完成USB电气协议匹配，然后连接到标准的USB接口，本实施例中，USB接口采用标准的USB3.0 TypeA接口，具体实施时，也可以采用其他形式的USB接口，如：mini USB接口、micro USB接口或标准USB接口等；LAN通信单元为以太网通信电路，主要包括以太网控制器芯片和隔离变压器，以太网控制器芯片输入端与主控模块的通用数据接口连接，以太网控制器芯片输出端与隔离变压器输入端连接，主控模块的GPIO接口与专用的以太网控制器芯片相连，由以太网控制器芯片完成电气协议匹配以及MAC协议解析，然后连接到内置有隔离变压器的RJ45接口；RS-485通信单元包括隔离电平转换芯片和第一EMC保护电路单元，隔离电平转换芯片的输入端与主控模块的串行接口(即UART1接口)连接，隔离电平转换芯片的输出端与第一EMC保护电路单元的输入端连接，主控模块的UART1接口与隔离电平转换芯片相连，由隔离电平转换芯片完成电气协议匹配，然后连接到由TVS、电容等组成的第一EMC保护电路单元，输出与RS-485接口连接；CAN通信单元包括CAN控制器、CAN收发器和第二EMC保护电路单元，CAN控制器的输入端与主控模块的SPI接口连接，CAN控制器的输出端与CAN收发器的输入端连接，CAN收发器的输出端与第二EMC保护电路单元的输入端连接，第二EMC保护电路单元的输出端与CAN接口连接，主控模块的SPI接口与CAN控制器芯片相连，由CAN控制器芯片完成CAN通信协议解析，然后CAN控制器芯片与CAN收发器芯片相连，由CAN收发器芯片完成电气协议匹配，最后连接到由TVS、电容等组成的第二EMC保护电路单元。

请结合参看附图6，本实施例中，无线网络通信模块包括四个子模块，分别为4G/5G/GPRS通信单元、WiFi通信单元、蓝牙通信单元和ZigBee通信单元，4G/5G/GPRS通信单元、WiFi通信单元、蓝牙通信单元和ZigBee通信单元分别采用对应的通信模组，4G/5G/GPRS通信单元、WiFi通信单元、蓝牙通信单元和ZigBee通信单元分别对应于主控模块的串行串口连接，主控模块的UART2接口与4G/5G/GPRS模组相连，由4G/5G/GPRS模组完成通信协议解析，然后通过相应的天线将数据传送出去；主控模块的UART3接口与WiFi模组相连，由WiFi模组完成通信协议解析，然后通过相应的天线将数据传送出去；主控模块的UART4接口与蓝牙单元相连，由蓝牙单元完成通信协议解析，然后通过相应的天线将数据传送出去；主控模块的UART5接口与ZigBee单元相连，由ZigBee单元完成通信协议解析，然后通过相应的天线将数据传送出去。

请结合参看附图7，本实施例中，电源模块主要包括第三EMC保护单元、共模电感、DC-DC单元、第一电源转换单元、第二电源转换单元和第三电源转换单元，电源输入接口与第三EMC保护单元输入端连接，第三EMC保护单元输出端上连接有共模电感，共模电感有两路输出，第一路直接输出第一路24V直流电源，第二路输出与DC-DC单元的输入端连接，DC-DC单元直接输出第二路24V直流电源，DC-DC单元的输出端还与第三电源转换单元的输入端连接，第三电源转换单元输出第二路+5V直流电源，共模电感第一路输出同时与第一电源转模块的输入端连接，第一电源转模块输出第一路+5V直流电源，第二电源转模块的输入端与第一电源转模块的输出端连接，第二电源转模块输出+3.3V直流电源，本实施例中，外部供电电源形式为直流24V电源，第三EMC保护单元包括由保险丝、压敏电阻、TVS、电容等组成的常规EMC保护电路，直流24V输入首先经过由保险丝、压敏电阻、TVS、电容等组成的第三EMC保护单元，然后经过共模电感转换出第一路直流24V输出，用于模拟信号处理模块的运算放大器和电压-电流转换芯片供电；第一路直流24V输出经过第一电源转换模块作用后转换出第一路直流+5V电源输出，用于主控模块、无线通信网络模块的ZigBee模组供电；第一路直流+5V电源经过第二电源转换单元作用后转换出第一路直流+3.3V电源输出，用于数字信号处理模块的双向光耦、并转串芯片及串转并芯片供电，模拟信号处理模块的ADC芯片及DAC芯片供电，有线通信网络模块的隔离电平转换芯片、CAN控制器芯片、CAN收发器芯片、以太网控制器芯片、隔离变压器接口、USB集线器芯片，USB3.0 TypeA接口供电，无线通信网络模块的4G/5G/GPRS模组、WIFI模组、蓝牙模组供电；共模电感输出经过DC-DC隔离器作用后转换出第二路直流24V输出，用于数字信号处理模块的单向光耦和继电器供电，第二路直流24V输出经过第三电源转换模块作用后转换出第二路直流+5V电源输出，用于有线通信网络模块的隔离电平转换芯片及CAN收发器芯片供电。

本实用新型提供的新型边缘服务终端既可以实现对油田现场设备的数据采集和传输，还可以实现对于设备的控制；而且本实用新型提供的边缘服务终端，接口形式丰富、数量充足，通信方式多样，可以用一个装置解决油田现场各种设备的数据采集和传输。

Claims (8)

1.一种新型边缘服务终端，其特征是：所述的服务终端包括主控模块、数字信号处理模块、模拟信号处理模块、有线网络通信模块、无线网络通信模块和电源模块，数字信号处理模块与主控模块的数据端口相连接，模拟信号处理模块与主控模块的数据端口相连接，有线网络通信模块与主控模块的数据端口相连接，无线网络通信模块与主控模块的数据端口相连接，电源模块用于供电。

2.根据权利要求1所述的新型边缘服务终端，其特征是：所述的主控模块包括CPU芯片、复位电路单元、晶振电路单元、SDRAM单元、SD Card单元、调试接口单元和供电单元，复位电路单元与CPU芯片的复位引脚连接，晶振电路单元与CPU芯片的时钟接口连接，调试接口与CPU芯片的调试数据接口连接，SDRAM单元与CPU芯片的数据接口连接，SD Card单元与CPU芯片的数据接口连接，供电单元与电源模块的电源输出端连接，用于给CPU进行供电。

3.根据权利要求1所述的新型边缘服务终端，其特征是：所述的数字信号处理模块包括两个子模块，第一子模块为数字信号输入子模块，第二子模块为数字信号输出子模块，数字信号输入子模块包括双向光耦和并入串出转换芯片，双向光耦输出端与并入串出转换芯片输入端连接，并入串出转换芯片输出端与主控模块的通用IO口连接；数字信号输出子模块包括继电器、单向光耦和串入并出转换芯片，串入并出转换芯片输入端与主控模块的通用IO口连接，串入并出转换芯片输出端与单向光耦的输入端连接，单向光耦的输出端与继电器的输入端连接，继电器的输出端作为数字信号输出端。

4.根据权利要求1所述的新型边缘服务终端，其特征是：所述的模拟信号处理模块包括两个子模块，第一子模块为模拟信号输入子模块，第二子模块为模拟信号输出子模块，模拟信号输入子模块包括采样电阻、运算放大器和ADC模块，采样电阻与运算放大器输入端连接，运算放大器输出端与ADC模块的输入端连接，ADC模块输出端与主控模块的通用IO口连接；模拟信号输出子模块包括DAC单元和电压-电流转换单元，DAC单元输入端与主控模块的通用IO口连接，DAC单元输出端与电压-电流转换单元输入端连接。

5.根据权利要求1所述的新型边缘服务终端，其特征是：所述的有线网络通信模块包括四个子模块，分别为USB通信单元、LAN通信单元、RS-485通信单元和CAN通信单元，USB通信单元包括USB集线器芯片和USB接口，USB集线器芯片输入端与主控模块的USB端口连接，USB集线器芯片输出端与USB接口连接；LAN通信单元包括以太网控制器芯片和隔离变压器，以太网控制器芯片输入端与主控模块的通用数据接口连接，以太网控制器芯片输出端与隔离变压器输入端连接；RS-485通信单元包括隔离电平转换芯片和第一EMC保护电路单元，隔离电平转换芯片的输入端与主控模块的串行接口连接，隔离电平转换芯片的输出端与第一EMC保护电路单元的输入端连接；CAN通信单元包括CAN控制器、CAN收发器和第二EMC保护电路单元，CAN控制器的输入端与主控模块的SPI接口连接，CAN控制器的输出端与CAN收发器的输入端连接，CAN收发器的输出端与第二EMC保护电路单元的输入端连接，第二EMC保护电路单元的输出端与CAN接口连接。

6.根据权利要求5所述的新型边缘服务终端，其特征是：所述的USB接口为标准的USB3.0 TypeA接口、mini USB接口、micro USB接口或标准USB接口。

7.根据权利要求1所述的新型边缘服务终端，其特征是：所述的无线网络通信模块包括四个子模块，分别为4G/5G/GPRS通信单元、WiFi通信单元、蓝牙通信单元和ZigBee通信单元，4G/5G/GPRS通信单元、WiFi通信单元、蓝牙通信单元和ZigBee通信单元分别对应与主控模块的串行串口连接。

8.根据权利要求1所述的新型边缘服务终端，其特征是：所述的电源模块包括第三EMC保护单元、共模电感、DC-DC单元、第一电源转换单元、第二电源转换单元和第三电源转换单元，电源输入接口与第三EMC保护单元输入端连接，第三EMC保护单元输出端上连接有共模电感，共模电感有两路输出，第一路直接输出第一路24V直流电源，第二路输出与DC-DC单元的输入端连接，DC-DC单元直接输出第二路24V直流电源，DC-DC单元的输出端还与第三电源转换单元的输入端连接，第三电源转换单元输出第二路+5V直流电源，共模电感第一路输出同时与第一电源转模块的输入端连接，第一电源转模块输出第一路+5V直流电源，第二电源转模块的输入端与第一电源转模块的输出端连接，第二电源转模块输出+3.3V直流电源。

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