CN2874655Y - 基于无线和电力载波通讯的复合数据采集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于无线和电力载波通讯的复合数据采集装置，包括有信号处理单元和连接在信号处理单元上的信号采集单元、输出控制单元和通讯模块，以及为整个装置供电的电源，其特征在于，信号采集单元具有差分信号接收线路、串行通讯接口、无线接收单元、模拟量和电平信号输入接口，信号采集单元通过其中的信号转换电路和信号处理单元相连接，通讯模块由自动选择载波波段和传送频率的电力载波单元和无线收发单元组成。本实用新型可以对现场不同输出信号的各种传感器和设备设有不同信号转换电路，将输入各种信号转换为数字信号，而通讯模块根据不同的应用场所，可选择无线和电力载波两种通讯方式的不同组合，来进行双向通讯。

Description

基于无线和电力载波通讯的复合数据采集装置

技术领域

本实用新型涉及一种基于无线和电力载波通讯的复合数据采集装置，具体的说本装置是一种可以处理无线、485、RS232通讯、4-20mA电流输入和开关量电平输入信号的采集，利用无线和电力线载波两种通讯方式的不同组合进行通讯的复合数据采集装置，具有很强的通用性。

背景技术

随着人们对自动化程度的要求越来越高，各种传感器在不同领域得到大量应用，相应现场数据采集、远程集中控制的多种总线结构也随之发展起来，涌现出像CCLINK、INTEL BUS、DEVICE NET等多种不同应用领域的现场总线结构。但是，各种总线应用领域和协议不兼容使得用户在现场设备或传感器的选择上存在很大的局限性，尤其当不同类型传感器或设备输出有无线、RS232、485、开关量电平、4-20mA电流信号共存时，在现有单一类型信号输入的数据采集模块和现场总线结构的基础上，进行实时数据采集和集中控制会使整个系统非常复杂、庞大，布线非常困难，建设和维护成本相当高，这就造成很多用户需要对现有很多传感器和设备进行现场数据采集进而实现远程集中控制难以实现。

无线通讯技术在小范围内具有无须受连接线限制，通讯灵活的优点，但是在复杂的环境中，例如在矿井中的通讯距离受到很大限制。

因此，在许多复杂环境中，如矿井下均采用有线和无线通讯相结合的方式进行数据的远程传输。然而，在复杂环境中的架构通讯网络需要另行布线的滞后性或者困难性影响了它的应用，使数据无法实时采集或者传送。而且，它的复杂性、高成本及通讯设备专业性带来的现场安装和维护的滞后性大大降低了它在这一环境下的应用，尤其面对中国大量资金实力不强，应用和维护能力很弱的中、小企业时。

电力线是布线最为广泛的，所以通过电力载波的方式在电力线上传送数据是最便捷和经济的，弥补了以上不足，在国外许多环境下得到了应用。通过无线通讯与电力载波通讯结合的方式可以较好的解决上述问题。

但是，利用电力载波存在以下问题：1、我国电力线上噪声较大；2、电力线是一个分布参数的网络，不同点对数据信号影响不一样；3、电力线上的环境也是时刻动态变化的，不同时间对数据信号影响也不一样，这就使发出的规则数据信号经过电力线后，接收到的信号是严重变形、参差不齐的信号，也严重地干扰了数据有效的传递。

发明内容

本实用新型的目的在于：提供一种基于无线和电力载波通讯的复合数据采集装置，可以在现有高噪声的电力线上高速、有效地传送现场采集到的传感器或设备状态信号。

本实用新型的技术方案是：

一种基于无线和电力载波通讯的复合数据采集装置，包括有信号处理单元和连接在信号处理单元上的信号采集单元、输出控制单元和通讯模块，以及为整个装置供电的电源，其特征在于，信号采集单元具有差分信号接收线路、串行通讯接口、无线接收单元、模拟量和电平信号输入接口，信号采集单元通过其中的信号转换电路和信号处理单元相连接，通讯模块由自动选择载波波段和传送频率的电力载波单元和无线收发单元组成。

在上述方案的基础上，可以选择附加技术方案如下：

所述基于无线和电力载波通讯的复合数据采集装置，其特征在于，其信号处理单元包括有微处理器芯片STC89C52，电阻、晶振，电感，电容，485差分信号收发线路，RS232串行通讯接口，其中微处理器芯片STC89C52通过发送接收管脚与数据采集模块中无线信号、电平信号、485信号接收线路、RS232、4-20mA电流信号的转换电路中的发送接收端相连。

所述基于无线和电力载波通讯的复合数据采集装置，其特征在于，其通讯模块由电力载波单元、无线收发单元组成，电力载波单元由内部集成有依次串联的低噪声放大、带通滤波器、调制解调器、数字功率放大电路的电力载波集成芯片，耦合变压器T1，消谐电感L2、L3、L5、L6、L8，限流电阻及消谐、保护电容，保护双向二极管D1组成，电力载波集成芯片的输入输出管脚与信号处理单元中微处理器STC89C52的8、9、10、11、12管脚相连，耦合变压器T1的初级端通过电阻和电感L8与外部交流电源相连，之间并联压敏电阻RV1，耦合变压器T1的次级通过电感L5、L2、电阻与电力载波芯片的发送、接收端相连，接收端之间并联电感L3，L6，保护双向二极管D1并接在耦合变压器T1的次级之间，无线收发单元由无线发送线路、无线接收线路、脉冲收发芯片组成，脉冲收发芯片的数据端与微处理器STC89C52的5、7管脚相连，发送端与无线发送电路的输入端相连，接收端与无线接收电路的输出端相连。

所述基于无线和电力载波通讯的复合数据采集装置，其特征在于，其信号采集模块，由接线端子、无线收发电路、MAX232芯片、485通讯电路、数模转换电路、电平输入电路、电容C29、C30、C31、C32、光耦组成；C29，C30，C31，C32并接于MAX232芯片频率振荡端，MAX232的11、12管脚与微处理芯片STC89C52的5、7出管脚相连，无线收发模块的输出端通过跳线接线端子与MAX232芯片的7、8相连，数模转换电路的模拟信号端与4-20mA信号的接线端子相连，数字信号端与微处理器的数据端相连，光耦隔离器的电源端与装置中的+5V和地相连，输出端与微处理器STC89C52的6脚相连。

所述基于无线和电力载波通讯的复合数据采集装置，其特征在于，输出控制单元包括有依次串联的可控硅、微处理器芯片STC89C52、电阻、接线端子，电阻连接+5V与光耦隔离器的电源脚，可控硅的控制脚与微处理芯片STC89C52的13管脚相连，可控硅的输入脚与装置上220V的火线相连，可控硅输出脚与受控设备电源端的火线相连。

所述基于无线和电力载波通讯的复合数据采集装置，其特征在于，其电源有+5V和+12V两路电源输出，+5V给整个装置供电，+12V给外接传感器或受控设备供电。

本实用新型的有益效果是：可以根据对现场不同输出信号的各种传感器和设备设有不同信号转换电路，将输入的无线信号、电平信号、485信号、RS232信号、4-20mA的电流信号转换为数字信号。而通讯模块根据不同的应用场所，可选择无线和电力载波两种通讯方式的不同组合，来进行双向通讯，可以在小范围内实现无线自由通讯，长距离可以通过电力线通讯，无需另行布线。本实用新型的具体应用中，可实现各种传感器和设备的远程数据采集和集中控制，尤其对现有煤矿的瓦斯传感器监控，风速监控、人员跟踪等多个系统，可以用一个系统来实现。

附图说明

图1是本实用新型的电路原理方框图。

图2是本实用新型实施例信号处理单元的电路原理图。

图3是本实用新型实施例信号电力载波单元的电路原理图。

图4是本实用新型实施例电平输入单元中的电路原理图。

图5是本实用新型实施例485，RS232通讯电路原理图。

图6是本实用新型实施例无线收发单元中无线收发模块的电路原理图。

图7是本实用新型实施例电源部分的电路原理图。

图8是本实用新型实施例输出部分的电路原理图。

图9是本实用新型实施例数模转换部分的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

本实用新型的具体实施例，其原理图和电路图如附图1和附图2-7所示，一种基于无线和电力载波通讯的复合数据采集装置，包括有信号处理单元和连接在信号处理单元上的信号采集单元、输出控制单元和通讯模块，以及为整个装置供电的电源，其特征在于，信号采集单元具有差分信号接收线路、串行通讯接口、无线接收单元、模拟量和电平信号输入接口，信号采集单元通过其中的信号转换电路和信号处理单元相连接，通讯模块由自动选择载波波段和传送频率的电力载波单元和无线收发单元组成。信号处理单元将接收到的信号经过处理后，通过与之相连的通讯模块中的电力载波单元和无线收发单元，以电力载波和无线两种通讯方式的不同组合进行数据的远程传送。可实现各种传感器和设备的远程数据采集和集中控制。

其中，各单元的电路组成详述如下：

如附图2、3所示，信号处理单元和电力载波单元包括有STC89C52芯片，晶振，电感、电容和电力载波芯片，信号耦合线路，STC89C52芯片将接收到的数据处理后，发送到电力载波单元，电力载波单元内的电力载波芯片SOKINY通过自诊手段而选定的频率通过信号耦合线路将数据发送到电力线上，电力载波单元中的信号耦合电路由耦合变压器T1，消谐电感L2、L3、L5、L6，L8限流电阻及消谐、保护电容，限流、限压双向二极管D1组成，耦合变压器T1的初级端通过电阻和电感L8与外部交流电源相连，之间并联压敏电阻RV1，耦合变压器T1的次级通过电感L5、L2电阻与电力载波芯片的发送、接收端相连，接收端之间并联电感L3，L6，限流、限压双向二极管D1并接在耦合变压器T1的次级之间。

其中，本实施例中所采用的具有自动选择载波波段和频率的电力载波芯片为成都索克利科技有限责任公司生产的SOKINY电力载波芯片。

如附图4、5、6、8、9所示，信号采集单元包括有信号采集单元，由接线端子、无线收发电路、MAX232芯片、485通讯电路、RS232通讯电路、AD转换电路、电平输入电路、电容C29、C30、C31、C32、光耦组成；C29，C30，C31，C32并接于MAX232芯片频率振荡端，MAX232的信号输入输出端与信号处理单元中的微处理器芯片的发送接收管脚相连，无线收发模块通过跳线接线端子与MAX232芯片的数据端相连，MAX232芯片的发送接收端与微处理器的通讯相连，AD转换电路的模拟信号端与4-20mA信号的接线端子相连，数字信号端于微处理器的数据端相连，光耦隔离器的电源端与装置中的+5V和地相连，输出端与微处理器的输入端相连，485通讯电路的数据端与微处理器的通讯端相连。

如附图7所示电源单元，提供有+5V、+12V两路电源输出，+5V用于给本装置提供工作电源，+12V用于给外围设备或传感器供电。

本实用新型带复合式通讯方式的复合数据采集装置工作方式与传统其他数据采集装置相比：传统的通讯装置，只能基于在某一具体总线协议的基础之上，对现场设备及集中控制器接口都要求统一的通讯协议，当现场有多个不同总线接口的设备时，就必须增加通讯装置的类型和数量，也必须铺设专用通讯电缆，成本高，系统安装和维护复杂，并且不方便在需要随时移动传感器和设备的环境下实现数据的实时采集和发送。而本新型基于无线和电力载波通讯的复合式数据采集装置对输入的无线、485、RS232、开关量电平、4-20mA电流信号都可以进行采集，数据经处理后可通过无线或电力载波两种通讯方式进行传送数据，发明一种集成了无线收发、电力载波复合通讯方式的复合数据采集装置，可以解决目前很多现场总线多难以解决的难题。尤其在煤矿的安全监控的应用尤其突出。

目前国内市场上被大量使用的瓦斯传感器分为有线、无线两种，有线又有电平和4-20mA输出两种，加上不同厂家的瓦斯传感器输出信号的方式有很大的不同，与之配套的数据采集模块也不相同，在实用运用中尤其是集中监控十分不便，存在一定的局限性。作业现场所必备的瓦斯传感器也要随时随作业面的变化而移动，有线通讯虽可进行远程数据传输，却需随时铺设专用通讯电缆并且实时移动也不方便，而无线虽不需要铺设电缆却很难有效进行远程数据传输。但是，本装置的信号采集单元可对无线、RS232、485、开关量电平、4-20mA电流信号进行集中处理，转换成MCU可识别的数字信号，经过信号处理单元和电力载波单元，将数据用最佳信号传送的频率通过电力线用电力载波或无线的方式向上位机传送数据，完成现场数据采集和通讯。由于集成了多种输入信号的转换电路，在许多环境下，不再需要任何布线，极大地降低了成本和施工难度，并且数据采集和传送便捷，安装和维护、简单，所以通用性非常强，可满足与之相配接的各种类型信号输出的瓦斯传感器或者通风监控设备。

Claims (6)

1.一种基于无线和电力载波通讯的复合数据采集装置，包括有信号处理单元和连接在信号处理单元上的信号采集单元、输出控制单元和通讯模块，以及为整个装置供电的电源，其特征在于，信号采集单元具有差分信号接收线路、串行通讯接口、无线接收单元、模拟量和电平信号输入接口，信号采集单元通过其中的信号转换电路和信号处理单元相连接，通讯模块由自动选择载波波段和传送频率的电力载波单元和无线收发单元组成。

2.根据权利要求1所述基于无线和电力载波通讯的复合数据采集装置，其特征在于，其信号处理单元包括有微处理器芯片STC89C52，电阻、晶振，电感，电容，485差分信号收发线路，RS232串行通讯接口，其中微处理器芯片STC89C52通过发送接收管脚与数据采集模块中无线信号、电平信号、485信号接收线路、RS232通讯、4-20mA电流信号的转换电路中的发送接收端相连。

3.根据权利要求2所述基于无线和电力载波通讯的复合数据采集装置，其特征在于，其通讯模块由电力载波单元、无线收发单元组成，电力载波单元由内部集成有依次串联的低噪声放大、带通滤波器、调制解调器、数字功率放大电路的电力载波集成芯片，耦合变压器T1，消谐电感L2、L3、L5、L6、L8，限流电阻及消谐、保护电容，保护双向二极管D1组成，电力载波集成芯片的输入输出管脚与信号处理单元中微处理器STC89C52的8、9、10、11、12管脚相连，耦合变压器T1的初级端通过电阻和电感L8与外部交流电源相连，之间并联压敏电阻RV1，耦合变压器T1的次级通过电感L5、L2、电阻与电力载波芯片的发送、接收端相连，接收端之间并联电感L3，L6，保护双向二极管D1并接在耦合变压器T1的次级之间，无线收发单元由无线发送线路、无线接收线路、脉冲收发芯片组成，脉冲收发芯片的数据端与微处理器STC89C52的5、7管脚相连，发送端与无线发送电路的输入端相连，接收端与无线接收电路的输出端相连。

4.根据权利要求2所述基于无线和电力载波通讯的复合数据采集装置，其特征在于，其信号采集单元，由接线端子、无线收发电路、MAX232芯片、485通讯电路、数模转换电路、电平输入电路、电容C29、C30、C31、C32、光耦组成；C29，C30，C31，C32并接于MAX232芯片频率振荡端，MAX232的11、12管脚与微处理芯片STC89C52的5、7出管脚相连，无线收发模块的输出端通过跳线接线端子与MAX232芯片的7、8相连，数模转换电路的模拟信号端与4-20mA信号的接线端子相连，数字信号端与微处理器的数据端相连，光耦隔离器的电源端与装置中的+5V和地相连，输出端与微处理器STC89C52的6脚相连。

5.根据权利要求2所述基于无线和电力载波通讯的复合数据采集装置，其特征在于，输出控制单元包括有依次串联的可控硅、微处理器芯片STC89C52、电阻、接线端子，电阻连接+5V与光耦隔离器的电源脚，可控硅的控制脚与微处理芯片STC89C52的13管脚相连，可控硅的输入脚与装置上220V的火线相连，可控硅输出脚与受控设备电源端的火线相连。

6.根据权利要求1或2所述基于无线和电力载波通讯的复合数据采集装置，其特征在于，其电源有+5V和+12V两路电源输出，+5V给整个装置供电，+12V给外接传感器或受控设备供电。

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