專利名稱：基于無(wú)線傳感器組網(wǎng)、電力載波的芯片和監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于 WSN (WirelessSensorNetwork,無(wú)線傳感器組網(wǎng)技術(shù))、PLC (Power line communication,
電力載波技術(shù))的芯片和監(jiān)控系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
工業(yè)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)是20世紀(jì)現(xiàn)代制造領(lǐng)域中最重要的技術(shù)之一。由于它對(duì)企 業(yè)生產(chǎn)過(guò)程起著明顯的提升作用，無(wú)論是流程性企業(yè)，還是柔性生產(chǎn)企業(yè)，都有明確的 應(yīng)用需求。目前，包括電力、石油、化工、鋼鐵、冶金、采掘等在內(nèi)的大型工業(yè)企業(yè)，都 針對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的主要流程建立了相應(yīng)的工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)控制系統(tǒng)，而對(duì)于占生產(chǎn)設(shè)備 60%的主、輔生產(chǎn)設(shè)備都沒(méi)有建立必要的設(shè)備狀態(tài)與安全自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，通常通過(guò)人工 點(diǎn)檢的方式定期去檢查、采集設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)?，F(xiàn)有技術(shù)中的一種工業(yè)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案主要包括基于專纜式的監(jiān) 控系統(tǒng)。該監(jiān)控系統(tǒng)配置有固定式通訊網(wǎng)絡(luò)，架設(shè)專用線纜的方式傳送數(shù)據(jù)。系統(tǒng)中的 各種傳感器節(jié)點(diǎn)都需預(yù)先安裝，傳感器節(jié)點(diǎn)不具有計(jì)算功能，傳感器之間也不能通信， 只能通過(guò)專用電纜與工控機(jī)連接、上傳模擬量或開關(guān)量信號(hào)。在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過(guò)程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)上述工業(yè)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案的缺 點(diǎn)為該監(jiān)控系統(tǒng)不能適應(yīng)于采礦業(yè)中的井下應(yīng)用環(huán)境。首先，在投資經(jīng)濟(jì)性方面，其 通信基礎(chǔ)架構(gòu)的一次性投資大，而由于井下節(jié)點(diǎn)主要分布在巷道口導(dǎo)致該系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)覆 蓋的范圍有限，與工人生命息息相關(guān)的開采區(qū)、掘進(jìn)區(qū)的作業(yè)面內(nèi)，由于設(shè)備移動(dòng)性和 環(huán)境惡劣等原因，專纜不容易進(jìn)入，成為監(jiān)測(cè)盲區(qū)；其次，對(duì)于移動(dòng)設(shè)備占70%以上的 采礦業(yè)來(lái)說(shuō)，存在空間小布線多、延伸和維護(hù)作業(yè)繁瑣復(fù)雜、系統(tǒng)擴(kuò)展性能差等特點(diǎn)， 由于礦床/井結(jié)構(gòu)在生產(chǎn)過(guò)程中在不停變化，許多移動(dòng)性設(shè)備根本無(wú)法安裝固定有專纜 的在線監(jiān)控系統(tǒng)，即使已安裝的在線監(jiān)控系統(tǒng)也必須根據(jù)采掘進(jìn)度情況隨時(shí)調(diào)整；第 三，從系統(tǒng)運(yùn)行性能上看，由于其采用專線連接，線路容易老化或遭到腐蝕，時(shí)常發(fā)生 磨損故障，存在誤報(bào)警率較高、維護(hù)工作難度大等問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種基于無(wú)線傳感器組網(wǎng)、電力載波的芯片和監(jiān)控系 統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)采用有線和無(wú)線相互結(jié)合的方式對(duì)工業(yè)環(huán)境進(jìn)行有效的監(jiān)控。一種基于無(wú)線傳感器組網(wǎng)、電力載波的芯片，包括路由處理模塊，用于利用無(wú)線傳感器的自組網(wǎng)方式和多跳的多信道通信方式， 每個(gè)芯片作為一個(gè)節(jié)點(diǎn)均可動(dòng)態(tài)地被設(shè)置為路由器或轉(zhuǎn)發(fā)器，多個(gè)芯片實(shí)現(xiàn)自動(dòng)組網(wǎng)；數(shù)據(jù)采集模塊，用于通過(guò)傳感器、模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換器及可編程增益放大器實(shí)時(shí) 采集外部環(huán)境中的數(shù)據(jù)，將采集的數(shù)據(jù)通過(guò)內(nèi)置的存儲(chǔ)器進(jìn)行緩存，并傳輸給多載波通
4信模塊；多載波通信模塊，用于將多個(gè)獨(dú)立調(diào)制載波組合，每個(gè)調(diào)制載波具有不同的載 波頻率，利用所述多個(gè)調(diào)制載波中的部分調(diào)制載波通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，與其它 芯片進(jìn)行通信，所述多個(gè)調(diào)制載波中的其它調(diào)制載波作為備用。一種基于無(wú)線傳感器組網(wǎng)、電力載波的監(jiān)控系統(tǒng)，包括多個(gè)節(jié)點(diǎn)和管理單 元，管理單元通過(guò)電力載波和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的方式，與各個(gè)節(jié)點(diǎn)相互連接，節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)中包括一個(gè)上述權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的芯片，用于通過(guò)傳 感器實(shí)時(shí)采集外部環(huán)境中的數(shù)據(jù)，再通過(guò)多載波聯(lián)合通信的方式，利用所述無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、 有線網(wǎng)絡(luò)將采集到的數(shù)據(jù)傳輸給管理單元；管理單元，用于通過(guò)向各個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送管理命令綜合管理各個(gè)節(jié)點(diǎn)的激活、維 持、開啟和關(guān)閉，配置各個(gè)節(jié)點(diǎn)的信號(hào)調(diào)制方法、頻帶選擇、數(shù)據(jù)發(fā)送模式等信息；接 收各個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)，進(jìn)行綜合分析。由上述本發(fā)明的實(shí)施例提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實(shí)施例提供的芯片和 檢測(cè)系統(tǒng)采用了先進(jìn)的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)、通訊技術(shù)、容錯(cuò)技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)理論，克服了無(wú) 線通訊和電力載波在特定運(yùn)行環(huán)境下的弱點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了各類終端用戶數(shù)據(jù)的可靠連接。它 將根本改變以往對(duì)終端對(duì)象監(jiān)測(cè)必須依賴專用傳輸纜的方式，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)“無(wú)專纜”的終 端監(jiān)測(cè)通信模式。


為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使 用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例， 對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖 獲得其他的附圖。圖1為本發(fā)明實(shí)施例一提供的一種基于WSN和PLC的新型集成電路芯片的結(jié)構(gòu) 示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例一提供的一種井下配電開關(guān)柜的接線方式示意圖；圖3為基于圖1所示的芯片，本發(fā)明實(shí)施例二提供的一種監(jiān)控系統(tǒng)的 WPN(wireless & PLCC Network)智能網(wǎng)絡(luò)技術(shù)原理示意圖；圖4為基于圖1所示的芯片，本發(fā)明實(shí)施例二提供的一種監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意 圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例二提供的一種監(jiān)控系統(tǒng)在煤礦井下的應(yīng)用場(chǎng)景示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施 例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí) 施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普 通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù) 的范圍。實(shí)施例一
本發(fā)明實(shí)施例提出了一種基于WSN和PLC的新型集成電路芯片。上述芯片將 集成高速M(fèi)CS-51兼容CPU，整個(gè)通信協(xié)議棧功能由硬件電路完成，CPU可被用來(lái)提供 應(yīng)用系統(tǒng)的編程。無(wú)線通信部分由工作在2.14GHz的WAFE(無(wú)線模擬前端)和集成在 SoC (窄帶高速電力線通信)中的數(shù)字基帶處理器及協(xié)議棧組成，芯片通信支持鑒權(quán)和認(rèn) 證。上述芯片可以選用Keil μ Vision作為它的軟件開發(fā)工具，將KeilC語(yǔ)言編輯、匯編 編譯、連接及調(diào)試等功能集于一體，實(shí)現(xiàn)各領(lǐng)域用戶應(yīng)用開發(fā)需求。上述芯片的具體結(jié)構(gòu)如圖1所示，可以包括如下的模塊物理層處理模塊11，用于配置芯片的信號(hào)調(diào)制方法、頻帶選擇，以及激活、維 持、關(guān)閉芯片的機(jī)械特性、電氣特性、功能特性以及過(guò)程特性。路由處理模塊12，用于利用無(wú)線傳感器的自組網(wǎng)方式和多跳的多信道通信方式 進(jìn)行組網(wǎng)，每個(gè)芯片作為一個(gè)節(jié)點(diǎn)均可動(dòng)態(tài)地被設(shè)置為路由器或轉(zhuǎn)發(fā)器，在小范圍內(nèi)多 個(gè)芯片實(shí)現(xiàn)自動(dòng)組網(wǎng)，并可以完成自適應(yīng)及自動(dòng)維護(hù)網(wǎng)絡(luò)等功能。從而不必再投入大量 的人工干預(yù)以進(jìn)行人工網(wǎng)絡(luò)測(cè)量、調(diào)試等步驟，從而大大節(jié)省維護(hù)費(fèi)用。該路由處理模 塊可以兼容EIA-709.1和EIA-709.2標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的通信協(xié)議。比如，如果礦井下沒(méi)有可接入的光纖以太網(wǎng)絡(luò)，電力載波傳輸就必須跨越變 壓器以實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)距離傳輸。這時(shí)，可以通過(guò)在變壓器兩端的兩個(gè)芯片之間建立“無(wú)線 橋”，作為不同電壓等級(jí)下電力載波傳輸?shù)男畔?。這時(shí)的路由網(wǎng)關(guān)芯片還必須具備自 組網(wǎng)傳輸功能，成為網(wǎng)橋節(jié)點(diǎn)。數(shù)據(jù)采集模塊13，用于通過(guò)傳感器、模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換器及可編程增益放大器 實(shí)時(shí)采集外部環(huán)境中的溫度、氣體濃度等數(shù)據(jù)，將采集的數(shù)據(jù)通過(guò)內(nèi)置的存儲(chǔ)器進(jìn)行緩 存，并傳輸給多載波通信模塊。在礦井巷道內(nèi)，通常距離較遠(yuǎn)，巷道內(nèi)人員車輛稀少，且沒(méi)有十分重要的設(shè)備 需要監(jiān)控，沿途不少區(qū)段是專纜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和人員定位系統(tǒng)的盲區(qū)。上述數(shù)據(jù)采集模塊可 以接收沿途來(lái)自環(huán)境、人員車輛等方面的無(wú)線傳感器信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為電力載波信號(hào) 通過(guò)直接加載至電纜上，遠(yuǎn)傳至IOkV配電柜的接收端，再通過(guò)網(wǎng)關(guān)上傳至光纖網(wǎng)絡(luò)，進(jìn) 而實(shí)現(xiàn)人員車輛定位，以及環(huán)境監(jiān)測(cè)等重要功能。多載波通信模塊14，用于將多個(gè)獨(dú)立調(diào)制載波組合，每個(gè)調(diào)制載波具有不同的 載波頻率。利用所述多個(gè)調(diào)制載波中的部分調(diào)制載波進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，與其它芯片進(jìn)行通 信，上述多個(gè)調(diào)制載波中的其它調(diào)制載波作為備用。將各芯片采集到的數(shù)據(jù)自動(dòng)匯聚到 網(wǎng)絡(luò)中的中繼節(jié)點(diǎn)，最后匯集到整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)中的管理單元。上述多載波通信模塊可以 考慮兼容EIA-709.1，EIA-709.2和EN50065-1國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。在用電段，通常在用電設(shè)備電源入口處和移動(dòng)變壓器的開關(guān)出口處，都有可接 入載波設(shè)備的饋電喇叭口，能夠保證上述多載波通信模塊在用電段實(shí)現(xiàn)雙向通信，也即 不僅可以將數(shù)據(jù)采集模塊現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)上傳至光纖主網(wǎng)絡(luò)，也可以通過(guò)發(fā)送下行數(shù)據(jù) 實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)采集模塊的控制。該實(shí)施例提供的一種井下配電開關(guān)柜的接線方式示意圖如圖2所示，光纖能夠 保證抵達(dá)井下配電開關(guān)柜和移動(dòng)變壓器附近。井下光纖通常能夠抵達(dá)井下IOkV開關(guān)柜和 所有移動(dòng)變附近，有些地方光纖甚至延伸至用電設(shè)備附近，為無(wú)線載波傳感器網(wǎng)絡(luò)通過(guò) 專用網(wǎng)關(guān)接入光纖以太網(wǎng)提供了條件。
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上述多載波通信模塊14具體可以包括載波倒換模塊141、過(guò)零傳輸模塊142 和擴(kuò)頻處理模塊143。其中，載波倒換模塊141，用于當(dāng)用于通信的部分調(diào)制載波出現(xiàn)傳輸質(zhì)量下降時(shí)，比如 上述用于通信的部分調(diào)制載波對(duì)應(yīng)的載波頻率出現(xiàn)極強(qiáng)干擾情況或信號(hào)跌落時(shí)，可自動(dòng) 選擇上述備用的其它調(diào)制載波進(jìn)行通信。過(guò)零傳輸模塊142，用于當(dāng)用于通信的部分調(diào)制載波出現(xiàn)傳輸質(zhì)量下降時(shí)，根據(jù) 交流波形過(guò)零點(diǎn)附近噪聲相對(duì)較低特點(diǎn)，采用上述部分調(diào)制載波的過(guò)零瞬間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳 輸，從而提高上述用于通信的部分調(diào)制載波的通信質(zhì)量。擴(kuò)頻處理模塊143，用于利用偽隨機(jī)編碼(擴(kuò)頻序列)對(duì)用于通信的部分調(diào)制載 波上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制，將調(diào)制處理后的數(shù)據(jù)傳輸給其它芯片。在接收端的其它芯片 上采用相同的偽隨機(jī)編碼(擴(kuò)頻序列)進(jìn)行解調(diào)處理，恢復(fù)原始數(shù)據(jù)信息。擴(kuò)頻通信在 一定程度上可以提高頻帶內(nèi)抗干擾的能力。容錯(cuò)處理模塊15，用于監(jiān)控多載波通信模塊所接收到的數(shù)據(jù)信號(hào)的功率、干擾 強(qiáng)度以及誤碼率等信息，根據(jù)監(jiān)控得到的信息完成脈沖干擾抑制功能，實(shí)現(xiàn)快速多信道 自適應(yīng)，快速自動(dòng)增益控制?？蓪⑼讲蓸訒r(shí)間的誤差自動(dòng)糾正到200ppm以下。實(shí)施例二基于上述圖1所示的芯片，本發(fā)明實(shí)施例提出了一種基于無(wú)線傳感器組網(wǎng)、電 力載波的井下無(wú)纜實(shí)時(shí)在線綜合監(jiān)控系統(tǒng)，該監(jiān)控系統(tǒng)將基于電力線載波通信的有線傳 輸技術(shù)和基于IEEE 802.15.4的無(wú)線通信技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，共同組成異構(gòu)通訊網(wǎng)絡(luò)。上述監(jiān)控系統(tǒng)的WPN(Wireless & PLCC Network)智能網(wǎng)絡(luò)技術(shù)原理示意圖如圖 3所示，WPN技術(shù)在繼承了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)感知、自動(dòng)組網(wǎng)、多跳中繼傳遞等特 性的同時(shí)，充分考慮到了煤礦井下的實(shí)際情況，通過(guò)電力載波方式將井下監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳 至以太網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)工作面終端無(wú)纜監(jiān)測(cè)的技術(shù)革命。上述監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖4所示，包括管理單元41和多個(gè)節(jié)點(diǎn)42。管理單 元通過(guò)有線光纖和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的方式，與各個(gè)節(jié)點(diǎn)相互連接，上述有線光纖可以為 工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)有的光纖以太網(wǎng)絡(luò)。上述無(wú)線網(wǎng)絡(luò)可以為多個(gè)節(jié)點(diǎn)利用無(wú)線傳感器的自組網(wǎng) 方式和多跳的多信道通信方式，在小范圍內(nèi)組成的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。節(jié)點(diǎn)42，每個(gè)節(jié)點(diǎn)中包括一個(gè)上述圖1所示的芯片。用于通過(guò)傳感器實(shí)時(shí)采集 外部環(huán)境中的溫度、氣體濃度等數(shù)據(jù)，再通過(guò)多載波聯(lián)合通信的方式，利用上述無(wú)線網(wǎng) 絡(luò)、有線網(wǎng)絡(luò)將采集到的數(shù)據(jù)傳輸給管理單元。為克服載波接入點(diǎn)較少的問(wèn)題，可以采用在電纜線上掛接節(jié)點(diǎn)的方式，對(duì)載波 信號(hào)進(jìn)行加載和讀取，形成“單節(jié)點(diǎn)接入而沿線多節(jié)點(diǎn)直接加載”的方式，避免破開電 纜、影響防爆要求，減少電力載波設(shè)備與電源的連接。由于配電段的大多數(shù)電纜流經(jīng)的電流基本都在IOA以上，上述節(jié)點(diǎn)可以利用電 磁感應(yīng)從電纜上取電，以保證沿途節(jié)點(diǎn)的電力供應(yīng)，減少人員維護(hù)。管理單元41，用于通過(guò)向各個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送管理命令綜合管理各個(gè)節(jié)點(diǎn)的激活、維 持、開啟和關(guān)閉，配置各個(gè)節(jié)點(diǎn)的信號(hào)調(diào)制方法、頻帶選擇、數(shù)據(jù)發(fā)送模式等信息。接 收各個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)，進(jìn)行綜合分析。上述節(jié)點(diǎn)42可以包括傳感器節(jié)點(diǎn)421、路由節(jié)點(diǎn)422和網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)423。
傳感器節(jié)點(diǎn)421，用于通過(guò)傳感器實(shí)時(shí)采集外部環(huán)境中的溫度、氣體濃度等數(shù) 據(jù)，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將采集到的數(shù)據(jù)傳輸給路由節(jié)點(diǎn)422。路由節(jié)點(diǎn)422，用于接收所述傳感器節(jié)點(diǎn)421傳輸過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，將該數(shù)據(jù)通過(guò)有 線電力線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)骄W(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)423。網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)423，用于接收所述路由節(jié)點(diǎn)422傳輸過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，保存其下屬的各個(gè) 傳感器節(jié)點(diǎn)所采集的數(shù)據(jù)。將保存的其下屬的各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)所采集的數(shù)據(jù)傳輸給管理 單元。該實(shí)施例提供的一種上述監(jiān)控系統(tǒng)在煤礦井下的應(yīng)用場(chǎng)景示意圖如圖5所示。上述本發(fā)明實(shí)施例可以適用于井下采礦業(yè)應(yīng)用環(huán)境，以及包括電力、石油、化 工、鋼鐵、冶金等在內(nèi)的大型工業(yè)企業(yè)應(yīng)用環(huán)境。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例方法中的全部或部分流程，是可 以通過(guò)計(jì)算機(jī)程序來(lái)指令相關(guān)的硬件來(lái)完成，所述的程序可存儲(chǔ)于一計(jì)算機(jī)可讀取存儲(chǔ) 介質(zhì)中，該程序在執(zhí)行時(shí)，可包括如上述各方法的實(shí)施例的流程。其中，所述的存儲(chǔ) 介質(zhì)可為磁碟、光盤、只讀存儲(chǔ)記憶體(Read-Only Memory, ROM)或隨機(jī)存儲(chǔ)記憶體 (Random AccessMemory, RAM)等。綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例提供的芯片和檢測(cè)系統(tǒng)采用了先進(jìn)的數(shù)字信號(hào)處理技 術(shù)、通訊技術(shù)、容錯(cuò)技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)理論，設(shè)計(jì)與物理層對(duì)應(yīng)的多頻點(diǎn)、多通道自動(dòng)互補(bǔ)的 通訊機(jī)制，克服了無(wú)線通訊和電力載波在各自運(yùn)行環(huán)境下的弱點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了各類終端用戶 數(shù)據(jù)的可靠連接。它將根本改變以往對(duì)終端對(duì)象監(jiān)測(cè)必須依賴專用傳輸纜的方式，進(jìn)而 實(shí)現(xiàn)“無(wú)專纜”的終端監(jiān)測(cè)通信模式。本發(fā)明實(shí)施例可以與工礦企業(yè)應(yīng)用環(huán)境中的原有自動(dòng)化系統(tǒng)有效融合，且施工 簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、組網(wǎng)及維護(hù)方便，能夠?qū)z測(cè)點(diǎn)延伸到與工人生命息息相關(guān)的開采 區(qū)、掘進(jìn)區(qū)的作業(yè)面內(nèi)，必將作為各大型工業(yè)企業(yè)設(shè)備狀態(tài)自動(dòng)監(jiān)測(cè)的主要手段，并對(duì) 原有自動(dòng)化系統(tǒng)的補(bǔ)充或補(bǔ)盲，進(jìn)而形成與大型工業(yè)企業(yè)高端自動(dòng)化系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)的低端 應(yīng)用市場(chǎng)。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于 此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或 替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的 保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
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權(quán)利要求
1. 一種基于無(wú)線傳感器組網(wǎng)、電力載波的芯片，其特征在于，包括路由處理模塊，用于利用無(wú)線傳感器的自組網(wǎng)方式和多跳的多信道通信方式，每個(gè) 芯片作為一個(gè)節(jié)點(diǎn)均可動(dòng)態(tài)地被設(shè)置為路由器或轉(zhuǎn)發(fā)器，多個(gè)芯片實(shí)現(xiàn)自動(dòng)組網(wǎng)；數(shù)據(jù)采集模塊，用于通過(guò)傳感器、模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換器及可編程增益放大器實(shí)時(shí)采集 外部環(huán)境中的數(shù)據(jù)，將采集的數(shù)據(jù)通過(guò)內(nèi)置的存儲(chǔ)器進(jìn)行緩存，并傳輸給多載波通信模 塊；多載波通信模塊，用于將多個(gè)獨(dú)立調(diào)制載波組合，每個(gè)調(diào)制載波具有不同的載波頻 率，利用所述多個(gè)調(diào)制載波中的部分調(diào)制載波通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，與其它芯片 進(jìn)行通信，所述多個(gè)調(diào)制載波中的其它調(diào)制載波作為備用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的芯片，其特征在于，所述的芯片還包括物理層處理模塊，用于配置芯片的信號(hào)調(diào)制方法、頻帶選擇，以及激活、維持、關(guān) 閉芯片的機(jī)械特性、電氣特性、功能特性以及過(guò)程特性。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的芯片，其特征在于，所述的芯片還包括容錯(cuò)處理模塊，用于監(jiān)控多載波通信模塊所接收到的數(shù)據(jù)信號(hào)的功率、干擾強(qiáng)度以 及誤碼率信息，根據(jù)監(jiān)控得到的信息完成脈沖干擾抑制功能，實(shí)現(xiàn)快速多信道自適應(yīng)， 快速自動(dòng)增益控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的芯片，其特征在于，所述的多載波通信模塊具體包括載波倒換模塊，用于當(dāng)用于通信的部分調(diào)制載波出現(xiàn)傳輸質(zhì)量下降時(shí)，自動(dòng)選擇所 述備用的其它調(diào)制載波進(jìn)行通信；過(guò)零傳輸模塊，用于當(dāng)用于通信的部分調(diào)制載波出現(xiàn)傳輸質(zhì)量下降時(shí)，采用所述部 分調(diào)制載波的過(guò)零瞬間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；擴(kuò)頻處理模塊，用于利用偽隨機(jī)編碼對(duì)用于通信的部分調(diào)制載波上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行 調(diào)制，將調(diào)制處理后的數(shù)據(jù)傳輸給其它芯片，在接收端的其它芯片上采用相同的偽隨機(jī) 編碼進(jìn)行解調(diào)處理，恢復(fù)原始數(shù)據(jù)信息。
5.—種基于無(wú)線傳感器組網(wǎng)、電力載波的監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，包括多個(gè)節(jié)點(diǎn) 和管理單元，管理單元通過(guò)電力載波和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的方式，與各個(gè)節(jié)點(diǎn)相互連接，節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)中包括一個(gè)上述權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的芯片，用于通過(guò)傳感器 實(shí)時(shí)采集外部環(huán)境中的數(shù)據(jù)，再通過(guò)多載波聯(lián)合通信的方式，利用所述無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、有線 網(wǎng)絡(luò)將采集到的數(shù)據(jù)傳輸給管理單元；管理單元，用于通過(guò)向各個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送管理命令綜合管理各個(gè)節(jié)點(diǎn)的激活、維持、開 啟和關(guān)閉，配置各個(gè)節(jié)點(diǎn)的信號(hào)調(diào)制方法、頻帶選擇、數(shù)據(jù)發(fā)送模式等信息；接收各個(gè) 節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)，進(jìn)行綜合分析。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述的節(jié)點(diǎn)包括傳感器節(jié)點(diǎn)，用于通過(guò)傳感器實(shí)時(shí)采集設(shè)備狀態(tài)信息及外部環(huán)境中的溫度、氣體濃 度等數(shù)據(jù)，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將采集到的數(shù)據(jù)傳輸給路由節(jié)點(diǎn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述的節(jié)點(diǎn)包括路由節(jié)點(diǎn)，用于接收所述傳感器節(jié)點(diǎn)傳輸過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，將該數(shù)據(jù)通過(guò)電力配電及用 電線路傳輸?shù)骄W(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述的節(jié)點(diǎn)包括 網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，用于接收所述路由節(jié)點(diǎn)傳輸過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，保存其下屬的各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn) 所采集的數(shù)據(jù)，將保存的其下屬的各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)所采集的數(shù)據(jù)通過(guò)光纖或無(wú)線方式傳輸給管理單元。
全文摘要
本發(fā)明實(shí)施例提供了一種基于WSN(WirelessSensorNetwork，無(wú)線傳感器組網(wǎng)技術(shù))、PLC(Power line communication，電力載波技術(shù))的芯片和監(jiān)控系統(tǒng)。該芯片包括路由處理模塊、數(shù)據(jù)采集模塊和多載波通信模塊。上述路由處理模塊，用于利用無(wú)線傳感器的自組網(wǎng)方式和多跳的多信道通信方式，每個(gè)芯片作為一個(gè)節(jié)點(diǎn)均可動(dòng)態(tài)地被設(shè)置為路由器或轉(zhuǎn)發(fā)器，多個(gè)芯片實(shí)現(xiàn)自動(dòng)組網(wǎng)。上述數(shù)據(jù)采集模塊，用于通過(guò)傳感器、模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換器及可編程增益放大器實(shí)時(shí)采集外部環(huán)境中的數(shù)據(jù)，將采集的數(shù)據(jù)通過(guò)內(nèi)置的存儲(chǔ)器進(jìn)行緩存，并傳輸給多載波通信模塊。本發(fā)明實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了采用電力載波技術(shù)和無(wú)線技術(shù)相互結(jié)合的方式對(duì)工業(yè)設(shè)備和環(huán)境進(jìn)行有效的監(jiān)控。
文檔編號(hào)G05B19/048GK102014524SQ20101056348
公開日2011年4月13日 申請(qǐng)日期2010年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月24日
發(fā)明者崔楊, 程毅 申請(qǐng)人:北京福星曉程電子科技股份有限公司