專利名稱：基于無線和電力載波通訊的復(fù)合數(shù)據(jù)采集裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種基于無線和電力載波通訊的復(fù)合數(shù)據(jù)采集裝置，具體的說本裝置是一種可以處理無線、485、RS232通訊、4-20mA電流輸入和開關(guān)量電平輸入信號(hào)的采集，利用無線和電力線載波兩種通訊方式的不同組合進(jìn)行通訊的復(fù)合數(shù)據(jù)采集裝置，具有很強(qiáng)的通用性。
背景技術(shù)：
隨著人們對(duì)自動(dòng)化程度的要求越來越高，各種傳感器在不同領(lǐng)域得到大量應(yīng)用，相應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程集中控制的多種總線結(jié)構(gòu)也隨之發(fā)展起來，涌現(xiàn)出像CCLINK、INTEL BUS、DEVICE NET等多種不同應(yīng)用領(lǐng)域的現(xiàn)場(chǎng)總線結(jié)構(gòu)。但是，各種總線應(yīng)用領(lǐng)域和協(xié)議不兼容使得用戶在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或傳感器的選擇上存在很大的局限性，尤其當(dāng)不同類型傳感器或設(shè)備輸出有無線、RS232、485、開關(guān)量電平、4-20mA電流信號(hào)共存時(shí)，在現(xiàn)有單一類型信號(hào)輸入的數(shù)據(jù)采集模塊和現(xiàn)場(chǎng)總線結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和集中控制會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)非常復(fù)雜、龐大，布線非常困難，建設(shè)和維護(hù)成本相當(dāng)高，這就造成很多用戶需要對(duì)現(xiàn)有很多傳感器和設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集進(jìn)而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集中控制難以實(shí)現(xiàn)。
無線通訊技術(shù)在小范圍內(nèi)具有無須受連接線限制，通訊靈活的優(yōu)點(diǎn)，但是在復(fù)雜的環(huán)境中，例如在礦井中的通訊距離受到很大限制。
因此，在許多復(fù)雜環(huán)境中，如礦井下均采用有線和無線通訊相結(jié)合的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸。然而，在復(fù)雜環(huán)境中的架構(gòu)通訊網(wǎng)絡(luò)需要另行布線的滯后性或者困難性影響了它的應(yīng)用，使數(shù)據(jù)無法實(shí)時(shí)采集或者傳送。而且，它的復(fù)雜性、高成本及通訊設(shè)備專業(yè)性帶來的現(xiàn)場(chǎng)安裝和維護(hù)的滯后性大大降低了它在這一環(huán)境下的應(yīng)用，尤其面對(duì)中國(guó)大量資金實(shí)力不強(qiáng)，應(yīng)用和維護(hù)能力很弱的中、小企業(yè)時(shí)。
電力線是布線最為廣泛的，所以通過電力載波的方式在電力線上傳送數(shù)據(jù)是最便捷和經(jīng)濟(jì)的，彌補(bǔ)了以上不足，在國(guó)外許多環(huán)境下得到了應(yīng)用。通過無線通訊與電力載波通訊結(jié)合的方式可以較好的解決上述問題。
但是，利用電力載波存在以下問題1、我國(guó)電力線上噪聲較大；2、電力線是一個(gè)分布參數(shù)的網(wǎng)絡(luò)，不同點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)影響不一樣；3、電力線上的環(huán)境也是時(shí)刻動(dòng)態(tài)變化的，不同時(shí)間對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)影響也不一樣，這就使發(fā)出的規(guī)則數(shù)據(jù)信號(hào)經(jīng)過電力線后，接收到的信號(hào)是嚴(yán)重變形、參差不齊的信號(hào)，也嚴(yán)重地干擾了數(shù)據(jù)有效的傳遞。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于無線和電力載波通訊的復(fù)合數(shù)據(jù)采集裝置，可以在現(xiàn)有高噪聲的電力線上高速、有效地傳送現(xiàn)場(chǎng)采集到的傳感器或設(shè)備狀態(tài)信號(hào)。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種基于無線和電力載波通訊的復(fù)合數(shù)據(jù)采集裝置，包括有信號(hào)處理單元和連接在信號(hào)處理單元上的信號(hào)采集單元、輸出控制單元和通訊模塊，以及為整個(gè)裝置供電的電源，其特征在于，信號(hào)采集單元具有差分信號(hào)接收線路、串行通訊接口、無線接收單元、模擬量和電平信號(hào)輸入接口，信號(hào)采集單元通過其中的信號(hào)轉(zhuǎn)換電路和信號(hào)處理單元相連接，通訊模塊由自動(dòng)選擇載波波段和傳送頻率的電力載波單元和無線收發(fā)單元組成。
在上述方案的基礎(chǔ)上，可以選擇附加技術(shù)方案如下所述基于無線和電力載波通訊的復(fù)合數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于，其信號(hào)處理單元包括有微處理器芯片STC89C52，電阻、晶振，電感，電容，485差分信號(hào)收發(fā)線路，RS232串行通訊接口，其中微處理器芯片STC89C52通過發(fā)送接收管腳與數(shù)據(jù)采集模塊中無線信號(hào)、電平信號(hào)、485信號(hào)接收線路、RS232、4-20mA電流信號(hào)的轉(zhuǎn)換電路中的發(fā)送接收端相連。
所述基于無線和電力載波通訊的復(fù)合數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于，其通訊模塊由電力載波單元、無線收發(fā)單元組成，電力載波單元由內(nèi)部集成有依次串聯(lián)的低噪聲放大、帶通濾波器、調(diào)制解調(diào)器、數(shù)字功率放大電路的電力載波集成芯片，耦合變壓器T1，消諧電感L2、L3、L5、L6、L8，限流電阻及消諧、保護(hù)電容，保護(hù)雙向二極管D1組成，電力載波集成芯片的輸入輸出管腳與信號(hào)處理單元中微處理器STC89C52的8、9、10、11、12管腳相連，耦合變壓器T1的初級(jí)端通過電阻和電感L8與外部交流電源相連，之間并聯(lián)壓敏電阻RV1，耦合變壓器T1的次級(jí)通過電感L5、L2、電阻與電力載波芯片的發(fā)送、接收端相連，接收端之間并聯(lián)電感L3，L6，保護(hù)雙向二極管D1并接在耦合變壓器T1的次級(jí)之間，無線收發(fā)單元由無線發(fā)送線路、無線接收線路、脈沖收發(fā)芯片組成，脈沖收發(fā)芯片的數(shù)據(jù)端與微處理器STC89C52的5、7管腳相連，發(fā)送端與無線發(fā)送電路的輸入端相連，接收端與無線接收電路的輸出端相連。
所述基于無線和電力載波通訊的復(fù)合數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于，其信號(hào)采集模塊，由接線端子、無線收發(fā)電路、MAX232芯片、485通訊電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、電平輸入電路、電容C29、C30、C31、C32、光耦組成；C29，C30，C31，C32并接于MAX232芯片頻率振蕩端，MAX232的11、12管腳與微處理芯片STC89C52的5、7出管腳相連，無線收發(fā)模塊的輸出端通過跳線接線端子與MAX232芯片的7、8相連，數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的模擬信號(hào)端與4-20mA信號(hào)的接線端子相連，數(shù)字信號(hào)端與微處理器的數(shù)據(jù)端相連，光耦隔離器的電源端與裝置中的+5V和地相連，輸出端與微處理器STC89C52的6腳相連。
所述基于無線和電力載波通訊的復(fù)合數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于，輸出控制單元包括有依次串聯(lián)的可控硅、微處理器芯片STC89C52、電阻、接線端子，電阻連接+5V與光耦隔離器的電源腳，可控硅的控制腳與微處理芯片STC89C52的13管腳相連，可控硅的輸入腳與裝置上220V的火線相連，可控硅輸出腳與受控設(shè)備電源端的火線相連。
所述基于無線和電力載波通訊的復(fù)合數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于，其電源有+5V和+12V兩路電源輸出，+5V給整個(gè)裝置供電，+12V給外接傳感器或受控設(shè)備供電。
本實(shí)用新型的有益效果是可以根據(jù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)不同輸出信號(hào)的各種傳感器和設(shè)備設(shè)有不同信號(hào)轉(zhuǎn)換電路，將輸入的無線信號(hào)、電平信號(hào)、485信號(hào)、RS232信號(hào)、4-20mA的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。而通訊模塊根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)所，可選擇無線和電力載波兩種通訊方式的不同組合，來進(jìn)行雙向通訊，可以在小范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無線自由通訊，長(zhǎng)距離可以通過電力線通訊，無需另行布線。本實(shí)用新型的具體應(yīng)用中，可實(shí)現(xiàn)各種傳感器和設(shè)備的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和集中控制，尤其對(duì)現(xiàn)有煤礦的瓦斯傳感器監(jiān)控，風(fēng)速監(jiān)控、人員跟蹤等多個(gè)系統(tǒng)，可以用一個(gè)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。


圖1是本實(shí)用新型的電路原理方框圖。
圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例信號(hào)處理單元的電路原理圖。
圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例信號(hào)電力載波單元的電路原理圖。
圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例電平輸入單元中的電路原理圖。
圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例485，RS232通訊電路原理圖。
圖6是本實(shí)用新型實(shí)施例無線收發(fā)單元中無線收發(fā)模塊的電路原理圖。
圖7是本實(shí)用新型實(shí)施例電源部分的電路原理圖。
圖8是本實(shí)用新型實(shí)施例輸出部分的電路原理圖。
圖9是本實(shí)用新型實(shí)施例數(shù)模轉(zhuǎn)換部分的電路原理圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。
本實(shí)用新型的具體實(shí)施例，其原理圖和電路圖如附圖1和附圖2-7所示，一種基于無線和電力載波通訊的復(fù)合數(shù)據(jù)采集裝置，包括有信號(hào)處理單元和連接在信號(hào)處理單元上的信號(hào)采集單元、輸出控制單元和通訊模塊，以及為整個(gè)裝置供電的電源，其特征在于，信號(hào)采集單元具有差分信號(hào)接收線路、串行通訊接口、無線接收單元、模擬量和電平信號(hào)輸入接口，信號(hào)采集單元通過其中的信號(hào)轉(zhuǎn)換電路和信號(hào)處理單元相連接，通訊模塊由自動(dòng)選擇載波波段和傳送頻率的電力載波單元和無線收發(fā)單元組成。信號(hào)處理單元將接收到的信號(hào)經(jīng)過處理后，通過與之相連的通訊模塊中的電力載波單元和無線收發(fā)單元，以電力載波和無線兩種通訊方式的不同組合進(jìn)行數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳送?？蓪?shí)現(xiàn)各種傳感器和設(shè)備的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和集中控制。
其中，各單元的電路組成詳述如下如附圖2、3所示，信號(hào)處理單元和電力載波單元包括有STC89C52芯片，晶振，電感、電容和電力載波芯片，信號(hào)耦合線路，STC89C52芯片將接收到的數(shù)據(jù)處理后，發(fā)送到電力載波單元，電力載波單元內(nèi)的電力載波芯片SOKINY通過自診手段而選定的頻率通過信號(hào)耦合線路將數(shù)據(jù)發(fā)送到電力線上，電力載波單元中的信號(hào)耦合電路由耦合變壓器T1，消諧電感L2、L3、L5、L6，L8限流電阻及消諧、保護(hù)電容，限流、限壓雙向二極管D1組成，耦合變壓器T1的初級(jí)端通過電阻和電感L8與外部交流電源相連，之間并聯(lián)壓敏電阻RV1，耦合變壓器T1的次級(jí)通過電感L5、L2電阻與電力載波芯片的發(fā)送、接收端相連，接收端之間并聯(lián)電感L3，L6，限流、限壓雙向二極管D1并接在耦合變壓器T1的次級(jí)之間。
其中，本實(shí)施例中所采用的具有自動(dòng)選擇載波波段和頻率的電力載波芯片為成都索克利科技有限責(zé)任公司生產(chǎn)的SOKINY電力載波芯片。
如附圖4、5、6、8、9所示，信號(hào)采集單元包括有信號(hào)采集單元，由接線端子、無線收發(fā)電路、MAX232芯片、485通訊電路、RS232通訊電路、AD轉(zhuǎn)換電路、電平輸入電路、電容C29、C30、C31、C32、光耦組成；C29，C30，C31，C32并接于MAX232芯片頻率振蕩端，MAX232的信號(hào)輸入輸出端與信號(hào)處理單元中的微處理器芯片的發(fā)送接收管腳相連，無線收發(fā)模塊通過跳線接線端子與MAX232芯片的數(shù)據(jù)端相連，MAX232芯片的發(fā)送接收端與微處理器的通訊相連，AD轉(zhuǎn)換電路的模擬信號(hào)端與4-20mA信號(hào)的接線端子相連，數(shù)字信號(hào)端于微處理器的數(shù)據(jù)端相連，光耦隔離器的電源端與裝置中的+5V和地相連，輸出端與微處理器的輸入端相連，485通訊電路的數(shù)據(jù)端與微處理器的通訊端相連。
如附圖7所示電源單元，提供有+5V、+12V兩路電源輸出，+5V用于給本裝置提供工作電源，+12V用于給外圍設(shè)備或傳感器供電。
本實(shí)用新型帶復(fù)合式通訊方式的復(fù)合數(shù)據(jù)采集裝置工作方式與傳統(tǒng)其他數(shù)據(jù)采集裝置相比傳統(tǒng)的通訊裝置，只能基于在某一具體總線協(xié)議的基礎(chǔ)之上，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備及集中控制器接口都要求統(tǒng)一的通訊協(xié)議，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)有多個(gè)不同總線接口的設(shè)備時(shí)，就必須增加通訊裝置的類型和數(shù)量，也必須鋪設(shè)專用通訊電纜，成本高，系統(tǒng)安裝和維護(hù)復(fù)雜，并且不方便在需要隨時(shí)移動(dòng)傳感器和設(shè)備的環(huán)境下實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和發(fā)送。而本新型基于無線和電力載波通訊的復(fù)合式數(shù)據(jù)采集裝置對(duì)輸入的無線、485、RS232、開關(guān)量電平、4-20mA電流信號(hào)都可以進(jìn)行采集，數(shù)據(jù)經(jīng)處理后可通過無線或電力載波兩種通訊方式進(jìn)行傳送數(shù)據(jù)，發(fā)明一種集成了無線收發(fā)、電力載波復(fù)合通訊方式的復(fù)合數(shù)據(jù)采集裝置，可以解決目前很多現(xiàn)場(chǎng)總線多難以解決的難題。尤其在煤礦的安全監(jiān)控的應(yīng)用尤其突出。
目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上被大量使用的瓦斯傳感器分為有線、無線兩種，有線又有電平和4-20mA輸出兩種，加上不同廠家的瓦斯傳感器輸出信號(hào)的方式有很大的不同，與之配套的數(shù)據(jù)采集模塊也不相同，在實(shí)用運(yùn)用中尤其是集中監(jiān)控十分不便，存在一定的局限性。作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)所必備的瓦斯傳感器也要隨時(shí)隨作業(yè)面的變化而移動(dòng)，有線通訊雖可進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸，卻需隨時(shí)鋪設(shè)專用通訊電纜并且實(shí)時(shí)移動(dòng)也不方便，而無線雖不需要鋪設(shè)電纜卻很難有效進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸。但是，本裝置的信號(hào)采集單元可對(duì)無線、RS232、485、開關(guān)量電平、4-20mA電流信號(hào)進(jìn)行集中處理，轉(zhuǎn)換成MCU可識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過信號(hào)處理單元和電力載波單元，將數(shù)據(jù)用最佳信號(hào)傳送的頻率通過電力線用電力載波或無線的方式向上位機(jī)傳送數(shù)據(jù)，完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集和通訊。由于集成了多種輸入信號(hào)的轉(zhuǎn)換電路，在許多環(huán)境下，不再需要任何布線，極大地降低了成本和施工難度，并且數(shù)據(jù)采集和傳送便捷，安裝和維護(hù)、簡(jiǎn)單，所以通用性非常強(qiáng)，可滿足與之相配接的各種類型信號(hào)輸出的瓦斯傳感器或者通風(fēng)監(jiān)控設(shè)備。
權(quán)利要求1.一種基于無線和電力載波通訊的復(fù)合數(shù)據(jù)采集裝置，包括有信號(hào)處理單元和連接在信號(hào)處理單元上的信號(hào)采集單元、輸出控制單元和通訊模塊，以及為整個(gè)裝置供電的電源，其特征在于，信號(hào)采集單元具有差分信號(hào)接收線路、串行通訊接口、無線接收單元、模擬量和電平信號(hào)輸入接口，信號(hào)采集單元通過其中的信號(hào)轉(zhuǎn)換電路和信號(hào)處理單元相連接，通訊模塊由自動(dòng)選擇載波波段和傳送頻率的電力載波單元和無線收發(fā)單元組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于無線和電力載波通訊的復(fù)合數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于，其信號(hào)處理單元包括有微處理器芯片STC89C52，電阻、晶振，電感，電容，485差分信號(hào)收發(fā)線路，RS232串行通訊接口，其中微處理器芯片STC89C52通過發(fā)送接收管腳與數(shù)據(jù)采集模塊中無線信號(hào)、電平信號(hào)、485信號(hào)接收線路、RS232通訊、4-20mA電流信號(hào)的轉(zhuǎn)換電路中的發(fā)送接收端相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于無線和電力載波通訊的復(fù)合數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于，其通訊模塊由電力載波單元、無線收發(fā)單元組成，電力載波單元由內(nèi)部集成有依次串聯(lián)的低噪聲放大、帶通濾波器、調(diào)制解調(diào)器、數(shù)字功率放大電路的電力載波集成芯片，耦合變壓器T1，消諧電感L2、L3、L5、L6、L8，限流電阻及消諧、保護(hù)電容，保護(hù)雙向二極管D1組成，電力載波集成芯片的輸入輸出管腳與信號(hào)處理單元中微處理器STC89C52的8、9、10、11、12管腳相連，耦合變壓器T1的初級(jí)端通過電阻和電感L8與外部交流電源相連，之間并聯(lián)壓敏電阻RV1，耦合變壓器T1的次級(jí)通過電感L5、L2、電阻與電力載波芯片的發(fā)送、接收端相連，接收端之間并聯(lián)電感L3，L6，保護(hù)雙向二極管D1并接在耦合變壓器T1的次級(jí)之間，無線收發(fā)單元由無線發(fā)送線路、無線接收線路、脈沖收發(fā)芯片組成，脈沖收發(fā)芯片的數(shù)據(jù)端與微處理器STC89C52的5、7管腳相連，發(fā)送端與無線發(fā)送電路的輸入端相連，接收端與無線接收電路的輸出端相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于無線和電力載波通訊的復(fù)合數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于，其信號(hào)采集單元，由接線端子、無線收發(fā)電路、MAX232芯片、485通訊電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、電平輸入電路、電容C29、C30、C31、C32、光耦組成；C29，C30，C31，C32并接于MAX232芯片頻率振蕩端，MAX232的11、12管腳與微處理芯片STC89C52的5、7出管腳相連，無線收發(fā)模塊的輸出端通過跳線接線端子與MAX232芯片的7、8相連，數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的模擬信號(hào)端與4-20mA信號(hào)的接線端子相連，數(shù)字信號(hào)端與微處理器的數(shù)據(jù)端相連，光耦隔離器的電源端與裝置中的+5V和地相連，輸出端與微處理器STC89C52的6腳相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于無線和電力載波通訊的復(fù)合數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于，輸出控制單元包括有依次串聯(lián)的可控硅、微處理器芯片STC89C52、電阻、接線端子，電阻連接+5V與光耦隔離器的電源腳，可控硅的控制腳與微處理芯片STC89C52的13管腳相連，可控硅的輸入腳與裝置上220V的火線相連，可控硅輸出腳與受控設(shè)備電源端的火線相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述基于無線和電力載波通訊的復(fù)合數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于，其電源有+5V和+12V兩路電源輸出，+5V給整個(gè)裝置供電，+12V給外接傳感器或受控設(shè)備供電。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種基于無線和電力載波通訊的復(fù)合數(shù)據(jù)采集裝置，包括有信號(hào)處理單元和連接在信號(hào)處理單元上的信號(hào)采集單元、輸出控制單元和通訊模塊，以及為整個(gè)裝置供電的電源，其特征在于，信號(hào)采集單元具有差分信號(hào)接收線路、串行通訊接口、無線接收單元、模擬量和電平信號(hào)輸入接口，信號(hào)采集單元通過其中的信號(hào)轉(zhuǎn)換電路和信號(hào)處理單元相連接，通訊模塊由自動(dòng)選擇載波波段和傳送頻率的電力載波單元和無線收發(fā)單元組成。本實(shí)用新型可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)不同輸出信號(hào)的各種傳感器和設(shè)備設(shè)有不同信號(hào)轉(zhuǎn)換電路，將輸入各種信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，而通訊模塊根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)所，可選擇無線和電力載波兩種通訊方式的不同組合，來進(jìn)行雙向通訊。
文檔編號(hào)G08C19/00GK2874655SQ20062003296
公開日2007年2月28日 申請(qǐng)日期2006年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月25日
發(fā)明者鄭文宸, 楊世宏 申請(qǐng)人:鄭文宸, 楊世宏