一種無線型數(shù)據(jù)采集終端的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種無線型數(shù)據(jù)采集終端，包括傳感器、以及終端主控機；其特征在于：所述終端主控機包括：主控機電路板，所述主控機電路板包括嵌入式微處理器模塊、FDD-LTE通訊模塊、電源管理模塊、以及子節(jié)點接口模塊；所述無線型數(shù)據(jù)采集終端還包括與子節(jié)點接口模塊連接的子節(jié)點適配器，所述子節(jié)點適配器分別與傳感器、無線子網(wǎng)關進行數(shù)據(jù)通信。通過采用上述技術方案，本發(fā)明與傳統(tǒng)技術相比較，具有通用型強、信息交換速度快的優(yōu)點。
【專利說明】一種無線型數(shù)據(jù)采集終端
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)采集【技術領域】，特別是涉及無線型數(shù)據(jù)采集終端。
【背景技術】
[0002]無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)作為一種新興的數(shù)據(jù)獲取手段，以其不可替代的的便利性和移動性迅速拓展其適用領域。最具代表性的是目前已經(jīng)廣泛使用的車載GPS防盜追蹤系統(tǒng)和遍布于城市中的環(huán)境參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)。一般說來無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由無線型數(shù)據(jù)采集終端，數(shù)據(jù)服務器與客戶端軟件三大部分組成，構成“采集-存儲-查詢”的數(shù)據(jù)鏈。其中無線型數(shù)據(jù)采集終端是數(shù)據(jù)的生產(chǎn)者，是系統(tǒng)中最重要的組成部分。目前的數(shù)據(jù)采集終端的設計多為專用設計，如目前的空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)，無線數(shù)據(jù)終端連接相應的空氣質(zhì)量傳感器，以一定頻率記錄當前測點的各項空氣的理化參數(shù)數(shù)據(jù)，并通過GSM/GPRS等無線通訊手段將數(shù)據(jù)上傳數(shù)據(jù)服務器供用戶查詢。隨著全社會對數(shù)據(jù)采集的需求增加，對數(shù)據(jù)采集終端多功能，多參數(shù)，高速度，實時性的要求日益提高，目前的移動數(shù)據(jù)采集終端的受限于上行傳輸速度與無線信道穩(wěn)定性，只適合監(jiān)測一些緩慢變化的參量。另外，專用化的設計也導致數(shù)據(jù)采集終端對每一個需求都需要重新做一次完整的開發(fā)工作，并且方案成熟后，實際應用中如果需要增加監(jiān)測參數(shù)或其它功能，往往需要系統(tǒng)重新設計。目前，通用化并具有可擴展性的無線采集終端比較少見。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術問題是:提供了一種無線型數(shù)據(jù)采集終端。
[0004]本發(fā)明為解決公知技術中存在的技術問題所采取的技術方案是:
[0005]一種無線型數(shù)據(jù)采集終端，包括傳感器、以及終端主控機；其特征在于:所述終端主控機包括:
[0006]主控機電路板，所述主控機電路板包括嵌入式微處理器模塊、FDD-LTE通訊模塊、電源管理模塊、以及子節(jié)點接口模塊；其中:
[0007]所述嵌入式微處理器模塊設有供采集終端存儲數(shù)據(jù)和運行程序用的內(nèi)存與FLASH芯片；在所述嵌入式微處理器模塊上設置有多種串行、并行總線擴展系統(tǒng)用的外設模塊，以及引出設備調(diào)試接口；
[0008]所述FDD-LTE通訊模塊通過并行或高速串行總線與嵌入式微處理器模塊相連，F(xiàn)DD-LTE通訊模塊的天線接口連接有實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)高速外傳的天線；
[0009]所述子節(jié)點接口模塊采用CAN總線收發(fā)器芯片實現(xiàn)CAN總線接口電平轉換，并根據(jù)微處理器的資源情況選用相應的CAN總線MAC層接口芯片，實現(xiàn)與下級子節(jié)點的CAN總線通信；
[0010]所述無線型數(shù)據(jù)采集終端還包括與子節(jié)點接口模塊連接的子節(jié)點適配器，所述子節(jié)點適配器分別與傳感器、無線子網(wǎng)關進行數(shù)據(jù)通信。
[0011]進一步:所述天線通過50歐姆射頻同軸電纜與主控機天線接口連接。[0012]所述天線外置于終端主控機的外殼，所述天線為鞭狀全向天線或平板定向天線中的一種。
[0013]本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果是:
[0014]1.雙向高速:對采集對象采用多路CAN總線傳輸，單路傳輸速率IMbps以上；采集數(shù)據(jù)上傳采用FDD-LTE通信專網(wǎng)進行傳輸，傳輸速率IOOMbps以上，可以承載更豐富的采集數(shù)據(jù)種類并有很好的實時性。
[0015]2.采集子節(jié)點無限擴展:每一路CAN總線采集通道內(nèi)的通信節(jié)點均采用CAN2.0B協(xié)議標準，可以提供29位設備地址支持，在總線供電允許的情況下，可以無限擴展采集子節(jié)點的個數(shù)。
[0016]3.可以方便的達成高速實時無線互聯(lián):基于FDD-LTE通信專網(wǎng)的上傳方案可以方便的實現(xiàn)專網(wǎng)內(nèi)無線點對點連接，可以擺脫現(xiàn)有數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)必須依賴公網(wǎng)服務器的不足。
[0017]4.可以方便的適配不同協(xié)議標準的現(xiàn)有采集數(shù)據(jù)源(如傳感器等):系統(tǒng)內(nèi)子節(jié)點均配有智能通信控制模塊，在軟硬件上稍做改動即可完成對不同種類，不同性質(zhì)的采集數(shù)據(jù)源的適配，大大提升系統(tǒng)的通用性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明優(yōu)選實施例的電路框圖；
[0019]圖2是本發(fā)明優(yōu)選實施例的局部電路圖，主要用于顯示終端主控機的電路結構；
[0020]圖3是本發(fā)明優(yōu)選實施例的局部電路圖，主要用于顯示子節(jié)點接口模塊的電路結構。
【具體實施方式】
[0021]為能進一步了解本發(fā)明的
【發(fā)明內(nèi)容】
、特點及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細說明如下:
[0022]請參閱圖1、圖2和圖3、一種無線型數(shù)據(jù)采集終端，包括用于采集各種信號的多個傳感器、終端主控機、以及子節(jié)點適配器；其中:所述終端主控機為本發(fā)明的核心部件；
[0023]所述終端主控機包括:
[0024]主控機電路板，主控機電路板是終端主控機的核心部件,所述主控機電路板包括嵌入式微處理器模塊、FDD-LTE通訊模塊、電源管理模塊、以及子節(jié)點接口模塊；其中:
[0025]所述嵌入式微處理器模塊設有供采集終端存儲數(shù)據(jù)和運行程序用的內(nèi)存與FLASH芯片；在所述嵌入式微處理器模塊上設置有多種串行、并行總線擴展系統(tǒng)用的外設模塊，以及引出設備調(diào)試接口 ；本具體實施例中的嵌入式微處理器模塊采用低功耗，高性能的嵌入式微處理器芯片實現(xiàn)，
[0026]所述電源管理模塊接受外部12V穩(wěn)壓電源輸入，對終端主控機內(nèi)各個模塊分別進行穩(wěn)壓供電，同時具備低功耗控制能力。根據(jù)每一路子節(jié)點的電壓要求，經(jīng)過電壓轉換后，分別引入每一路CAN總線供電系統(tǒng)，并具備電流電壓監(jiān)控，關斷保護與電源故障上報功能；
[0027]所述FDD-LTE通訊模塊通過并行或高速串行總線與嵌入式微處理器模塊相連，F(xiàn)DD-LTE通訊模塊的天線接口連接有實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)高速外傳的天線；[0028]所述子節(jié)點接口模塊采用CAN總線收發(fā)器芯片實現(xiàn)CAN總線接口電平轉換，并根據(jù)微處理器的資源情況選用相應的CAN總線MAC層接口芯片，實現(xiàn)與下級子節(jié)點的CAN總線通信；
[0029]所述無線型數(shù)據(jù)采集終端與子節(jié)點適配器連接，所述子節(jié)點適配器分別與傳感器、無線子網(wǎng)關進行數(shù)據(jù)通信；子節(jié)點適配器主要實現(xiàn)與目標數(shù)據(jù)源的軟硬件適配，協(xié)議轉換，與終端主控機的CAN總線通信功能，兼有子節(jié)點電源管理和故障探測功能。子節(jié)點適配器核心為低成本低功耗并具備CAN總線MAC層通信外設的32位MCU，通過編寫不同的固件程序，可以適配不同的數(shù)據(jù)源，包括但不限于智能型傳感器(采用I2C，SPI，UART等數(shù)字接口進行數(shù)據(jù)讀出的傳感器)，傳統(tǒng)模擬量、脈沖脈寬輸出傳感器，微型通信子節(jié)點(Zigbee協(xié)調(diào)器或類似低功耗無線通信模塊)等。子節(jié)點適配器體積小，可以與數(shù)據(jù)源封裝到一起，也可以自行封裝，通過電纜連接數(shù)據(jù)源與終端主控機
[0030]作為優(yōu)選，根據(jù)采用的FDD-LTE通訊模塊的要求選配SMA或N接口的專用通訊天線，所述天線通過50歐姆射頻同軸電纜與主控機天線接口連接。
[0031]作為優(yōu)選，為了提升通訊距離，所述天線外置于終端主控機的外殼，所述天線為鞭狀全向天線或平板定向天線中的一種。
[0032]為了更好地闡述本發(fā)明的工作原理，下面給出一種應用本發(fā)明的具體的無線采集系統(tǒng)設計的典型方案。
[0033]公交車車內(nèi)環(huán)境行駛狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)
[0034]本系統(tǒng)可以監(jiān)測公交車行駛過程中的車廂內(nèi)環(huán)境參數(shù)，包含溫度(3個測點)，相對濕度，車內(nèi)空氣質(zhì)量(浮塵)，車廂內(nèi)振動(加速度)，同時可以監(jiān)測車內(nèi)CAN傳感器網(wǎng)絡，讀取車輛目前的行駛狀態(tài)參數(shù)。這些參數(shù)可以以不同的頻率被采集，并記錄于數(shù)據(jù)采集終端的非易失性存儲器中，同時這些數(shù)據(jù)被實時上傳至位于專網(wǎng)內(nèi)的服務器，供實時查詢或事后調(diào)閱。
[0035]本方案的終端主控機設計如下:
[0036]無線模塊采用了 ME3760多模LTE通信模塊，支持FDD-LTE Band7高速數(shù)據(jù)接入服務。模塊提供兩個IPX天線插座，采用IPX轉N50歐姆同軸電纜連接主副天線，接出終端機殼外。ME3760模塊本地數(shù)據(jù)接入和供電采用mini PC1-Express接口，通過此高速接口與主控MCU對接從而搭建高速數(shù)據(jù)通道。
[0037]主控微處理器型號為AM3871，搭載512MB LPDDR-400內(nèi)存與2G eMMC存儲器供操作系統(tǒng)與程序的運行與存儲。
[0038]AM3871通過自帶的PCI_Express2.0接口，配置為HOST模式與ME3760LTE通訊模塊相連，接口擁有5Gbps的串行收發(fā)速率，可以完成數(shù)據(jù)與控制指令的高速轉發(fā)。
[0039]AM3871自帶SATA接口，從抗振動角度考慮，數(shù)據(jù)終端存儲采用固態(tài)硬盤，固態(tài)硬盤可以為市場購得的任何品牌型號，并具有SATA接口。SATA接口具有3Gbps的數(shù)據(jù)傳輸速率，可以應付短時間大數(shù)據(jù)量的寫入與讀取，并且固態(tài)硬盤具有較大的容量，可以實現(xiàn)更多的數(shù)據(jù)的本地存儲。
[0040]AM3871自帶兩路CAN總線MAC，用來構建兩路獨立的傳感器監(jiān)控接口，CAN總線的PHY采用SN65HVD230作為收發(fā)器完成電平轉換與收發(fā)切換工作。
[0041]終端主控機的電源采用公交車自帶的12/24V直流電源，采用通用的電源管理方案設計，接入電源經(jīng)開關電源芯片TPS5430穩(wěn)壓至5V，供給AM3871專用電源管理芯片和板上其它電路。在兩路CAN總線傳感器接口處設計供電監(jiān)控系統(tǒng)，采用基于I2C接口的TPS2480, AM3871通過12C接口監(jiān)控監(jiān)控每一路CAN總線所有子節(jié)點的供電情況(實時電壓電流)，并在總線出現(xiàn)電源短路故障時及時斷開供電確保不會發(fā)生事故。
[0042]根據(jù)子節(jié)點的性質(zhì)和數(shù)據(jù)量，第一路CAN總線順次連接溫濕度傳感器1、空氣質(zhì)量傳感器、車廂振動傳感器、溫濕度傳感器2、溫濕度傳感器3 ;第二路CAN總線直接連接客車E⑶提供的OBD接口，通過OBD接口的CAN總線讀取客車的行駛狀況數(shù)據(jù)。
[0043]子節(jié)點的設計采用低成本MCU，型號為STM32F103RBT6，通過MCU自帶的CAN總線MAC實現(xiàn)CAN總線通信，CAN總線PHY同樣使用SN65HVD230作為收發(fā)器完成電平轉換與收發(fā)切換工作。
[0044]溫濕度傳感器采用SHT15，通過MCU的I2C接口與之相連，讀出原始溫濕度數(shù)據(jù)，在單片機內(nèi)通過運算補償后輸出校正后的溫濕度數(shù)據(jù)，發(fā)送給終端主控機。
[0045]車廂振動傳感器采用ADXL615，MCU通過SPI接口與之相連，讀出加速度數(shù)據(jù)后，在MCU內(nèi)進行簡單的濾波處理后得到振幅值和瞬時振動頻率數(shù)據(jù)，發(fā)送給終端主控機。
[0046]空氣質(zhì)量傳感器采用GP2Y1010AU0F，這個傳感器是傳統(tǒng)的模擬量輸出的傳感器，MCU通過自帶的模數(shù)轉換器將表示粉塵強度的直流模擬量轉換成數(shù)字量，經(jīng)過換算后得到反應空氣質(zhì)量的pm2.5濃度ppm值,發(fā)送給終端主控機。
[0047]以上對本發(fā)明的實施例進行了詳細說明，但所述內(nèi)容僅為本發(fā)明的較佳實施例，不能被認為用于限定本發(fā)明的實施范圍。凡依本發(fā)明申請范圍所作的均等變化與改進等，均應仍歸屬于本發(fā)明的專利涵蓋范圍之內(nèi)。
【權利要求】
1.一種無線型數(shù)據(jù)采集終端，包括傳感器、以及終端主控機；其特征在于:所述終端主控機包括: 主控機電路板，所述主控機電路板包括嵌入式微處理器模塊、FDD-LTE通訊模塊、電源管理模塊、以及子節(jié)點接口模塊；其中: 所述嵌入式微處理器模塊設有供采集終端存儲數(shù)據(jù)和運行程序用的內(nèi)存與FLASH芯片；在所述嵌入式微處理器模塊上設置有多種串行、并行總線擴展系統(tǒng)用的外設模塊，以及引出設備調(diào)試接口； 所述FDD-LTE通訊模塊通過并行或高速串行總線與嵌入式微處理器模塊相連，F(xiàn)DD-LTE通訊模塊的天線接口連接有實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)高速外傳的天線； 所述子節(jié)點接口模塊采用CAN總線收發(fā)器芯片實現(xiàn)CAN總線接口電平轉換，并根據(jù)微處理器的資源情況選用相應的CAN總線MAC層接口芯片，實現(xiàn)與下級子節(jié)點的CAN總線通?目; 所述無線型數(shù)據(jù)采集終端還包括與子節(jié)點接口模塊連接的子節(jié)點適配器，所述子節(jié)點適配器分別與傳感器、無線子網(wǎng)關進行數(shù)據(jù)通信。
2.根據(jù)權利要求1所述的無線型數(shù)據(jù)采集終端，其特征在于:所述天線通過50歐姆射頻同軸電纜與主控機天 線接口連接。
3.根據(jù)權利要求2所述的無線型數(shù)據(jù)采集終端，其特征在于:所述天線外置于終端主控機的外殼，所述天線為鞭狀全向天線或平板定向天線中的一種。
【文檔編號】G08C19/00GK104008640SQ201410274095
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年6月19日 優(yōu)先權日:2014年6月19日
【發(fā)明者】董宏志, 劉邈 申請人:天津圣杰恒天科技發(fā)展有限公司