基于LoRaWAN技术的工业防爆安全接口及系统的制作方法

基于lorawan技术的工业防爆安全接口及系统
技术领域
1.本发明涉及工业生产领域，特别是涉及一种基于lorawan技术的工业防爆安全接口及系统。


背景技术：

2.随着工业的发展，自动化行业应满足除电气安全要求外，还应满足防爆安全。对于自动化仪表，最常用的防爆形式是本安型、隔爆型和增安型。由于电子技术的飞速发展和低功耗电子器件的不断诞生，本安防爆技术的得到了更为广阔的推广和应用。特别是由于本质安全型防爆形式与其他防爆形式相比，不仅具有结构简单，适用范围广，而且还具有易操作和维护方便等特点，因此这种通过抑制点火源能量为防爆手段的本安型防爆仪表已被制造商和用户接受。
3.在科学技术不断发展的当下，各行各业对防爆安全电路的设计要求越来越高，尤其在煤矿井下作业中、石油化工行业中，使用频率越来越高，对参数的要求也逐渐提升。安全防爆电路是确保社会生产安全重要的安全技术措施，如何保障在达到防爆安全的前提下进行数据的远程传输，以实现对工业设备的监测和控制成为本领域技术人员急需解决的问题之一。


技术实现要素：

4.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于lorawan技术的工业防爆安全接口及系统，用于使工业生产远程监控系统达到防爆安全。
5.为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于lorawan技术的工业防爆安全接口，所述基于lorawan技术的工业防爆安全接口至少包括：
6.防爆安全接口电路，主控制器，lorawan无线通信模组及配置接口电路；
7.所述防爆安全接口电路连接所述主控制器，用于信号的输入输出；
8.所述主控制器连接所述防爆安全接口电路及所述lorawan无线通信模组，控制所述防爆安全接口电路及所述lorawan无线通信模组传输信号；
9.所述lorawan无线通信模组用于收发远程信号；
10.所述配置接口电路连接所述主控制器，所述主控制器基于从所述配置接口电路接收到的配置信息对所述lorawan无线通信模组进行参数配置。
11.可选地，所述防爆安全接口电路包括信号输入接口及信号输出接口；所述信号输入接口接收生产信息并传输至所述主控制器；所述信号输出接口从所述主控制器获取控制信号并输出。
12.可选地，所述生产信息包括温度、流量、压力及湿度中的任意一个或多个组合。
13.更可选地，所述防爆安全接口电路包括串行接口，所述串行接口连接所述主控制器，用于串口通信。
14.更可选地，所述串行接口包括rs485接口。
15.可选地，所述基于lorawan技术的工业防爆安全接口还包括电源模块，所述电源模块为所述防爆安全接口电路、所述主控制器及所述lorawan无线通信模组供电。
16.更可选地，所述电源模块包括第一电源转换单元及第二电源转换单元，所述第一电源转换单元接收交流电源，将所述交流电源转换为第一直流电源；所述第二电源转换单元连接所述第一电源转换单元，将所述第一直流电源转换为第二直流电源；其中，所述交流电源、所述第一直流电源及所述第二直流电源的电压值依次减小。
17.更可选地，所述第一电源转换单元包括交流转直流电路及直流降压电路。
18.更可选地，所述第二电源转换单元包括低压差线性稳压电路。
19.可选地，所述配置接口电路包括usb接口。
20.更可选地，所述配置接口电路还包括供电单元，所述供电单元可在所述电源模块未供电时为所述主控制器供电。
21.为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种基于lorawan技术的工业防爆安全系统，所述基于lorawan技术的工业防爆安全系统至少包括：
22.生产设备，上述基于lorawan技术的工业防爆安全接口，lorawan网关及服务器；
23.所述生产设备连接所述基于lorawan技术的工业防爆安全接口，基于所述基于lorawan技术的工业防爆安全接口传输信号；
24.所述lorawan网关与所述基于lorawan技术的工业防爆安全接口及所述服务器通讯；
25.所述服务器监测所述生产设备，并基于监测到的信息产生所述生产设备的控制信号。
26.如上所述，本发明的基于lorawan技术的工业防爆安全接口及系统，具有以下有益效果：
27.本发明的基于lorawan技术的工业防爆安全接口及系统通过对主控制器的编程实现控制lorawan模组无线远程收发数据，并通过主控制器对防爆安全接口电路输入输出的信号进行处理来达到工业现场监测以及控制的目的。本发明的基于lorawan技术的工业防爆安全接口及系统可通过防爆安全接口电路实现工业现场数据的监控及控制；通过信号输入接口实现工业现场测量的生产信息通过主控制器进行处理，再由主控制器控制lorawan模组将信息传输到云端，从而在云端进行数据解析以及可视化；还可实现从云端下发达到工业控制目的的控制信号到lorawan模组，由主控制器采集处理该控制信号再输出到信号输出部分，进而实现对生产设备的状态控制，可以达到在防爆安全的前提下实现数据低功耗、安全、可靠的无线传输。
附图说明
28.图1显示为本发明的基于lorawan技术的工业防爆安全接口的一种结构示意图。
29.图2显示为本发明的第一电源转换单元的结构示意图。
30.图3显示为本发明的第二电源转换单元的结构示意图。
31.图4显示为本发明的基于lorawan技术的工业防爆安全接口的另一种结构示意图。
32.图5显示为本发明的基于lorawan技术的工业防爆安全系统的结构示意图。
33.图6显示为本发明的基于lorawan技术的工业防爆安全系统的一种工作原理示意
图。
34.图7显示为本发明的基于lorawan技术的工业防爆安全系统的另一种工作原理示意图。
35.元件标号说明
[0036]1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
基于lorawan技术的工业防爆安全接口
[0037]
11
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防爆安全接口电路
[0038]
111
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信号输入接口
[0039]
112
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信号输出接口
[0040]
113
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串行接口
[0041]
12
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主控制器
[0042]
13
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lorawan无线通信模组
[0043]
14
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配置接口电路
[0044]
15
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电源模块
[0045]
151
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第一电源转换单元
[0046]
151a
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交流转直流电路
[0047]
151b
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直流降压电路
[0048]
152
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第二电源转换单元
[0049]2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
生产设备
[0050]3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
lorawan网关
[0051]4ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
服务器
[0052]5ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
基于lorawan技术的工业防爆安全系统
具体实施方式
[0053]
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
[0054]
请参阅图1～图7。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
[0055]
实施例一
[0056]
如图1所示，本实施例提供一种基于lorawan技术的工业防爆安全接口1，所述基于lorawan技术的工业防爆安全接口1包括：
[0057]
防爆安全接口电路11，主控制器12，lorawan无线通信模组13及配置接口电路14。
[0058]
如图1所示，所述防爆安全接口电路11连接所述主控制器12，用于信号的输入输出。
[0059]
具体地，所述防爆安全接口电路11用于与生产设备连接，实现对生产设备输入或输出信号。在本实施例中，所述防爆安全接口电路11包括信号输入接口111及信号输出接口
112。所述信号输入接口111接收模拟或数字的生产信息并传输至所述主控制器12，所述生产信息包括但不限于温度、流量、压力及湿度，任意工业现场的参数信息均适用于本发明，在此不一一赘述。在本实施例中，所述信号输入接口111通过交流输入光耦向所述主控制器12传输信号。所述信号输出接口112从所述主控制器12获取模拟或数字的控制信号并输出，作为示例，所述信号输出接口112连接继电器、电磁阀或各种开关，以控制生产设备工作。
[0060]
需要说明的是，所述防爆安全接口电路11是指具有防爆安全认证的接口电路，防爆安全认证包括本安型、隔爆型和增安型，在本实施例中，所述防爆安全接口电路11满足本安型电气设备防爆认证，本安防爆技术实际上是一种低功率设计技术，针对电火花和热效应是引起爆炸性危险气体爆炸的主要引爆源，本质安全技术通过限制电火花和热效应这两个可能的引爆源来实现防爆。本发明的防爆安全接口电路11从限制能量入手，可靠地将电路中的电压和电流限制在一个允许的范围内，在正常工作或发生短接和元器件损坏等故障情况下产生的电火花和热效应不至于引起其周围可能存在的危险气体的爆炸。在实际使用中，所述防爆安全接口电路11可满足隔爆型或增安型电气设备防爆认证，在此不一一赘述。
[0061]
如图1所示，所述主控制器12连接所述防爆安全接口电路11及所述lorawan无线通信模组13，控制所述防爆安全接口电路11及所述lorawan无线通信模组12传输信号。
[0062]
具体地，所述主控制器12从所述防爆安全接口电路11接收生产信息并通过所述lorawan无线通信模组12进行长距离传输；同时，所述主控制器12从所述lorawan无线通信模组12获取控制信号并通过所述防爆安全接口电路11传输至生产设备的控制装置(包括但不限于继电器、电磁阀或各种开关)。
[0063]
作为本发明的一种实现方式，所述基于lorawan技术的工业防爆安全接口1还包括指示灯，所述指示灯与所述主控制器12连接，受所述主控制器12的控制实现亮灭。
[0064]
如图1所示，所述lorawan无线通信模组13用于收发远程信号。
[0065]
具体地，lorawan是为lora远距离通信网络设计的一套通讯协议和系统架构，其网络架构是一个典型的星形拓扑结构。lora技术使用扩频调制技术，可解调低于20db的噪声，确保了高灵敏度、可靠的网络连接，同时提高了网络效率并消除了干扰；lorawan协议的星形拓扑结构消除了同步开销和跳数，降低了功耗并可允许多个并发应用程序在网络上运行；lora技术的通信距离长，无需中继器即可工作，降低了整体拥有成本；且lora技术对嵌入式应用而言可扩展性更强，性价比更高。
[0066]
如图1所示，所述配置接口电路14连接所述主控制器12，所述主控制器12基于从所述配置接口电路14接收到的配置信息对所述lorawan无线通信模组13进行参数配置。
[0067]
具体地，在本实施例中，所述配置接口电路14采用usb接口，配置信息通过usb接口输入所述主控制器12，进一步地，所述配置接口电路14设置为usb-typec接口。所述主控制器12基于所述配置信息控制所述lorawan无线通信模组13进行无线远程传输。
[0068]
需要说明的是，所述配置接口电路14采用任意数据传输的接口，不限于本实施例。
[0069]
作为本发明的一种实现方式，所述配置接口电路14还包括供电单元，所述供电单元为所述主控制器12供电。具体地，当所述基于lorawan技术的工业防爆安全接口1未连接电源时，所述配置接口电路14中的供电单元为所述主控制器12供电，所述基于lorawan技术的工业防爆安全接口1无需与车间中的生产设备上电连接完成配置和调试，在线下(例如工程师的办公室)就可完成配置，便捷高效。
[0070]
如图1所示，作为本发明的一种实现方式，所述基于lorawan技术的工业防爆安全接口1还包括电源模块15，所述电源模块15为所述防爆安全接口电路11、所述主控制器12及所述lorawan无线通信模组13供电。
[0071]
具体地，在本实施例中，所述电源模块15连接24v的工业交流电源，将24v的工业交流电源转化为所述防爆安全接口电路11、所述主控制器12及所述lorawan无线通信模组13所需的直流电源。所述电源模块15包括第一电源转换单元151及第二电源转换单元152。所述第一电源转换单元151接收交流电源，将所述交流电源转换为第一直流电源。所述第二电源转换单元152连接所述第一电源转换单元151，将所述第一直流电源转换为第二直流电源；其中，所述交流电源、所述第一直流电源及所述第二直流电源的电压值依次减小。
[0072]
更具体地，所述第一电源转换单元151包括交流转直流电路151a及直流降压电路151b。如图2所示，所述交流转直流电路151a包括瞬态二极管tvs1、第一电感l1、第一二极管d1、第一电容c1及第二电容c2。所述输入电源(交流电源ac)连接所述交流转直流电路151a的第一输入端及第二输入端(所述第二输入端接地gnd1)；所述瞬态二极管tvs1的两端分别连接所述交流转直流电路151a的第一输入端及第二输入端；所述第一电感l1的一端连接所述交流转直流电路151a的第一输入端，另一端连接所述第一二极管d1的正极；所述第一二极管d1的负极经由所述第一电容c1接地gnd1；所述第二电容c2与所述第一电容c1并联。所述第二电容c2的上极板输出电源vcc1，电源vcc1为直流电源，且与所述交流电源ac的值相等，即所述电源vcc1为24v直流电源。所述直流降压电路151b包括降压稳压器，第一电阻r1，第二二极管d2(稳压二极管)，第二电感l2，第二电阻r2、第三电阻r3，第四电容c4、第五电容c5，第六电容c6及第三二极管d3。所述降压稳压器接收所述电源vcc1，降压后输出；所述降压稳压器的第一端vin连接所述电源vcc1，第二端～shdn经所述第一电阻r1后连接所述电源vcc1，第三端sw与第四端cb经由所述第三电容c3相连，第五端fb连接所述第二电阻r2及所述第三电阻r3的连接节点，第六端gnd接地gnd1；在本实施例中，所述降压稳压器采用lmr16006芯片实现，在实际使用中任意降压芯片或电路均适用，在此不一一赘述。所述第二二极管d2的负极连接所述降压稳压器的输出端，正极接地gnd1。所述第二电感l2的第一端连接所述第二二极管d2的负极；所述第二电阻r2及所述第三电阻r3串联后连接于所述第二电感l2的第二端及地gnd1之间。所述第四电容c4，所述第五电容c5及所述第六电容c6并联，一端连接所述第二电感l2的第二端，另一端接地gnd1。所述第三二极管d3的正极连接所述第二电感l2的第二端，负极输出所述第一直流电源vcc2；在本实施例中，所述第一直流电源vcc2为5v直流电源，在实际使用中，所述第一直流电源vcc2的电压值可根据实际需要进行设定，不以本实施例为限。
[0073]
更可选地，所述第二电源转换单元152包括低压差线性稳压电路，第七电容c7及第八电容c8。所述第一直流电源vcc2连接所述第二电源转换单元152的第一输入端及第二输入端(所述第二输入端接地gnd1)。所述低压差线性稳压器接收所述第一直流电源vcc2，降压后输出；所述低压差线性稳压器的第一端vi连接所述第二电源转换单元152的第一输入端，第二端g接地gnd1，第三端vo输出所述第二直流电源vcc3。所述第七电容c7及所述第八电容c8并联，一端连接所述低压差线性稳压器的输出端，另一端接地gnd1。在本实施例中，所述第二直流电源vcc3为3.3v直流电源，在实际使用中，所述第二直流电源vcc3的电压值可根据实际需要进行设定，不以本实施例为限。
[0074]
需要说明的是，在本实施例中，5v直流电源提供给所述防爆安全接口电路11使用，3.3v直流电源提供给所述主控制器12及所述lorawan无线通信模组13使用。
[0075]
实施例二
[0076]
如图4所示，本实施例提供一种基于lorawan技术的工业防爆安全接口1，与实施例一的不同之处在于，所述防爆安全接口电路11包括串行接口113。
[0077]
具体地，所述串行接口113连接所述主控制器12，用于实现串口通信，即可传输生产信息也可传输控制信号。所述串行接口113包括但不限于rs232c接口、rs422接口及rs485接口，任意可应用于工业生产的串行接口均适用于本发明，在此不一一赘述。
[0078]
需要说明的是，所述串行接口113与实施例一中的所述信号输入接口111及所述信号输出接口112可择一设置，也可同时设置在所述防爆安全接口电路11中。
[0079]
实施例三
[0080]
如图5所示，本实施例提供一种基于lorawan技术的工业防爆安全系统5，所述基于lorawan技术的工业防爆安全系统5包括：
[0081]
生产设备2，基于lorawan技术的工业防爆安全接口1，lorawan网关3及服务器4。
[0082]
如图5所示，所述生产设备2连接所述基于lorawan技术的工业防爆安全接口1，基于所述基于lorawan技术的工业防爆安全接口1传输信号。
[0083]
具体地，所述生产设备2可以是任意需要进行远程监控的设备，在此不一一赘述。
[0084]
如图5所示，所述基于lorawan技术的工业防爆安全接口1为所述生产设备2传输信号。
[0085]
具体地，所述基于lorawan技术的工业防爆安全接口1的内部结构及工作原理如实施例一或实施例二所述，在此不一一赘述。
[0086]
如图5所示，所述lorawan网关3与所述基于lorawan技术的工业防爆安全接口1及所述服务器4通讯。
[0087]
具体地，所述基于lorawan技术的工业防爆安全接口1通过所述lorawan网关3实现终端设备入网，藉由所述lorawan网关3使所述基于lorawan技术的工业防爆安全接口1与所述服务器4之间基于特定通讯协议实现通讯。能够实现将生产信息通过所述主控制器12的处理来控制所述lorawan无线通信模组13上传到所述lorawan网关3进而上传到所述服务器4，从而达到生产信息在云平台上展现的目的。也可实现在云平台上输入控制信号通过所述服务器4进行下发，将控制信号通过所述lorawan网关3下发到所述lorawan无线通信模组13，通过所述主控制器12的处理进而下发到所述防爆安全接口电路11，从而达到在云平台上实现输出控制的目的。
[0088]
如图5所示，所述服务器4监测所述生产设备2，并基于监测到的信息产生所述生产设备2的控制信号。
[0089]
具体地，所述服务器4对从所述基于lorawan技术的工业防爆安全接口1发送过来的信号进行处理，并与预设阈值进行比较产生所述生产设备2的控制信号，以控制所述生产设备2安全、正常、有序进行生产作业。
[0090]
如图6所示，当所述基于lorawan技术的工业防爆安全接口1采用实施例一的结构时，所述基于lorawan技术的工业防爆安全系统5的工作原理如下：
[0091]
生产信息通过所述信号输入接口111传输到所述主控制器12，所述主控制器12经
过识别获取并处理信号后通过发送指令控制所述lorawan无线通信模组13将生产信息数据经过lorawan网络无线发送到所述lorawan网关3，所述lorawan网关3再发送到所述服务器4，从而在云平台上展现出来。
[0092]
控制信号通过云平台输入，由所述服务器4下发到所述lorawan网关3，再通过lorawan网络发送到所述lorawan无线通信模组13，所述主控制器12通过命令获得所述lorawan无线通信模组13中的控制信号后，将控制信号通过所述信号输出接口112输出到所述生产设备2中的继电器，从而实现控制目的。
[0093]
如图7所示，当所述基于lorawan技术的工业防爆安全接口1采用实施例二的结构时，所述基于lorawan技术的工业防爆安全系统5的工作原理如下：
[0094]
生产信息通过所述串行接口113传输到所述主控制器12，所述主控制器12经过识别获取并处理信号后通过发送指令控制所述lorawan无线通信模组13将输入信号数据经过lorawan网络无线发送到所述lorawan网关3，所述lorawan网关3再发送到所述服务器4，从而在云平台上展现出来。
[0095]
控制信号通过云平台输入，由所述服务器4下发到所述lorawan网关3，再通过lorawan网络发送到所述lorawan无线通信模组13，所述主控制器12通过命令获得所述lorawan无线通信模组13中的控制信号后，将控制信号通过所述串行接口113输出到所述生产设备2中的继电器，从而实现串口监测的目的。
[0096]
综上所述，本发明提供一种基于lorawan技术的工业防爆安全接口及系统，接口包括：防爆安全接口电路，主控制器，lorawan无线通信模组及配置接口电路；所述防爆安全接口电路连接所述主控制器，用于信号的输入输出；所述主控制器连接所述防爆安全接口电路及所述lorawan无线通信模组，控制所述防爆安全接口电路及所述lorawan无线通信模组传输信号；所述lorawan无线通信模组用于收发远程信号；所述配置接口电路连接所述主控制器，所述主控制器基于从所述配置接口电路接收到的配置信息对所述lorawan无线通信模组进行参数配置。系统包括：生产设备，上述基于lorawan技术的工业防爆安全接口，lorawan网关及服务器；所述生产设备连接所述基于lorawan技术的工业防爆安全接口，基于所述基于lorawan技术的工业防爆安全接口传输信号；所述lorawan网关与所述基于lorawan技术的工业防爆安全接口及所述服务器通讯；所述服务器监测所述生产设备，并基于监测到的信息产生所述生产设备的控制信号。本发明的基于lorawan技术的工业防爆安全接口及系统通过对主控制器的编程实现控制lorawan模组无线远程收发数据，并通过主控制器对防爆安全接口电路输入输出的信号来达到工业现场监测以及控制的目的。本发明的基于lorawan技术的工业防爆安全接口及系统可通过防爆安全接口电路实现工业现场数据的监控及控制；通过信号输入接口实现工业现场测量的生产信息通过lorawan模组传输信息到云端，从而在云端进行数据解析以及可视化；还可实现从云端下发达到工业控制目的的控制信号到lorawan模组从而输出到继电器输出部分，进而实现控制继电器开关状态，可以达到在防爆安全的前提下实现数据低功耗、安全、可靠的无线传输。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0097]
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完
成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。