一种微型模块化无线传输的工业采集器的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种微型模块化无线传输的工业采集器，包括主体模块及与其连接的ZigBee无线收发模块和至少一个扩展数据采集模块；所述的主体模块包括采集接口FPGA模块、数据采集FIFO缓冲器、主FPGA模块、无线收发接口FPGA模块，各模块依次连接。本实用新型设计合理，可显著缩小工业采集系统的安装体积，在实际应用中具有无线数据传输性能稳定，对热电偶，压力变送器等传感器的采集精度高的特点。
【专利说明】
-种微型模块化无线传输的工业采集器
技术领域
[0001] 本实用新型属于工业采集领域，尤其设及一种微型模块化无线传输的工业采集 器。
【背景技术】
[0002] 在工业采集设备的应用中，现场使用环境不断的变化，广大用户希望数据采集的 各个终端小巧、灵活、易于实现控制和性价比高，运些需求使小型化及无线化成为了趋 势，运就要求采集器具备无线传输功能并减小自身尺寸进行灵活配置。而当前工业采集领 域所采用的基于嵌入式或X86总线架构存在W下缺点：（1)嵌入式或X86总线架构的采集和 数据交互都需要通过总线进行扩展，设备外形尺寸难W得到控制。（2)目前数据交互扩展模 块普遍采用的串行总线(485或CAN等）W太网等方式需要进行线缆联接，安装复杂。（3)总线 型数据采集模块电路复杂开发周期长，不能快速响应个性化的应用需求。
【发明内容】
[0003] 有鉴于此，有必要针对上述的问题，提供一种微型模块化无线传输的工业采集器， W克服现有技术的不足，满足市场需求。
[0004] 本实用新型所解决的技术问题可W采用W下技术方案来实现：
[0005] -种微型模块化无线传输的工业采集器，包括主体模块及与其连接的ZigBee无线 收发模块和至少一个扩展数据采集模块;所述的主体模块包括采集接口 FPGA模块、主FPGA 模块、无线收发接口 FPGA模块，各模块依次连接。
[0006] 作为优选，所述的采集接口 FPGA模块可通过数据采集FIFO缓冲器与所述的主FPGA 模块连接。
[0007] 主FPGA模块对采集信号的数字处理W及所有逻辑控制，主要功能包括：（1)通过 ZigBee无线收发模块读取配置信息，配置采集接口FPGA模块，配置ZigBee无线收发模块的 发送速率。（2)控制数据采集FIFO缓冲器，写入采集配置，读取采集数据(3)对采集到的数据 进行正确性判断、数字处理、校验编码和发送时序匹配。
[000引采集接口 FPGA模块主要负责数据的采集接口转换，并在主FPGA模块的控制下对数 据采集模进行逻辑控制。
[0009] 无线收发接口 FPGA模块主要负责数据无线收发的接口转换，并在主FPGA模块的控 制下对Zi浊ee无线收发模块进行逻辑控制。
[0010] 作为优选，所述的扩展数据采集模块和所述的Zi浊ee无线收发模块与所述的主体 模块插接。
[0011] 作为优选，所述的采集接口 FPGA模块、主FPGA模块、无线收发接口 FPGA模块、数据 采集FIFO缓冲器均采用XA3S100E FPGA忍片，扩展数据采集模块采用ADS1281和MAX6675转 换忍片，ZigBee无线收发模块采用CC2530无线转换忍片，支持100m传输距离。
[0012] 作为优选，该采集器还可W包括电源模块，所述的电源模块与所述的主体模块连 接，包括一用于外部电源连接的电源接口和电路部分。
[0013] 有益效果:通过主FPGA模块、无线收发接口 FPGA模块、W及ZigBee无线收发模块实 现了小型化的ZigBee无线数据传输功能，并通过接入多个不同的扩展数据采集模块实现单 采集结点对不同的传感器的高精度采集。经测试采用本发明构建的工业采集系统体积较传 统采集系统显著缩小，在实际应用中无线数据传输性能稳定，对热电偶，压力变送器等传感 器的义集精度局。
【附图说明】
[0014] 图1是本实用新型的电路框图。
[0015] 图2是本实用新型的系统连接示意图。
【具体实施方式】
[0016] 为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解， 下面结合具体图示进一步阐述本实用新型。
[0017] 如图1，一种微型模块化无线传输的工业采集器，包括主体模块1及与其连接的 Zi浊ee无线收发模块801和扩展数据采集模块101、102、103、104;所述的主体模块包括采集 接口 FPGA模块401、主FPGA模块601、无线收发接口 FPGA模块701，各模块依次连接。
[001引为了采集器数据传输性能的稳定，可增加数据采集FIFO缓冲器501，采集接口 FPGA 模块401可通过数据采集FIFO缓冲器501与所述的主FPGA模块601连接。
[0019] 扩展数据采集模块101、102、103、104和ZigBee无线收发模块801可通过插接件 201、202、203、204和插接件801与主体模块1插接。
[0020] 该采集器还可W包括电源模块301，所述的电源模块301与所述的主体模块1连接， 包括一用于外部电源连接的电源接口和电路部分。
[0021] 本实用新型的各个模块可W采用如下配置：
[0022] 采集接口 FPGA模块、主FPGA模块、无线收发接口 FPGA模块、数据采集FIFO缓冲器采 用Xi 1 inx公司的大容量低成本Spartan 3E系列的XA3S100E忍片，主FPGA模块实现数据通讯 的基本原理、对采集信号的数字处理W及所有逻辑控制;采集接口 FPGA模块和无线收发接 口 FPGA模块实现采集电路、无线收发电路与FPGA的数字接口转换;数据采集FIFO缓冲器实 现异步数据的时序匹配。
[0023] ZigBee无线收发模块采用TI公司的新一代ZigBee忍片CC2530,完成FPGA的 ZigBee无线收发接口扩展;所有跨器件的数据传输均采用差分串行方式并加入了校验算 法，确保了数据链的正确性。
[0024] 该采集器在使用时，将扩展数据采集模块与相应的传感器连接后，将所有扩展数 据采集模块和ZigBee无线收发模块通过插接的方式连接至主体模块，最后将电源模块与外 部电源连接W完成安装。如图2所示，安装完成后的系统为采集器1、2、N，与采集器连接的传 感器31、32、33、34，通过21浊66无线终端2对一个或多个采集器进行数据采集和采集参数的 配置，并可将数据接入W太网构成的采集网络，采集网络的终端可W是环形或星型拓扑结 构。该采集器的核屯、是利用FPGA在数据处理和扩展能力上的优势，通过扩展数据采集模块 和Zi浊ee无线收发模块，帮助用户迅速构建满足不同需求的无线测量系统网络。
[0025]微型模块化无线工业采集器的信息处理流程为：
[00%] 1数据采集过程
[0027] 通过ZigBee无线终端的配置信息，主FPGA模块为各个采集接口FPGA模块配置相应 的接口连接方式，将配置信息写入数据采集FIFO缓冲器通过采集接口 FPGA模块发送给数据 采集模块后，开始读取数据采集FIFO缓冲器中采集接口 FPGA模块送来的采集数据。
[0028] 2数据处理过程
[0029] 主FPGA模块在读取数据采集FIFO缓冲器的数据后，根据数据报文格式判断数据有 效后进行读取，若数据无效则向ZigBee无线终端返回连接错误的信息；在正确读取数据后 进行数字信号处理已获得更稳定有效的数据，处理完毕后通过Zi浊ee无线终端的配置信息 进行数据发送的时序匹配。
[0030] 3数据无线收发过程
[0031] 主FPGA模块首先通过无线收发接口 FPGA模块从ZigBee无线收发模块获取ZigBee 无线终端的提供的配置信息，通过运些信息对上述数据采集和数据处理过程参数进行配 置，并进行数据的校验信息编码，最后通过无线收发接口 FPGA模块从ZigBee无线收发模块 向Zi浊ee无线终端定期发送带有校验信息的采集数据报文，从而完成数据的采集。
[0032] 为验证本发明的效果，对本微型模块化无线工业采集器进行了一系列测试，具体 测试环境和测试结果如下：
[0033] (1)测试环境是
[0034] 使用热电偶和电压型压力变送器作为采集对象，使用ESk04KA型溫箱作为标准环 境，选用ThinkPad T450笔记本电脑扩展WXU390X型USB ZigBee模块作为ZigBee无线终端， 采集器采用5V移动电源进行供电。
[0035] (2)测试结果
[0036] 将两组热电偶、一组压力变送器、移动电源与采集器连接组成采集系统，将采集系 统置入ESk04KA型溫箱，改变溫箱的溫度和压力参数，从Zigbee配置采集器使用不同的采 样率录取10分钟的采集数据，并通过校验码性判断数据传输的正确性，测试结果见表1。
[0037]
[0038] 通过上表，可W看出本微型模块化无线工业采集器无线传输性能稳定，采集的灵 活性、稳定性和精度均较高。
[0039] W上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细， 但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术 人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可W做出若干变形和改进，运些都属于本发明 的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应W所附权利要求为准。
【主权项】
1. 一种微型模块化无线传输的工业采集器，其特征在于，包括主体模块及与其连接的 ZigBee无线收发模块和至少一个扩展数据采集模块;所述的主体模块包括采集接口 FPGA模 块、主FPGA模块、无线收发接口 FPGA模块，各模块依次连接。2. 根据权利要求1所述的采集器，其特征在于，所述的采集接口 FPGA模块可通过数据采 集FIFO缓冲器与所述的主FPGA模块连接。3. 根据权利要求1所述的采集器，其特征在于，所述的扩展数据采集模块和所述的 ZigBee无线收发模块与所述的主体模块插接。4. 根据权利要求1所述的采集器，其特征在于，所述的采集接口 FPGA模块、主FPGA模块、 无线收发接口FPGA模块均采用XA3S100E FPGA芯片。5. 根据权利要求2所述的采集器，其特征在于，所述的数据采集FIFO缓冲器采用 XA3S100E FPGA芯片。6. 根据权利要求1所述的采集器，其特征在于，所述的扩展数据采集模块采用ADS1281 和MAX6675转换芯片。7. 根据权利要求1所述的采集器，其特征在于，所述的ZigBee无线收发模块采用CC2530 无线转换芯片。8. 根据权利要求1至7中任意一项所述的采集器，其特征在于，还包括电源模块， 所述的电源模块与所述的主体模块连接。
【文档编号】G08C17/02GK205451459SQ201620237305
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年3月25日
【发明人】陈浩, 蒋源明
【申请人】广州精秀热工设备有限公司