一种工业物联网现场无线仪表的制作方法

本发明实施例涉及物联网远程监控技术领域，尤其涉及一种工业物联网现场无线仪表。

背景技术：

随着物联网技术的快速发展，检测仪表已经广泛应用于工业现场，以对工业现场中设备的生成参数进行检测与监测。

现有的工业物联网现场无线仪表主要有两类。一类是传统带通信的工业设备，如RTU(Remote Terminal Unit，远程终端单元)、DTU(Data Transfer unit，数据传输单元)、PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)、仪器仪表或变频器等，该类工业设备通过工业现场的通讯层中承载的协议转换模块与服务器端进行远程数据交互。另一类是传统不带通信的设备，如仪器仪表、电磁阀或电力设备等，该类工业设备通过工业现场的通讯层中模拟量输入，模拟量输出，开关量输入，开关量输出或电参数测量模块等与服务器端进行远程数据交互。因而现有的工业物联网现场无线仪表都需要依赖工业现场的通讯层与服务器端进行远程数据交互，使得现有工业物联网现场无线仪表的数据传输效率低下且成本高昂。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种工业物联网现场无线仪表，以提高数据传输效率低下且降低成本。

本发明实施例提供了一种工业物联网现场无线仪表，包括依次连接的传感元件、微处理器和通信输出驱动电路：

所述传感元件，用于进行参数检测并将检测到的参数物理信号转化为参数电信号；

所述通信输出驱动电路，用于与服务器建立远程通讯连接；

所述微处理器中承载有远程数据传输协议，用于获取所述参数电信号，并基于所述远程数据传输协议通过建立的远程通讯连接与所述服务器进行指令和数据交互。

进一步的，所述远程数据传输协议是MQTT协议或CoAP协议。

进一步的，上述工业物联网现场无线仪表还包括：

信号处理驱动电路，一端与所述传感元件连接，另一端与所述微处理器连接，用于获取所述传感元件中的参数电信号，并将所述参数电信号传输给所述微处理器；以及，用于接收所述微处理器的指令，依据接收的指令生成激励信号，并将所述激励信号传输给所述传感元件。

进一步的，上述工业物联网现场无线仪表还包括：

定位驱动电路，用于确定所述仪表的位置信息，并将所述位置信息传输给所述微处理器。

进一步的，上述工业物联网现场无线仪表还包括：

用户界面模块，用于依据人机交互操作显示数据和修改参数。

进一步的，所述传感元件是压力传感器、热电阻温度传感器或热电偶温度传感器。

进一步的，所述微处理器，还用于管理所述仪表中除所述微处理器外的其他模块的工作模式。

本发明实施例提供的工业物联网现场无线仪表，通过传感元件进行参数检测并将检测到的参数物理信号转化为参数电信号，通过通信输出驱动电路与服务器建立物理层的远程通信连接，并且基于微处理器中承载的远程数据传输协议通过建立的远程通讯连接与服务器进行指令和数据交互。因而本发明实施例中提供的工业物联网现场无线仪表无需依赖于工业现场的通讯层与服务器端进行远程数据交互，提高了数据传输效率低下且降低了成本。

附图说明

图1为本发明实施例中提供的一种工业物联网现场无线仪表的结构示意图；

图2为本发明实施例中提供的另一种工业物联网现场无线仪表的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1为本发明实施例中提供的一种工业物联网现场无线仪表的结构示意图。参考图1，本发明实施例提供的工业物联网现场无线仪表可以包括依次连接的传感元件11、微处理器12和通信输出驱动电路13。

所述传感元件11，用于进行参数检测并将检测到的参数物理信号转化为参数电信号；

所述通信输出驱动电路13，用于与服务器建立远程通讯连接；

所述微处理器12中承载有远程数据传输协议，用于获取所述参数电信号，并基于所述远程数据传输协议通过建立的远程通讯连接与所述服务器进行指令和数据交互。

其中，传感元件11设置在工业现场，用于对工业现场生产过程中的设备参数进行检测。传感元件11可以是电容式、扩散硅、陶瓷电阻或陶瓷电容等压力传感器；也可以是PT100或PT1000等热电阻温度传感器。PT100和PT1000均是铂热电阻，阻值会随着温度的变化而改变，PT100在0℃时阻值为100欧姆，PT1000在0℃时阻值为1000欧姆。传感元件11还可以是K型、S型等热电偶温度传感器；或者其他类型的传感器。

其中，通信输出驱动电路13，用于与服务器建立远程通讯连接，该远程通讯连接指的是物理层的通讯连接，如可以是2G、3G或4G等无线蜂窝网络模块；WiFi(Wireless Fidelity，无线保真)模块或者有线网络模块等网络通信模块。

其中，微处理器12与传感元件11和通信输出驱动电路13均连接，用于与传感元件11和通信输出驱动电路13进行数据交互，还用于进行数据处理。如，微处理器12可以是MSP430系列，PIC系列，51内核或ARM(Advanced RISC Machines)内核等其他内核构成的微处理器。

并且，微处理器12中承载有远程数据传输协议，该远程数据传输协议指的是应用层的数据传输协议。具体的，微处理器12从位于工业现场的传感元件11获取参数电信号，且微处理器12将获取的参数电信号通过线性化处理和环境温度补偿计算得到参数的实际取值(如实际压力值或实际温度值)等，随后微处理器12基于远程数据传输协议将参数的实际取值传输给与通信输出驱动电路13通讯连接的服务器，服务器获取参数的实际取值。

现有工业物联网现场仪表使用的通信协议主要有Modbus、HART(Highway Addressable Remote Transducer，可寻址远程传感器高速通道的开放通信协议)、FF(FoudationFieldbus，基金会现场总线)、CAN(Controller Area Network，控制器局域网络)或ProfiBUS(Process Field Bus，过程现场总线)等用于有线仪表的近程数据传输协议，以及Zigbee(紫蜂)或RF(Radio Frequency，射频)等用于无线仪表的近程数据传输协议。为了与服务器进行远程数据传输，需要通过通讯层中的协议转换模块将工业物联网现场仪表使用的近程通信协议转化为能够远程传输的数据传输协议。

本发明实施例中，通过工业物联网现场无线仪表的微处理器12中承载的远程数据传输协议可以直接实现微处理器12与服务器之间的应用层的连接，使得微处理器12与服务器之间可以直接进行数据交互，相比于目前工业物联网现场仪表需通过工业现场设的通讯层与服务器进行数据交互，提高了数据传输效率低下且降低了成本。

另外，本发明实施例中通过微处理器12中承载的远程数据传输协议进行数据传输，相比于在工业物联网现场仪表中内置集成通讯协议模块，可以进一步降低工业物联网现场无线仪表的生产成本。

本发明实施例提供的工业物联网现场无线仪表，通过传感元件11进行参数检测并将检测到的参数物理信号转化为参数电信号，通过通信输出驱动电路13与服务器建立物理层的远程通信连接，并且基于微处理器12中承载的远程数据传输协议通过建立的远程通讯连接与服务器进行指令和数据交互。因而本发明实施例中提供的工业物联网现场无线仪表无需依赖于工业现场的通讯层与服务器端进行远程数据交互，提高了数据传输效率低下且降低了成本。

示例性的，远程数据传输协议可以是消息队列遥测传输(Message Queuing Telemetry Transport，MQTT)协议。其中MQTT协议是适合物联网场景的通讯协议，采用发布/订阅模式，所有的物联网现场无线仪表都通过TCP(Transmission Control Protocol，传输控制协议)连接到云端，云端通过主题的方式管理各个设备关注的通讯内容，负责设备与设备之间消息的转发。MQTT协议能够适应不同设备的计算性能的差异，是采用二进制格式编解码，并且编解码格式非常易于开发和实现。最小的数据包只有2个字节，对于低功耗低速网络也有很好的适应性。有非常完善的QOS机制，根据业务场景可以选择最多一次、至少一次、刚好一次三种消息送达模式。运行在TCP协议之上，同时支持TLS(TCP+SSL)协议，并且由于所有数据通信都经过云端，安全性得到了较好地保障。MQTT协议的适应在低带宽、不可靠的网络下提供基于云平台的远程设备的数据传输和监控。

具体的，MQTT协议与传统ModBUS和HART协议之间的区别如下表所示。

其中，Modbus和HART应用于局域网组网的协议，为星形连接，由主机和从机组成，所有从机数据靠主机轮询或者从机阵发的方式汇聚到主机中，数据未进行加密。因为所有设备挂在一条总线上，设备会收到来自全部设备的有效和无效数据，故任一设备产生故障都可能导致整个网络瘫痪，且数据传输质量无法保证。

然而，MQTT协议应用在广域网(也可在局域网中应用)的物联网系统中，由服务器和客户端组成，数据靠客户端进行订阅和发布，可有由任一客户端发送到另一客户端中，客户端只会收到自己已订阅的消息，设备间不会有影响，且数据可进行SSL(Secure Sockets Layer，安全套接层)加密。因此本发明实施例通过微处理器中承载的远程数据传输协议可以提高数据传输效率、质量和安全性。

示例性的，远程数据传输协议也可以是CoAP协议。CoAP协议是为受限节点制定相关的REST(Representational State Transfer)形式的应用层协议。

参考图2，示例性的，上述工业物联网现场无线仪表还可以包括：信号处理驱动电路14，一端与所述传感元件11连接，另一端与所述微处理器12连接，用于获取所述传感元件11中的参数电信号，并将所述参数电信号传输给所述微处理器12；以及，用于接收所述微处理器12的指令，依据接收的指令生成激励信号，并将所述激励信号传输给所述传感元件11。具体的，信号处理驱动电路14用于将传感元件11的参数电信号转换为数字信号，还用于将从微处理器12获取的指令和/或数据处理成电激励信号，以通过电激励信号控制传感元件11的参数和/或工作状态。其中，信号处理驱动电路14可以是AD7792、AD7793、ADS1246、ADS1247、ADS1248、ADS1220等型号的ADC(Analog to Digital Converter，模数变换)器件。

参考图2，示例性的，上述工业物联网现场无线仪表还可以包括：定位驱动电路15，用于确定所述仪表的位置信息，并将所述位置信息传输给所述微处理器12。相应的，微处理器12还可以将仪表的位置信息传输给服务器。具体的，定位驱动电路15可以采用GPS(Global Positioning System，全球定位系统)定位技术或北斗定位技术等其他定位技术确定现场无线仪表的位置信息。

参考图2，示例性的，上述工业物联网现场无线仪表还可以包括：用户界面模块16，用于依据人机交互操作显示数据和修改参数。

结合图1和图2，示例性的，所述微处理器12，还用于管理所述仪表中除所述微处理器12外的其他模块的工作模式，例如用于对传感元件11、信号处理驱动电路14、用户界面模块16、通信输出驱动电路13和定位驱动电路15中的至少一个进行工作模式管理。并且，微处理器12还可以用于对其他模块进行电源管理。

具体的，微处理器12可以用于管理传感元件11的采集状态和采集对象，例如在采集对象是压力参数时还进行电源电压和环境温度的采集。微处理器12也可以用于管理信号驱动电路14的采集对象，通信输出驱动电路13的连网状态。另外，微处理器12还可以用于管理微处理器12、用户界面模块16或定位驱动电路15处于休眠状态或者运行状态。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。