可组网的阀门电装无线远程控制装置的制作方法

本实用新型涉及阀门远程监控技术领域，特别是涉及到一种可组网的阀门电装无线远程控制装置。

背景技术：

阀门电装是阀门驱动电动装置的简称，广泛应用于阀门行业，使用电动执行器的方式实现阀门的开启和关闭，自动化程度较高，一般通过总线控制的方式实现集中操控。

电装远程采用有线控制时，可通过plc或工控机的方式接入到控制中心，当设备较多并且空间上比较分散时，布线距离远，拓扑复杂，设备控制和维护成本比较高，集中管理难度较大。

有线控制一般只传递阀门开度控制信号，无法进一步获取关于阀门电装工作状态方面的数据，有线系统的性能没有充分发挥出来，需要人工巡检的方式来补充，人力和物理方面的利用率较低。

当阀门种类和数量在地理方面过于分散时，控制中心按功能组网就变得非常困难。由于不能很好利用现有的覆盖范围很广、速度快、质量高的移动通信网络，阀门以及电装方面的信息不能被相关人员及时有效共享，跟用户关联度不紧密。

因此有必要设计一种可组网的阀门电装无线远程控制装置，解决数据传输的实时性、安全性和分布性，以及信息多头共享的问题。

技术实现要素：

本实用新型针对现有技术中存在的上述技术问题，提供了一种可组网的阀门电装无线远程控制装置，该可组网的阀门电装无线远程控制装置采用移动通信网络的方式来传递阀门电装的指令，可解决阀门分布区域广，线缆布线困难，设备工况数据难以获取等方面的问题。采用设备位置加设备id的模式，既可以单独控制每一台电装设备，也可以组网集中控制多台有共同特性的电装设备。利用网络低延时和丰富的带宽，监控中心可以实时监测到所有设备的物理工作状态，并能反向对电装设备实行可靠的操作，监控中心也可以设置在任何有网络覆盖的位置，不受阀门工作的地点的限制。

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

一种可组网的阀门电装无线远程控制装置，所述阀门电装包括驱动阀门动作的电机，所述可组网的阀门电装无线远程控制装置至少包括：

用于控制阀门的开启和关闭操作以及实时获取电装设备工作状态的单片机主控板；所述单片机主控板包括单片机、电源模块、数据存储模块、温湿度传感器以及数字io信号接口；

获取本地地理坐标，实时发送阀门及阀门电装工况以及接收远程发送过来指令操作的网络数据通信模块；所述网络数据通信模块包括gprs通信模块和gps通信模块；所述网络数据通信模块通过ttl电平的串口通信与单片机主控板进行数据交互；

用于采集阀门电装工况数据的温湿度传感器；所述温湿度传感器的数据输出端子与单片机主控板的i/o信号接口电连接。

进一步：所述单片机主控板包括51型号的stc8a8k64s4a12单片机。

进一步：所述单片机主控板包括ti的dc-dc转换芯片tps54334。

进一步：所述数据存储模块为cat24c512dataflash非掉电存储器。

本实用新型具有的优点和积极效果是：

通过采用上述技术方案，本实用新型可以在被无线覆盖的广大区域内实现阀门电装设备的工作状态数据收集，阀门的开启和关闭控制，操作距离远，实时性强，根据功能特征，利用现有网络技术方便实现任意设备组网。数据通信时，双方采用秘钥鉴权机制保证数据的安全和可靠，采用短信和邮件的方式可以大范围实现实时信息的有效共享。控制板上配置有大容量的存储器件，实时存储设备工作时的状态信息，可以保证在掉电的情况数据永不丢失，数据长久得到保存。

附图说明：

图1是本实用新型优选实施例的电路图；

图2是本实用新型优选实施例中的电源电路；

图3是本实用新型优选实施例中的单片机主控电路；

图4是本实用新型优选实施例中的通信电路；

具体实施方式

为能进一步了解本实用新型的

技术实现要素：
、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

如图1和图2所示，本实用新型公开了一种可组网的阀门电装无线远程控制装置，所述阀门电装包括驱动阀门动作的电机，所述可组网的阀门电装无线远程控制装置包括：

用于控制阀门的开启和关闭操作以及实时获取电装设备工作状态的单片机主控板；所述单片机主控板包括单片机、电源模块、数据存储模块、温湿度传感器以及数字io信号接口；

获取本地地理坐标，实时发送阀门及阀门电装工况以及接收远程发送过来指令操作的网络数据通信模块；所述网络数据通信模块包括gprs通信模块和gps通信模块；所述网络数据通信模块通过ttl电平的串口通信与单片机主控板进行数据交互；

用于采集阀门电装工况数据的温湿度传感器；所述温湿度传感器的数据输出端子与单片机主控板的i/o信号接口电连接。

上述优选实施例主要包括两个部分，一个是跟电装设备电气接口电路，用于控制阀门的开启和关闭操作以及实时获取电装设备的工作状态，另一个是gprs+gps的网络数据通信模块，获取本地地理坐标，实时发送阀门及阀门电装工况以及接收远程发送过来的指令操作。为了保护数据通信安全，通信时双方有秘钥鉴权机制。两个模块之间均通过ttl电平的串口通信。

本无线远程控制装置主要包括一块单片机为核心的主控电路板，内置单片机、电源、存储器件、温湿度传感器以及数字io信号接口，gprs+gps无线信号处理电路，实现gps地理坐标接收，以及跟远程的服务器网络通信。

单片机主控板通过继电器来控制两路互锁的接触器实现电装电机的正传和反转，达到开关阀门的目的。读取安装在与阀门相连的电装驱动主轴上电位器的偏转角来获取阀门开度信息，并将角位移信号反馈到电机驱动控制程序实现到预定位置停止电机的目的。通过数字io接口监测阀门电装的开关行程和力矩限位开关信息，实现电装部分回转、多回转的功能，以及力矩限位保护。adc(模拟数字转换器)电路实时采集电机的电流信号，电压信号，监测电机的工作状况。

阀门电装在每一次动作过程中，单片机主控板均采集行程和力矩限位信号的开关状态，电机电流、电压信号，以及环境的温度、湿度信号，并按照预置的采样率将前述采集的数据和当前时间记录到板载存储器上。每一次完整动作完毕后，对开关次数、存储器剩余空间、力矩过载、电流过载、欠压等历史参数做统计分析并存储。

gprs+gps模块跟远程服务器相连，通信时先发送鉴权数据，待身份验证正确后，将历史统计数据和地理信息发送出去。当需要详细数据时，再把电装每次的动作相关数据发送出去。当发现阀门电装不正常时，控制板将向预置的手机号发送告警短信，往预置邮箱发送告警信息。

单片机主控电路板：单片机使用51型号的stc8a8k64s4a12单片机，该型号外围接口丰富，功耗低，速度快。电源芯片采用ti的dc-dc转换芯片tps54334，可以提供3a以上的工作电流，实现电装直流12v转换为板载5v供电。电流和电压通过单片机自带的adc模块采集，行程、力矩开关量信号用单片机的gpio管脚采集，温湿度采用dht21模块，精度高，功耗低，数据存储器采用cat24c512dataflash非掉电存储器，容量高达64kb，数据可以保存几十年.

gprs+gps无线射频通信电路：主控芯片采用移远通信的mc20通信模块，板载两根天线，放置于视距比较开阔没有阻挡的地方。

上述优选实施例的电路整体上分为4个部分：电源电路，单片机主控电路，传感器信号采集和输出电路，通信电路；

请参阅图2至图4：

电源部分，如power图纸所示。电源从j8输入，支持6-32v的范围，采用24v输入电压，便于跟plc系统共电源。输入的24v电源进入u10tps54334为主的dc-dc电路，使用桶式电路高效变换出系统需要的5v电压，通过r44，r45，r46电阻网络反馈至主控芯片。

单片机主控电路：采用一片高速、低功耗，并且支持4串口、12位ad采样、iic接口的51单片机stc8a8k64s4a12，片外选择22.1184mhz时钟，便于设置串口波特率。单片机上使用了3类接口。gpio数字输入输出接口，采集阀门电装行程到位开关和力矩限位开关信号，阀门电装动作信号，以及外置设备复位、使能信号，发光二极管指示灯信号。模拟信号ad处理接口，单片机接入3路模拟信号，电压范围0-5v，芯片内的12位ad转换芯片可以在程序控制下对三路模拟信号分时采集。通信接口，包括iic总线通信、1-wire总线通信和串口通信接口。iic总线用于读取板载的温度测量芯片输出和测量环境温湿度的芯片输出；串口1用于程序下载和软件功能调试、参数配置，串口2用于gprs和gps数据通信。

传感器信号采集和输出电路，分3部分。

阀门电装行程和力矩限位开关量信号，信号从j4接口输入，通过光耦电路u3-u7隔离输入到单片机。共有5个信号，直接来自于阀门电装，信号闭合表示有效，即光耦电路输出低电平表示信号有效，act_run表示阀门电装设备存在，act_open表示阀门电装开动作时行程开关到位，act_close表示阀门电装关动作时行程开关到位，act_tork表示阀门电装开或关动作时力矩限位开关到位，act_mode表示阀门电装处于远程还是本地工作模式，只有在远程工作模式时设备才可以远程控制。

阀门电装开、关、停止动作信号。信号通过控制继电器闭合的方式指示输出信号有效。单片机输出se表示控制设备激活，ss表示控制设备阀门电装停止，sc表示控制设备阀门电装关闭，so表示控制设备阀门电装打开，这4个信号经过u9uln2003a大功率达林顿管驱动电路输出到继电器ls1-ls5，低电平信号有效，继电器闭合。继电器ls5是保留信号，用于设备功能扩展操作。

gprs_rstn信号用于复位初始化gprs通信设备，发光二极管指示灯控制信号低电平有效，功能led_run表示阀门电装有动作指示，led_open表示阀门电装开阀门动作指示，led_close表示阀门电装关阀门动作指示，led_tork表示阀门电装力矩限位开关动作指示，led_mode表示阀门电装远程还是本地的工作模式，mcu_run表示单片机控制电路运行，mcu_work表示阀门电装远程控制动作指示。

iic通信接口，单片机通过iic接口直接跟u2adt75测温芯片。1-wire通信，单片机共用iic接口的sda信号采用1-wire总线读取j11am2301温湿度测量芯片采集的数据。

模拟数据采集，j7用于读取阀门电装角位移值pos，j6用于读取电压传感器的输出电压av，j5用于读取电流传感器的输出电流ai，这3个值输入到单片机的adc管脚，在软件的控制下，得到采样数据。

串口通信，串口1txd1和rxd1收发信号增加tvs保护管防止静电损坏，用于芯片烧写程序和软件功能调试以及工作参数配置。串口2的txd2和rxd2跟gprs模块电路相连用于远程数据通信。

通信电路。通信电路部分集成了u9模块gprs和gps的综合功能，利用一个串口实现两种数据传输，通过分时通信的方法来实现。gprs部分通过串口发送at控制的方式实现跟远程服务器通信的功能。发送特定的at控制命令，实时切换gps数据和gprs数据。led9-led12用于指示gprs模块的工作状态。

以上对本实用新型的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进，均应仍归属于本实用新型的专利涵盖范围之内。