专利名称：大气环境综合在线监测系统数据传输器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种基于异构网络的大气环境综合在线监测系统数据传输器，具 体是通过RS232、CAN、RJ45等有线网络与数据源连接、以ZigBee方式组成无线传感器网络 实现监测点和监控子站之间数据交换的传输器。
背景技术：
实现家用电器的网络化、智能化是人们多年的梦想。因为网络化、智能化革新的概 念加入到家电中后，可以形成新的热点，产生新的需求也是众多家用电器生产厂商努力研 发的方向之一。随着现代科技的发展，各式各样的家电已经普及到每个家庭当中，然而这些 家电的使用和运行都是各自独立的，各种家电的工作停止状态必须由人工控制。由于家庭 中的各个电源和各种家电不带通信接口，不能接入智能家居控制网络中，也不能满足用户 在任意地点、任意时间对家庭电源和家电的控制以及智能家居中央控制器的自动化控制。 因此设计研制用户在任意地点、任意时间、任意状态下可以控制家中电源与电器工作状态 的控制器很有必要。随着城市化和工业化的加速发展，影响大气环境的污染物急速增加。2009年“修 改大气污染防治法”首次被纳入全国人大常委会立法规划，新的实时监测、在线分析需求使 得传统离线式的监测方法及治理工具越来越捉襟见肘，大气环境自动监测系统的研发和应 用迫在眉睫。其中，各监测点所处环境条件复杂，有的甚至处于恶劣环境中工作，所处位置 分散，使之与监控子站之间的数据传输成为大气在线监测系统的突出问题之一。目前，国内 外生产的监测点仪器一般都具有有线传输接口，如RS232、RJ45等，然而在许多环境复杂地 区并不适合组织有线网络，布置有线信道的成本也十分高昂。因此，设计一种基于异构网络 的数据传输器，实现有线、无线兼容的组网方式，对于实现监测点和控制子站之间有效连接 是非常必要的。
发明内容本实用新型的目的是针对上述现状，旨在提供一种可应用于大气环境综合在线监 测系统的数据传输器，满足监测点在不同环境条件下快速、便捷、低成本地组成传输网络的 需求，以实现和监控子站的数据交互。本实用新型公开了一种大气环境综合在线监测系统的数据传输器，其实现方式为 数据控制器、有线传输模块、无线传输模块和电源管理单元。所述数据控制器为这个系统的 核心，由一个嵌入式微处理器构成；所述有线传输模块包括RS232串口、CAN总线接口、RJ45 网口等有线接口，主要和各个监测点的数据采集仪器相连或在条件许可的环境中进行有线 方式的组网；所述无线传输模块主要是ZigBee接口，在各个监测点和监控子站之间组成无 线传感器网络进行数据传输；所述电源管理单元由线性锂电池充电管理芯片和DC-DC变压 模块组成，由于监测点和传输器具有便携性，必须采用电池供电，需要进行电池管理[0006]
图1为本实用新型结构示意图，图2为RS232串口电路图，图3为CAN接口电路示意图，图4为RJ45接口电路示意图，图5为ZigBee接口电路示意图，图6为电源管理电路示意图，图7为本实用新型工作原理图
具体实施方式
下面参照附图详细描述本实用新型。大气环境综合在线监测系统数据传输器的结构参照图1所示，该传输器包括四个 部分，即数据控制器、有线传输模块1、无线传输模块2和电源管理单元3。数据控制器是一个由嵌入式微处理器系统构成的数据处理单元，用于控制各个接 口接收发送数据并进行相应的数据协议转换。MCU —般可采用目前市场上所提供的各种单 片机、ARM 处理器或 DSP，如 C8O5IFl2O (集成 CAN 接口)、S3C2410 (ARM9) ,TMS320VC33 (DSP)寸。有线传输模块包括了三类传输接口 RS232串口、CAN和RJ45网口。根据具体需要 还可以扩展其他有线接口。由于目前的大气参数测试仪器一般带有以上的有线数据接口， 故传输器可通过这些有线接口直接与监测点的测试仪器相连，获得数据来源。另外，在环境 条件允许时，这些有线接口可直接组成数据传输网络和监控子站传递数据。RS232串口可通过串口驱动芯片和MCU级联实现。以MCU和RS232接口驱动芯片 MAX232为例，图2给出了主要的电路连接。其中ROUT和TIN为MAX232的TTL电平串口线， 和MCU的RXD和TXD引脚相连；RIN禾口 TOUT为MAX232的串口电平引脚，和DB9串口插座的 2、3引脚相连，串口插座直接连入RS232网络。CAN接口主要可用两种方式现实，一是直接选择带CAN接口的MCU，如C8051F120 等；二是用MCU+CAN控制器+CAN驱动芯片实现。以MCU和CAN控制器SJA1000、驱动芯片 82c250的接口为例，图3给出了主要的电路连接。其中，ADO AD7为SJA1000的8位数据 总线，与MCU的一个数据端口 PO 口相连。VDD为+5V直流电源，VSS为接地信号，RST为芯 片重启信号，INT为中断信号，RD和WR分别为读写控制信号，CS为片选信号，ALE为模式选 择信号，RXO和TXO为CAN总线输出信号，这个两个信号经过82c250驱动后成为CANH、CANL 信号接入CAN总线物理网络。RJ45网口可通过网口驱动芯片和MCU级联实现。以MCU和驱动芯片RTL8019为 例，图4给出了主要的电路连接。其中DO D15为16位数据线，AO A15为16位地址 线，但仅通过4条地址线A0-A3选择RTL8019的寄存器地址和存储器地址，控制并实现数据 的读取。IORB和IOffB为RTL8019的读写信号，分别和MCU的RD、WR相连。RSTDRV和AEN 为RTL8019的片选使能信号，MCU的A13-A15以及IS信号通过GAL22V10型逻辑编程器对 RTL8019的片选信号进行控制。TPIN+、TPIN-, TPOUT+, TPOUT-为RTL8019输出信号，直接 与RJ45接口相连，连入以太网络。[0020]无线传输模块主要包括ZigBee接口。ZigBee接口可以使各监测点与监控子站很 方便的组成数据传输网络，对于各种不同的监测环境具有很强的适应性。以无线方式组网 不仅不受布线的限制，监测点的移动或加入新的监测点都十分方便。ZigBee接口也可通过两种方式实现，一是选择集成处理器的ZigBee片上系统，如 cc2530等；二是用ZigBee射频收发芯片和MCU级联实现。以MCU和ZigBee射频收发芯片 cc2520为例，图5给出了主要的电路连接。cc2520和MCU通过4线SPI总线(Si、SO、SCLK、 CSn)进行接口连接，设置芯片的工作模式并实现读/写缓存数据、读/写状态寄存器等操 作。由于工作环境限制，大气环境综合在线监测系统数据传输器需采用电池供电。电 源管理单元主要完成两个功能电池充电和DC-DC的电压变换为MCU、接口芯片等提供5v、 3. 3v、l. 8v的直流电压。如电池充电可采用MCP73828、CN3052等专用充电芯片，DC-DC模块 可选用PT1301等。参照图7，大气环境综合在线监测系统数据传输器主要用于在监测点和监控子 站 之间组成无线传感器网络传输数据。其工作过程主要有以下两种1、监测点和传输器之间的数据传输。每个监测点都和一个传输器通过有线方式相 连，监测点和相应传输器的距离是接近的。监测点的测量仪器将测到的数据通过有线网络 传到传输器，传输器也把监控子站的指令传给监测点。2、监控子站和传输器之间的数据传输。监控子站和传输器通过无线传感器网络连 接，监控子站也通过自己的传输器接入无线网络。当监控子站和监测点比较接近时，他们各 自的传输器可以直接传输数据；当距离超过无线连接有效距离时，需要通过其他的传输器 作为中继，经过多跳实现连接。
权利要求大气环境综合在线监测系统的数据传输器，其特征在于数据控制器、有线传输模块、无线传输模块和电源管理单元；所述数据控制器为嵌入式微处理器；所述有线传输模块包括RS232串口、CAN总线接口、RJ45网口等有线接口，所述无线传输模块主要是ZigBee接口，所述电源管理单元由线性锂电池充电管理芯片和DC DC变压模块组成。
专利摘要大气环境综合在线监测系统数据传输器，涉及一种通过RS232、CAN、RJ45等有线网络与数据源连接、以ZigBee方式组成无线传感器网络实现监测点和监控子站之间数据交换的传输器。包括数据控制器、有线传输模块、无线传输模块和电源管理单元。数据控制器由一个嵌入式微处理器构成；有线传输模块包括RS232串口、CAN总线接口、RJ45网口等有线接口；无线传输模块主要是ZigBee接口；电源管理单元由线性锂电池充电管理芯片和DC-DC变压模块组成。本实用新型通过数据传输器在监测点和监控子站之间组成一个异构网络，可满足监测点在不同环境条件下快速、便捷、低成本地组成传输网络的需求，以实现和监控子站的数据交互。
文档编号G08C17/02GK201698574SQ20102021948
公开日2011年1月5日 申请日期2010年6月9日 优先权日2010年6月9日
发明者张伟, 张瑞, 沈琼霞, 罗进 申请人:武汉博朗恒业电气有限公司