一种具有短距离无线通讯能力的数据采集设备的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及具有短距离无线通讯能力的数据采集设备，可有效解决现场设备的信号采集，又节省通信资源，降低通信使用费用的问题，其解决的技术方案是，一个数据集中器通过短距离无线通信器与中断器或采集器相连，通过公共移动通讯网络与主站服务器相连，中继器或采集器通过短距离无线通信器与数据集中器相连，中继器与采集器通过短距离无线通信器相连接，多个短距离无线通信器构成自组网无线通信系统，采集器经RS485接口模块同现场设备相连，构成工业现场数据监控采集终端系统，本实用新型结构简单，新颖独特，易安装使用，既解决了GPRS信号不能覆盖场所的应用，又节省了通信资源，降低了通信使用费用，是工业现场设备数据采集设备上的创新。
【专利说明】一种具有短距离无线通讯能力的数据采集设备
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及通讯数据采集，特别是基于ZigBee短距离无线通信技术和GPRS移动通信网络技术的一种具有短距离无线通讯能力的数据采集设备。
【背景技术】
[0002]随着通信技术的发展，移动网GPRS通信技术在工业现场数据采集方面得到了的广泛的应用，尤其是在电力行业。用来采集电力设备和仪表的实时数据、故障信息，汇集到电力公司的信息管理平台，为负荷控制、线损分析、自动配网提供了科学准确的基础数据。目前市场上也出现了很多利用GPRS技术的数据采集终端。
[0003]但是这种应用技术目前有两个问题。其一是，GPRS应用受到信号覆盖范围的限制，在移动信号覆盖范围之内，可以保证正常通信，但是但在众多的大中城市里，许多需要监测的电力设备分布在建筑物地下室，GPRS的信号无法覆盖，就无法实现正常的通信。其二是，现场很多需要检测的设备相对很分散，如果对每个分散的采集点都用GPRS方式来组网的话，会占用很多通信资源，并且也会花费很多通信使用费。因此，为解决以上两个问题，采用短距离无线技术，首先把分散的被监控设备的数据通过短距离无线采集器集中起来，通过短距离无线网络传输给集中器，集中器再将现场所有的设备数据传送给监控主站。这样，既解决了 GPRS信号不能覆盖场所的应用，又节省了通信资源，降低了通信使用费用。但至今未见有此类技术设备的公开报导。
【发明内容】
[0004]针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本实用新型之目的就是提供一种具有短距离无线通讯能力的数据采集设备，可有效解决现场设备的信号采集，又节省通信资源，降低通信使用费用的问题。
[0005]本实用新型解决的技术方案是，包括主站服务器、数据集中器、中继器、采集器和现场设备，一个数据集中器通过短距离无线通信器(ZigBee)与中断器或采集器相连，通过公共移动通讯网络(GPRS)与主站服务器相连，中继器或采集器通过短距离无线通信器与数据集中器相连，中继器与采集器通过短距离无线通信器相连接，多个短距离无线通信器构成自组网无线通信系统，采集器经RS485接口模块同现场设备相连，构成工业现场数据监控米集终端系统。
[0006]本实用新型结构简单，新颖独特，易安装使用，既解决了 GPRS信号不能覆盖场所的应用，又节省了通信资源，降低了通信使用费用，是工业现场设备数据采集设备上的创新。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]图1为本实用新型的结构框示图。
[0008]图2为本实用新型的集中器结构框示图。[0009]图3为本实用新型的中继器或采集器的结构框示图。
【具体实施方式】
[0010]以下结合附图对本实用新型的【具体实施方式】作详细说明。
[0011]由图1-3所示，本实用新型包括主站服务器、数据集中器、中继器、采集器和现场设备，一个数据集中器3通过短距离无线通信器(ZigBee)与中断器或采集器相连，通过公共移动通讯网络(GPRS) 2与主站服务器I相连，中继器或采集器通过短距离无线通信器与数据集中器3相连，中继器与采集器通过短距离无线通信器相连接，多个短距离无线通信器构成自组网无线通信系统，采集器经RS485接口模块同现场设备相连，构成工业现场数据监控采集终端系统。
[0012]为了保证使用效果，所述的中继器可为多个，图中给出包括第一中继器7、第二中继器8的多个，采集器可为多个，图中给出第一采集器11、第二采集器12和第三采集器13的多个，现场设备(工业现场设备)可为多台，图中给出第一现场设备17、第二现场设备18和第三现场设备19的多个，其中第一中继器7经第一短距离无线通信器4与数据集中器3相连，经第二短距离无线通信器9与第二采集器12相连；第二中继器8经第三短距离无线通信器5与数据集中器3相连，经第四短距离无线通信器10与第三采集器13相连；数据集中器3经第五短距离无线通信器6与第一采集器11相连，在实际使用中可根据现场设备多少的情况，增加中继器、采集器，图1给出的只是实施例，用于说明本实用新型的结构，并不是用于限制本实用新型的保护部件数量范围；第一采集器11经第一 RS485接口模块14与第一现场设备17相连，第二采集器12经第二 RS485接口模块15与第二现场设备18相连，第三采集器13经第三RS485接口模块16与第三现场设备19相连；
[0013]所述的数据集中器3内含有RS485接口模块，其结构是，第一微处理器经接口分别接短距离无线通信器、第一存储器、第一 FLASH存储器和公共移动通讯网络，第一微处理器上装有状态指示灯和带有隔离墙的RS485接口，第一微处理器经电源插口同电源相连。
[0014]所述的中继器与采集器结构相同，其结构是，第二微处理器经接口分别接第二存储器、第二 FLASH存储器和短距离无线通信器，第二微处理器上装有状态指示灯和带有隔离墙的RS485接口，第二微处理器的电源端同电源相连，中继器与采集器其区别在于，具体使用时作为中继器或者作为采集器使用，是通过设定其工作方式实现的，即采集器既可以采集数据，实现采集器的功能，也可以实现无线信号的中继，完成中继器的功能。
[0015]所述的第一微处理器、第二微处理器为带有4个串行通信接口的LPC微处理器；短距离无线通信器(ZigBee通信模块)为英国Jennic公司的JN3139模块；第一 FLASH存储器和第二 FLASH存储器为Atmel公司的45DB041型；GPRS模块为有方公司的M580I型。
[0016]由上述给出，本实用新型是基于短距离无线技术和GPRS移动通信技术的数据采集系统，系统架构集中器为核心。通过短距离无线通信技术组成现场无线网络，通过该网络将现场的数据集中，之后经过集中器将数据传输给中心主站。采集器通过RS485串行接口采集现场设备的数据、状态信息。并通过短距离无线网络向集中器传送。采集器同时具有无线中继功能，即可以接受其他采集器的无线信号，经放大后，转发给集中器。集中器一方面接收采集器或者中继器的数据，同时将受到的数据经过GPRS传给监控主站，构成工业现场数据监控采集系统。[0017]集中器内部电路和结构构造包括嵌入式微处理器、存储器、GPRS模块、ZigBee通信模块、隔离RS485通信接口、状态指示电路等几部分组成。状态指示:指示GPRS的信号强度及在线状态，ZigBee的注册状态。
[0018]CPU主控处理模块是集中器的控制核心，本实施例CPU主控处理器为带有4个串行通信接口的LPC1778微处理器。通过CPU的异步串行接口和GPRS模块相连，通过CPU的第二个异步串行通信口与ZigBee通信模块相连、通过SPI总线与数据存储器电路以及程序存储器电路相连，通过第三个异步串行接口与RS485通信接口电路相连。CPU通过程序代码控制这些模块的工作。
[0019]公共移动通讯网络(GPRS模块)其作用是负责连接GPRS网络，建立与主站服务器连接，完成与主站服务器的数据通信。
[0020]短距离无线通信器(ZigBee通信模块)其内部含有ZigBee协议栈。其作用为建立ZigBee无线网络、接收采集器或者中继器的无线连接。
[0021]数据存储器电路的作用是缓存通信任务中待发送的数据与已接收待处理的数据的数据缓存。
[0022]FLASH存储器的作用存储需要保存的设备参数以及要存储的现场设备的数据和工况信息，并具有掉电保存的功能的；FLASH存储器可以选用市场上流行的芯片，本实施例选用了 Atmel 公司的 4OTB041 ；
[0023]RS485通信接口电路用作采集现场设备的接口或者用来对系统进行维护的接口。
[0024]中继器/采集器内部电路和结构构造包括中继器包含CPU主控处理模块、处理ZigBee通信模块、数据存储器电路、FLASH存储器，RS485通信接口电路。
[0025]CPU主控处理模块是中继器/采集器的控制核心，本实施例中继器/采集器的CPU主控处理器为带有4个串行通信接口的LPC1788微处理器。通过CPU的异步串接口与ZigBee通信模块相连、通过SPI总线与数据存储器电路以及程序存储器电路相连。CPU通过程序代码控制这些模块的工作。
[0026]ZigBee通信模块的作用是建立ZigBee无线网络。ZigBee通信模块的工作方式，受CPU程序代码的控制，具来说，可以通过对ZigBee通信模块设定不同的方式，使其工作在允许其他节点加入方式，或者不允许其他节点加入的方式，在允许其他节点加入的方式下，该采集器即可作为采集器又可以作为中继器，对网络内其他采集器的无线信号，进行中继转发。
[0027]数据存储器电路的作用是缓存通信任务中待发送的数据与已接收待处理的数据的数据缓存。
[0028]FLASH存储器的作用存储需要保存的设备参数以及要存储的现场设备的数据和工况信息，并具有掉电保存的功能的；
[0029]总之，本实用新型所述系统是基于嵌入式微处理器技术、移动通信技术、短距离无线通信技术研究开发的，解决了移动通信信号未覆盖区域的数据采集问题，由于采用分散采集、集中上传方式，系统的总体应用费用大大降低。
[0030]要说明的是，以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。
【权利要求】
1.一种具有短距离无线通讯能力的数据采集设备，包括主站服务器、数据集中器、中继器、采集器和现场设备，其特征在于，一个数据集中器(3)通过短距离无线通信器与中断器或采集器相连，通过公共移动通讯网络(2)与主站服务器(I)相连，中继器或采集器通过短距离无线通信器与数据集中器(3)相连，中继器与采集器通过短距离无线通信器相连接，多个短距离无线通信器构成自组网无线通信系统，采集器经RS485接口模块同现场设备相连，构成工业现场数据监控采集终端系统。
2.根据权利要求1所述的具有短距离无线通讯能力的数据采集设备，其特征在于，所述的中继器包括第一中继器(7)、第二中继器(8)的多个，采集器包括第一采集器(11)、第二采集器(12)和第三采集器(13)的多个，现场设备包括第一现场设备(17)、第二现场设备(18)和第三现场设备(19)的多个，其中第一中继器(7)经第一短距离无线通信器(4)与数据集中器(3)相连，经第二短距离无线通信器(9)与第二采集器(12)相连；第二中继器(8)经第三短距离无线通信器(5)与数据集中器(3)相连，经第四短距离无线通信器(10)与第三采集器(13)相连；数据集中器(3)经第五短距离无线通信器(6)与第一采集器(11)相连；第一采集器(11)经第一 RS485接口模块(14)与第一现场设备(17)相连，第二采集器(12)经第二 RS485接口模块(15)与第二现场设备(18)相连，第三采集器(13)经第三RS485接口模块(16)与第三现场设备(19)相连。
3.根据权利要求1所述的具有短距离无线通讯能力的数据采集设备，其特征在于，所述的数据集中器(3)内含有RS485接口模块，其结构是，第一微处理器经接口分别接短距离无线通信器、第一存储器、第一 FLASH存储器和公共移动通讯网络，第一微处理器上装有状态指示灯和带有隔离墙的RS485接口，第一微处理器经电源插口同电源相连。
4.根据权利要求1所述的具有短距离无线通讯能力的数据采集设备，其特征在于，所述的中继器与采集器结构相同，其结构是，第二微处理器经接口分别接第二存储器、第二 FLASH存储器和短距离无线通信器，第二微处理器上装有状态指示灯和带有隔离墙的RS485接口，第二微处理器的电源端同电源相连。
【文档编号】G08C17/02GK203689669SQ201420001796
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年1月3日 优先权日:2014年1月3日
【发明者】周庆民, 王中心, 高远, 郑红艳, 蒋俊亮, 李素春, 张海峰, 白高峰 申请人:郑州天道科技发展有限公司