一种支持有线无线混合网络的数据采集装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种支持有线无线混合网络的数据采集装置，属于有线无线混合通信网络、数据采集【技术领域】，包括一壳体，安装在壳体内的电源模块、主控模块、无线通信模块、有线通信模块、信号隔离模块，安装在壳体表面的指示灯和配置开关，以及进出线端子、外置天线；所述电源模块为其他四个模块提供直流电源供应，所述配置开关通过IO管脚连接到主控模块，天线通过端子连接到无线通信模块，指示灯通过IO管脚连接到主控模块；无线通信模块，有线通信模块，信号隔离模块分别与主控模块连接，外部信号通过信号隔离模块与主控模块进行交互；所述壳体两端分别安装进出线端子，在壳体一端开孔安装外置天线。本设备可实现数据的高效传递和存储。
【专利说明】一种支持有线无线混合网络的数据采集装置
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于有线无线混合通信网络、数据采集【技术领域】，特别涉及一种支持 有线无线混合网络的数据采集装置，适合组合使用低功耗无线网络及现场总线技术进行通 讯、传感的应用。适用于IEEE802. 11，Zigbee等无线方式与CANBus，RS485等有线传输技术 结合使用的场景。
【背景技术】
[0002] 数据采集与传输是支持物联网发展的关键支撑技术，无线网络与有线网络各有优 势，无线网络具有自组织、移动性强、布置灵活等特点，但面临信号衰减快、覆盖面窄、通信 可靠性不高等问题。有线网络技术在工业中已有成熟应用，形成了一系列标准，如RS485总 线、CANBUS总线等，形成了成熟的应用模式，但有线网络适用于一次建成的系统，在功能改 造或临时布置类型的应用需求中，存在施工成本高、改动代价大的问题。
[0003] 有线与无线网络构成的混合网络可以有效结合两者的优势，主干网络或易于施工 的网络环节采用有线网络形式，难以施工和灵活性需求强的环节采用无线网络。数据采集 设备需要适应两种网络的特点，并充分发挥两种网络的优势。 实用新型内容
[0004] 本实用新型的目的是为解决能支持有线无线混合网络场景的数据采集装置的问 题，设计出一种支持有线无线混合网络的数据采集装置，应用于以有线网为主干，以无线 网为补充的数据采集网络，充分利用有线网络与无线网络的优势，实现数据的高效传递和 存储。
[0005] 本实用新型目的通过如下技术方案实现：
[0006] -种支持有线无线混合网络的数据米集设备，其特征在于，包括一壳体，安装在壳 体内的电源模块、主控模块、无线通信模块、有线通信模块、信号隔离模块，安装在壳体表面 的指示灯和配置开关，以及进出线端子、外置天线；所述电源模块为其他四个模块提供直 流电源供应，所述配置开关通过10管脚连接到主控模块，天线通过端子连接到无线通信模 块，指示灯通过10管脚连接到主控模块；无线通信模块，有线通信模块，信号隔离模块分别 与主控模块连接，外部信号通过信号隔离模块与主控模块进行交互；所述壳体两端开有两 个安装孔，分别安装进出线端子，在壳体一端开孔安装外置天线。
[0007] 所述主控模块包括Stm32单片机，以及由晶振、RESET芯片组成的外围电路，用于 提供完整的主控单片机最小系统功能。
[0008] 所述电源模块为5V稳压芯片及降压电路，为各模块提供5V电源。
[0009] 所述无线通信模块由Zigbee单片机及晶振等外围电路组成，用于提供完整的无 线通讯功能。本实用新型采用的无线通信模块能够解决抗干扰、误码的问题，其协议栈可实 现点对点通信与小规模自组织网络通讯。
[0010] 所述有线通信模块由Canbus驱动芯片及隔离变压器组成，用于保障工业级通讯 的可靠性。 toon] 本实用新型采用的有线通信模块支持多主方式、提升了通讯效率，降低了通讯主 站的通讯压力。底层地址过滤和防冲突机制减小了各在线设备的CPU占有率和能耗。
[0012] 所述信号隔离模块采用光电耦合器，以避免信号超限或引入过冲电流对主电路造 成损害，并避免内部电路问题影响总线性能。
[0013] 所述指示灯为3. 3V LED指示灯，通过主控模块管脚驱动，用于指示正常或出错状 态。
[0014] 所述配置开关为二值拨码开关，连接到主控模块的10管脚，用于输入开关状态， 设定功能。
[0015] 所述进出线端子为接线端子排，用于传感器信号线的接入和通讯信号线的进出。
[0016] 所述外置天线为2. 4G全向天线，用于提升无线通信模块的输出信号增益。
[0017] 相对于现有的数据采集设备，本实用新型的有益效果是：生产时各模块供应链成 熟，可替代性强，在使用时可充分根据应用环境需求布设设备，克服了采用单一通讯手段的 带来的布置限制。
【专利附图】
【附图说明】
[0018] 图1为本实用新型的外部壳体主视图。
[0019] 图2为本实用新型的模块组成示意图。
【具体实施方式】
[0020] 下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
[0021] 本实用新型设计的一种支持有线无线混合网络的数据采集设备，其特征在于，包 括一壳体，安装在壳体内的电源模块、主控模块、无线通信模块、有线通信模块、信号隔离模 块，安装在壳体表面的指示灯和配置开关，以及进出线端子、外置天线；所述电源模块为其 他四个模块提供直流电源供应，所述配置开关通过10管脚连接到主控模块，天线通过端子 连接到无线通信模块，指示灯通过10管脚连接到主控模块；无线通信模块，有线通信模块， 信号隔离模块分别与主控模块连接，外部信号通过信号隔离模块与主控模块进行交互；所 述壳体两端开有两个安装孔，分别安装进出线端子，在壳体一端开孔安装外置天线。
[0022] 如图1所示，本实用新型一种支持有线无线混合网络的数据采集设备的壳体11为 带有内部空间的腔体，在壳体左侧和右侧开口，安装接线端子12和13,在壳体正面开两个 矩形孔，左侧为配置开关14,右侧为指示灯15。右端开孔安装外置天线16。
[0023] 如图2所示，本实用新型一种支持有线无线混合网络的数据采集设备，在壳内安 装的部件包括主控模块22、信号隔离模块12、有线通信模块23、无线通信模块24和电源模 块25。其中主控模块22与信号隔离模块12、有线通信模块23,无线通信模块24进行连接。 信号隔离模块12与外部传感信号进行连接，电源模块25与主控模块22,有线通信模块23 及无线通信模块24进行连接，提供5V及3. 3V电源。
[0024] 本实用新型各部件的具体实现方式及功能分别说明如下；
[0025] 主控模块22采用stm32F103单片机，集成有SPI接口、串口、CANBUS接口，主控模 块22通过10端口与信号隔离模块21连接，使用CANBUS端口与有线通信模块23连接，使 用串口与无线通信模块24进行连接。主控模块同时包括Reset芯片Max809STRG，提供系 统Reset信号。主控芯片储存有提供数据采集、处理、有线与无线发送的应用程序。
[0026] 隔离模块21采用光电隔离芯片6N137,是一种单通道高速光耦合器，提供高达 10Mbps的转换速度。
[0027] 无线通信模块24采用miniWibee模块，内置TI CC2540型单片机，使用TI的 Zigbee协议栈，自带有提供点到点的无线数据传输功能的程序。本实用新型采用的无线通 信模块能够解决抗干扰、误码的问题，其协议栈可实现点对点通信与小规模自组织网络通 讯。
[0028] 有线通信模块23采用CANBus总线驱动芯片PCA82C250及共模电感B82793S0,对 CANBus总线信号提供差动发送能力。支持多主方式、提升了通讯效率，降低了通讯主站的通 讯压力。底层地址过滤和防冲突机制减小了各在线设备的CPU占有率和能耗。
[0029] 电源模块25采用D050505M，提供两路隔离的5V直流电源，一路提供给有线通信模 块，一路提供给LM1117-3. 3稳压芯片，对外输出3. 3V直流电源，主控模块22和无线通信模 块24采用3. 3V电源供电，有线通信模块23采用5V直流电源供电。
[0030] 指示灯采用3. 3V的通用LED指示灯，安装3个，分别指示电源状态（是否上电）， 有线通讯状态，无线通讯状态，在通讯过程中对应的LED灯闪烁。
[0031] 配置开关采用8位拨码开关，与主控模块的10管脚连接，用于编码本设备的地址， 开关所形成的高低电平为本设备的二进制地址。
[0032] 进出线端子采用8路插接式端子，功能分别为电源，CANBUS通讯，传感器10信号。
[0033] 外置天线采用2. 4GHz全向鞭状天线，为无线通信模块提供增益。
[0034] 本实用新型的工作过程是：主控模块22周期性扫描隔离模块21传入的传感器 信号，并进行把数据缓存至内存区的数据队列。无线通信模块24加入到无线网络中后，告 知主控模块22无线网络的可用性。主控模块22通过有线模块23获知总线主控器的可用 性。在采集的数据队列长度累计到一定量后，根据网络情况自动选择有线通道或无线通道 发送，若发送后长时间未收到应答则认为当前通道不可用，自动切换到另一个通道，若两通 道皆不可用，则丢弃最先采集的数据，增添新数据至数据队列，上述过程是采用常规的编程 技术编制成应用程序预先储存在主控模块中得以实现。
【权利要求】
1. 一种支持有线无线混合网络的数据采集装置，其特征在于，包括一壳体，安装在壳体 内的电源模块、主控模块、无线通信模块、有线通信模块、信号隔离模块，安装在壳体表面的 指示灯和配置开关，以及进出线端子、外置天线；所述电源模块为其他四个模块提供直流电 源供应，所述配置开关通过10管脚连接到主控模块，天线通过端子连接到无线通信模块， 指示灯通过10管脚连接到主控模块；无线通信模块，有线通信模块，信号隔离模块分别与 主控模块连接，外部信号通过信号隔离模块与主控模块进行交互；所述壳体两端开有两个 安装孔，分别安装进出线端子，在壳体一端开孔安装外置天线。
2. 如权利要求1所述采集装置，其特征在于，所述主控模块包括stm32单片机，以及由 晶振、RESET芯片组成的外围电路。
3. 如权利要求1所述采集装置，其特征在于，所述无线通信模块由Zigbee单片机及晶 振外围电路组成。
4. 如权利要求1所述采集装置，其特征在于，所述有线通信模块由Canbus驱动芯片及 隔离变压器组成。
5. 如权利要求1所述采集装置，其特征在于，所述信号隔离模块采用光电耦合器。
【文档编号】G08C17/02GK203882431SQ201420244414
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年5月14日 优先权日:2014年5月14日
【发明者】耿雄飞, 李东升, 殷悦, 陈凯, 周俊华 申请人:交通运输部水运科学研究所