专利名称：一种用于物联网系统的通用数据终端装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于物联网系统中的通用化的信号采集、处理和通信、控制终端装置。
背景技术：
早在“物联网”这个名词出现之前，“基于网络通信的监测和控制系统”就已经实实在在的存在于国民经济和社会生活的各个方面，而且随着网络通信技术的发展和普及，“物联网”几乎“无所不在、无形没有”，未来的地球就是ー个巨大无比的“物联网”系统。物联网数据终端装置是物联网系统的核心节点设备，其性能质量、通用性、稳定性、安全性和制造成本决定了物联网系统效用的发挥。由于物联网的应用非常广泛，其数据終端也是五花八门，各种不同的应用系统都采用各自的个性化終端，即使是同类应用系统各厂家的終端也各不相同，因而目前除了手机(可以认为是物联网终端的ー种)之外还没有大批量的数据终端产品，由此也带来了相应的许多问题
(1)、重复设计、批次多、批量小，导致成本高、资源浪费和环境污染；
(2)、设计、生产、测试过程不规范，质量无法保证；
(3)、品种多、技术个性强，售后服务成本高，且无法持续保障；
(4)、通信协议和数据格式不统一，不利于信息互通和共享。鉴于以上原因，很有必要借鉴PLC的技术理念，发明ー种通用化的物联网数据终端装置，统ー产品技术和应用标准，满足大多数物联网应用需求。按照这样的设想，通用化的物联网数据终端装置应当可以发展成为仅次于手机的大批量数据终端产品，并且从根本上解决以上的问题，具备以下优势
(I)、统ー的硬件平台产品，批量大、成本低，资源利用率高，环境污染少；
(2 )、统ー的产品技术标准，规范产品设计、生产、测试过程，保证产品质量；
(3)、统ー的产品应用标准，应用和售后服务社会化，可持续保障；
(4)、统ー的通信协议和数据格式，有利于信息互通和共享；
(5)、标准化、开放式的模块结构软件，满足个性化应用需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是为了满足大多数物联网应用需求，提出ー种物联网通用数据终端装置。本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案
一种用于物联网系统的通用数据终端装置，包括信号调理及采集电路、可编程信号处理电路、通信接ロ电路、控制接ロ电路；其中，所述信号调理和采集电路与外围传感器连接，所述通信接ロ电路与外围通信装置连接，所述控制接ロ电路与外围控制执行装置连接；所述信号调理及采集电路、通信接ロ电路分别与可编程信号处理电路连接，所述可编程信号处理电路与控制接ロ电路连接。
进ー步的，本发明的一种用于物联网系统的通用数据终端装置，所述信号调理及采集电路包括8个通用模拟传感器信号输入接ロ电路、8个通用开关电平信号输入接ロ电路、I个专用的I-WireBus数字传感器信号接ロ电路、以及RS232、RS485、RS422、USB、CAN复用的数字传感器信号通信接ロ电路，其中，上述各接ロ电路分别任意连接ー个符合各自通信接ロ电气标准的外围传感器。进ー步的，本发明的一种用于物联网系统的通用数据终端装置，所述通信接ロ电路包括RS485、RS422、CAN、LAN、2个RS232、2个USB共8个通信接ロ电路，其中，上述各通信接ロ电路均任意连接ー个符合各自通信接ロ电气标准的外围通信装置。进ー步的，本发明的一种用于物联网系统的通用数据终端装置，控制接ロ电路包括4路开关量信号输出接ロ电路和4路触点输出接ロ电路，其中，上述各接ロ电路分别任意连接ー个符合各自电气标准的外围执行装置或电气设备。进ー步的，本发明的一种用于物联网系统的通用数据终端装置，所述可编程信号处理电路包括ARM9嵌入式MCU芯片、FLASH单元、RAM存储器、时钟电路、IXD触摸屏接ロ电 路，其中FLASH单元、RAM存储器、时钟电路、LCD触摸屏接ロ电路分别与ARM9嵌入式MCU芯片连接。本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果
利用本发明通用化的硬件平台，实现对外围不同传感器信息的适配采集处理，对外围不同通信装置的适配对接，以及对不同外围执行装置的适配控制。多源信息可以在终端装置中进行数据同化和融合处理，从而实现通用化的物联网终端系统硬件平台快速构建，以满足各种不同的物联网应用系统需求，同时可以降低个性化物联网系统的建设成本，具有广泛的应用前景。
图I是本发明的数据终端装置的组成框图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的技术方案做进ー步的详细说明
如图I所示，本发明包括信号调理及采集电路、通信接ロ电路、控制接ロ电路、可编程信号处理电路，各単元模块的实现方案如下
(I)、信号调理及采集电路
针对模拟传感器信号，包括4-20mA、0-10mA、l-5V、0-5V等标准信号和任意幅度范围的非标准信号，设计具有低通滤波、可编程数控VGA、A/D转换等功能的信号调理和采集硬件电路进行数据采集，配以具有物理量种类设定、信号范围选择、VGA自适应设定、电量数据与物理量示值对应关系设定、正常值上下限设定等功能的软件模块。针对数字传感器信号，设计采用宽范围数字输入接ロ，结合总线式通信接ロ硬件电路的复用进行数据采集，配以具有物理量种类设定、电量数据与物理量示值对应关系设定、正常值上下限设定等功能的软件模块。在硬件模块基础上辅以软件模块，实现各类传感器种类甄别、信号采集和数据同化与融合处理。(2)、通信接ロ电路对常用的GPRS模块、3G模块、以太网通信、Zigbee模块、GPS定位模块、数字Camera、总线式数字传感器等通信及通信测量装置，设计采用RS232、RS485、RS422、USB、CAN、LAN、I-WireBus等通信接ロ，配套相应的自适应驱动软件模块，自动连接、控制和进行数据传递；对非常 用的通信及通信測量装置，配套相应的可编程驱动软件模块，人工配置，实现自动连接、控制和进行数据传递。(3)、控制接ロ电路
根据常用的外围执行装置控制需要，设计采用开关量电平信号输出和触点输出两种形式，配以具有远程通信指令控制和现场传感信号联动控制功能的可编程驱动软件模块，实现对常见电气设备的控制。(4)、可编程信号处理电路
本終端装置的信号采集和处理、通信和控制功能均由ー个ARM嵌入式计算机平台来实现。该平台在硬件组成上采用了 ARM9嵌入式MCU芯片，以及FLASH和RAM存储器、时钟、LCD触摸屏接ロ等电路；在软件上预先固化了保证装置正常工作的定制系统软件和各种驱动软件，在组建系统时只需通过終端装置自带的LCD触摸屏(或与終端装置相连的计算机)，进行选择配置即可，一般无需改变或者增加终端装置中的程序，真正做到了通用化。本終端装置中几个关键设计要素的实施方式如下
(I)传感器的通用化适配接入
本終端装置总计有8个通用模拟传感器信号输入接ロ，每个输入接ロ都可以任意连接ー个4-20mA、0-10mA、l-5V、0-5V四种标准信号输出或任意幅度范围非标准信号输出的传感器。首次连接或变更传感器时，通过传感器驱动软件进行配置。对标准信号只需选择其中ー种；对非标准信号需要设置信号幅度范围；对所有信号均需设置其物理量种类、电量数据与物理量示值对应关系；对需要现场超限报警或联动控制的还要设定其上、下门限值及联动输出控制端ロ。本終端装置总计有8个通用开关电平信号输入接ロ，每个输入接ロ都可以任意连接ー个最大幅度不超过30V的开关电平信号(状态传感信号)。首次连接或变更传感器吋，通过传感器驱动软件进行配置。对所有信号均需设置其状态传感种类；对需要现场报警或联动控制的还要设定其正常状态(高电平或低电平)及联动输出控制端ロ。本终端装置还有I个专用的I-WireBus数字传感器信号接口和RS232、RS485、RS422、USB、CAN等几个可复用的数字传感器信号通信接ロ，每个接ロ都可以任意连接ー个符合以上通信接ロ电气标准的传感器。首次连接或变更传感器时，通过传感器驱动软件进行配置。对复用的通信接ロ需要进行传感或通信设定；对本终端装置选配的典型传感器，装置能够自动识别和连接；对非典型传感器，需要进行通信协议格式、物理量种类、电量数据与物理量示值对应关系设置；对需要现场超限报警或联动控制的还要设定其上、下门限值及联动输出控制端ロ。(2)通信装置的通用化适配接入
本终端装置有RS232 (2 f)、RS485、RS422、CAN、USB (2个)和LAN等6种总计8个通信接ロ，每个接ロ都可以任意连接ー个符合以上通信接ロ电气标准的通信装置。首次连接或变更通信装置时，通过通信接ロ驱动软件进行配置。对本终端装置选配的典型的GPRS模块(RS232)、3G 模块(USB)、Zigbee 模块(RS232)、GPS 定位模块(RS232 或 USB)、数字 Camera(USB或LAN)等装置能够自动识别和连接；对非典型通信装置，需要进行通信协议格式、通信装置种类及其主要工作參数设置。(3)执行装置的通用化适配接入
本终端装置有4路开关量(TTL)信号和4路触点(250VAC10A)输出接ロ，每个接ロ都可以任意连接ー个符合以上电气标准的执行装置或电气设备。首次连接或变更执行装置吋，通过联动控制驱动软件进行配置，对需要联动控制的要进行传感与控制的关联关系设定。(4)网络的通用化适配接入
本终端装置可以通过以太网接ロ以有线方式接入公网，也能够以GPRS和3G以无线方式接入公网，还可以通过所有几种通信接ロ混合进行内部组网。在本終端装置接入公网时，遵循通用的通信协议，内部组网时视两者之间的接ロ方式而定。 (5 ) ARM嵌入式计算机平台
本終端装置的信号采集和处理、通信和控制功能均由ー个ARM嵌入式计算机平台来实现。该平台在硬件组成上采用了 ARM9嵌入式MCU芯片，以及FLASH和RAM存储器、时钟、LCD触摸屏接ロ等电路；在软件上预先固化了保证装置正常工作的定制系统软件和各种驱动软件，在组建系统时只需通过終端装置自带的LCD触摸屏(或与終端装置相连的计算机)，进行选择配置即可，一般无需改变或者增加终端装置中的程序，真正做到了通用化。
权利要求
1.一种用于物联网系统的通用数据终端装置，其特征在于包括信号调理及采集电 路、可编程信号处理电路、通信接口电路、控制接口电路；其中，所述信号调理和采集电路与 外围传感器连接，所述通信接口电路与外围通信装置连接，所述控制接口电路与外围控制 执行装置连接；所述信号调理及采集电路、通信接口电路分别与可编程信号处理电路连接， 所述可编程信号处理电路与控制接口电路连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于物联网系统的通用数据终端装置，其特征在于所 述信号调理及采集电路包括8个通用模拟传感器信号输入接口电路、8个通用开关电平 信号输入接口电路、1个专用的1-WireBus数字传感器信号接口电路、以及RS232、RS485、 RS422、USB、CAN复用的数字传感器信号通信接口电路，其中，上述各接口电路分别任意连接 一个符合各自通信接口电气标准的外围传感器。
3.根据权利要求1所述的一种用于物联网系统的通用数据终端装置，其特征在于所 述通信接口电路包括RS485、RS422、CAN、LAN、2个RS232、2个USB共8个通信接口电路，其 中，上述各通信接口电路均任意连接一个符合各自通信接口电气标准的外围通信装置。
4.根据权利要求1所述的一种用于物联网系统中的数据终端装置，其特征在于控制 接口电路包括4路开关量信号输出接口电路和4路触点输出接口电路，其中，上述各接口 电路分别任意连接一个符合各自电气标准的外围执行装置或电气设备。
5.根据权利要求1所述的一种用于物联网系统的通用数据终端装置，其特征在于所 述可编程信号处理电路包括ARM9嵌入式MCU芯片、FLASH单元、RAM存储器、时钟电路、IXD 触摸屏接口电路，其中FLASH单元、RAM存储器、时钟电路、LCD触摸屏接口电路分别与ARM9 嵌入式MCU芯片连接。
全文摘要
本发明公开了一种用于物联网系统的通用数据终端装置，包括信号调理及采集电路、可编程信号处理电路、通信接口电路、控制接口电路；其中，信号调理和采集电路与外围传感器连接，通信接口电路与外围通信装置连接，控制接口电路与外围控制执行装置连接；信号调理及采集电路、通信接口电路分别与可编程信号处理电路连接，可编程信号处理电路与控制接口电路连接，本发明可以实现通用化的物联网终端系统硬件平台快速构建，以满足各种不同的物联网应用系统需求，同时可以降低个性化物联网系统的建设成本，具有广泛的应用前景。
文档编号H04L29/08GK102664969SQ20121017159
公开日2012年9月12日 申请日期2012年5月30日 优先权日2012年5月30日
发明者周涛 申请人:周涛