专利名称：一种无线传感网络采集器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及物联网技术领域，尤其涉及一种无线传感网络采集器。
背景技术：
现有的网络采集设备都是通过458或CAN总线等有线方式进行数据传输，数据传输距离短且在矿井的现场环境下布线麻烦，另外布点密集，增加成本。并且数据传输不稳定，受外部环境干扰较大(例如雷电)，现有技术的数据传输网络是线性网络，其中某一节点出现故障，可能导致整个网络无法正常工作。现有技术的网络采集设备还存在以下缺点1、数据采集精度不高，实时性差。2、供电方式单一，现场施工困难。现有采集器多采用交流220V电压供电。在隧道，矿井等现场环境下，架设电源十分困难，并且现场电源不稳定，时常断电，此时采集器无法工作，不能实时采集数据，为生产带来安全隐患。
实用新型内容本实用新型的目的在于设计一种新型的无线传感网络采集器，解决采集数据传输不稳定的问题。为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下一种无线传感网 络采集器，包括电源电路、数据采集电路、CPU电路和无线通信电路，所述电源电路分别和所述数据采集电路连接，所述数据采集电路和所述CPU电路连接，所述CPU电路和所述无线通信电路连接。优选的，所述电源电路还包括变压器、降压电路、充电电路和电池，所述变压器、所述降压电路、所述充电电路及所述电池依次连接，所述电池与所述数据采集电路连接。优选的，所述充电电路还包括用于检测所述电池电量的检测芯片。优选的，所述的检测芯片为DNS8435A芯片。优选的，所述数据采集电路还包括频率量采集电路和电压/电流量采集电路，所述频率量采集电路分别和所述电压/电流量采集电路分别与所述CPU电路连接。优选的，所述频率量采集电路还包括放大电路和比较器，所述比较器分别和所述放大电路及所述CPU处理电路连接。优选的，所述电压/电流量采集电路还包括过压保护电路和滤波电路，所述滤波电路分别和所述过压保护电路及所述CPU电路连接。优选的，所述过压保护电路还包括用于保护电路元件的BAV99芯片。优选的，所述无线通信电路还包括数据采集器，所述数据采集器与外部无线传感器连接。从以上技术方案可以看出，本实用新型的有益效果可以总结如下1.易于安装。由于此次设计中数据传输使用的是Zigbee无线方式，所以在矿井和隧道等恶劣现场环境下不用布设通信线路，大大的降低了施工难度。另外本设计中供电方式灵活，可以采用交流220V，直流24V，锂电池三种方式供电，这样可以省去一些架设电源线的麻烦。2.易于维护。现有的采集器一般通过485，CAN或RS232总线的方式接入网络，在这种方式下，假如网络中的某一个采集器节点出现故障，可能引起整个网络出现故障，造成重大损失。另外排查出现故障的节点十分麻烦。本次设计使用的是Zigbee无线网络传输数据，在此网络中，某一节点出现故障，并不会对整个网络产生影响，且排查故障十分容易。另外向网络中添加和删除节点也十分容易，不用改变整个网络的配置。3.应用广泛。本次设计的采集器能够采集电压量，电流量，频率量。这样采集器能够兼容大部分的传感器。另外采集器还能够防水防爆，这扩展了采集器的应用场合，像隧道或矿井等恶劣环境都可以应用。4.采集精度高。本次设计中AD采集程序中添加了软件调零功能，频率采集中增加了数据过滤，这些都提高了采集精度。
图1是本实用新型的无线传感网络采集器结构示意图；图2是本实用新型的频率量采集电路工作流程示意图；图3是本实用新型的电流电压量采集电路工作流程示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，
以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。
本实用新型提供了一种无线传感网络采集器，用于通过无线的方式精确度的采集网络数据。请参阅图1，本实用新型实施例中一种无线传感网络采集器，包括电源电路、数据采集电路、CPU电路和无线通信电路，所述电源电路分别和所述数据采集电路连接，所述数据采集电路和所述CPU电路连接，所述CPU电路和所述无线通信电路连接。所述电源电路还包括变压器、降压电路、充电电路和电池，所述变压器、所述降压电路、所述充电电路及所述电池依次连接，所述电池与所述数据采集电路连接。所述充电电路还包括用于检测所述电池电量的检测芯片。所述的检测芯片为DNS8435A芯片。所述数据采集电路还包括频率量采集电路和电压/电流量采集电路，所述频率量采集电路分别和所述电压/电流量采集电路分别与所述CPU电路连接。所述频率量采集电路还包括放大电路和比较器，所述比较器分别和所述放大电路及所述CPU处理电路连接。所述电压/电流量采集电路还包括过压保护电路和滤波电路，所述滤波电路分别和所述过压保护电路及所述CPU电路连接。所述过压保护电路还包括用于保护电路元件的BAV99芯片。所述无线通信电路还包括数据采集器，所述数据采集器与外部无线传感器连接。所述无线通信电路是一个Zigbee通信模块，用于自动组网和数据传输。本实用新型提供的无线传感网络采集器的通过无线方式采集信号的过程为本实用新型的技术方案共由电源电路、充电电路、数据采集电路、CPU电路和无线通信模块电路5部分组成。本实用新型的无线传感器网络采集器的作用是数据采集，然后处理，然后无线发送。所述采集器可以加入一个无线的网络中，最终可并入因特网，这样就可以远程实时监测采集到的数据。所以无线传感器网络采集器通过有线外接频率量或电压量或电流量传感器，将传感器送来的信号经过处理，然后无线发送。其中，电源电路的作用是将220V交流电压转化成12V和3. 3V的直流电压，本次电源设计采用了逐级降压的方式，首先将220V的交流电压通过一个高质量的变压器降为24V的直流电压，然后再通过一个降压电路(LM2596)将直流24V降为直流12V，12V直流电源经过处理后纹波电压低于50mV，这样为外接传感器提供了一个高质量的电源，提高了采集的精度。12V直流电源经过2级降压后产生3. 3V的直流电压。如图1所示，3. 3V直流电压要作为ADC的参考电压，所以电压质量直接关系到AD转化的精度。另外还为Zigbee无线模块提供电压，电压的质量关系到传输数据的稳定性和数据传输的距离。在本实用新型的电路中，经过2次线性元件的降压，产生的电压稳定。其中，充电电路的核心芯片采用的是MAX1873T芯片，该充电电路具有自动检测功能，当检测到锂电池电量不足时，开始在恒压下为锂电池充电，当电池电量充满后，自动断电。充电电流设计为300mA，既满足了充电的效率，又保证不会对锂电池造成损坏，延长了锂电池的使用寿命。其中，数据采集电路主要包括两部分，一部分是频率量采集电路，另一部分是电压/电流量采集部分。数据 采集器为外接的传感器提供12V的直流电压。请参阅图2，数据采集电路采集到频率信号后，首先经过放大电路，增强驱动能力，然后经过比较器，信号上面的杂波，产生一个标准的方波，然后将方波交由CPU电路处理，计算出频率值，最后通过无线模块将计算出的数据发送。请参阅图3，数据采集电路采集到电压电流信号的范围是OV至5V，4mA到20mA，首先采集到电压电流信号要经过一个过压保护电路，过压保护电路的核心元件是BAV99，当电压超过额定值时，BAV99接地端导通，保护电路中的其它元件。电压/电流量经过过压保护电路后，在经过滤波电路滤除杂波，最后交由CPU电路进行AD转换，CPU电路中ARM芯片转换的精度是12位，且软件程序中添加了调O功能，提高了转换精度。ARM芯片的工作电压是3. 3V。所述CPU电路最后将计算出来的数值经过Zigbee无线模块发送出去。其中，无线通信电路的核心是ZF1022模块，该模块具有自组网功能，只需给它上电，即可加入一个现有网络中，现有的网络配置不用改变。另外该模块还有数据转发功能，当某一节点离汇聚节点比较远，通信质量不好时，若中间有一个采集器，它可以充当一个中继节点。无线传输模块的工作电压是3. 3V。在本实用新型中，数据采集无线传输的核心部件是Zigbee模块。每一个采集器可以看成是无线网络中的一个节点，Zigbee模块可以组成线性网络，星型网络，网状网络，数据传输更加可靠，并且维护方便，网络中的某一个节点出现故障，并不影响整体网络的运行，只需更换故障的节点即可。 本实用新型供电方式多样且功耗低。采集器可以选用交流220V供电，直流24V供电，16. 8V锂电池供电。在断电的情况下可以有内部的锂电池供电，供电时间长达72小时。[0042]以上通过具体的和优选的实施例详细的描述了本实用新型，但本领域技术人员应该明白，本实用新型并不局限于以上所述实施例，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种无线传感网络采集器，其特征在于，包括电源电路、数据采集电路、CPU电路和无线通信电路，所述电源电路和所述数据采集电路连接，所述数据采集电路和所述CPU电路连接，所述CPU电路和所述无线通信电路连接。
2.根据权利要求1所述的无线传感网络采集器，其特征在于，所述电源电路还包括变压器、降压电路、充电电路和电池，所述变压器、所述降压电路、所述充电电路及所述电池依次连接，所述电池与所述数据采集电路连接。
3.根据权利要求2所述的无线传感网络采集器，其特征在于，所述充电电路还包括用于检测所述电池电量的检测芯片。
4.根据权利要求3所述的无线传感网络采集器，其特征在于，所述的检测芯片为DNS8435A 芯片。
5.根据权利要求1所述的无线传感网络采集器，其特征在于，所述数据采集电路还包括频率量采集电路和电压/电流量采集电路，所述频率量采集电路分别和所述电压/电流量采集电路分别与所述CPU电路连接。
6.根据权利要求5所述的无线传感网络采集器，其特征在于，所述频率量采集电路还包括放大电路和比较器，所述比较器分别和所述放大电路及所述CPU处理电路连接。
7.根据权利要求5所述的无线传感网络采集器，其特征在于，所述电压/电流量采集电路还包括过压保护电路和滤波电路，所述滤波电路分别和所述过压保护电路及所述CPU电路连接。
8.根据权利要求7所述的无线传感网络采集器，其特征在于，所述过压保护电路还包括用于保护电路元件的BAV99芯片。
9.根据权利要求1所述的无线传感网络采集器，其特征在于，所述无线通信电路还包括数据采集器，所述数据采集器与外部无线传感器连接。
专利摘要本实用新型提供一种无线传感网络采集器，包括电源电路、数据采集电路、CPU电路和无线通信电路，所述电源电路和所述数据采集电路连接，所述数据采集电路和所述CPU电路连接，所述CPU电路和所述无线通信电路连接。本实用新型的无线传感网络采集器主要应用于矿井、隧道等环境，采用紫蜂通信技术，解决了数据传输不稳定的问题。
文档编号H04W84/18GK202907206SQ20122052905
公开日2013年4月24日 申请日期2012年10月16日 优先权日2012年10月16日
发明者毋云龙, 王占备 申请人:北京得瑞紫蜂科技有限公司