CN104423338A - 一种基于m2m的防爆型物联网控制设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于M2M的防爆型物联网控制设备，由母板、本安板和M2M模块三部分组成；所述母板由MSP430主芯片电路、六路模拟量采集电路、四路数字量采集电路、看门狗电路、智能防盗报警电路等组成；所述本安板包括对各个电路的本案信号的本案处理电路；所述M2M模块由MSP430主芯片电路、GSM通信模块、看门狗电路、RS485通信电路、24LC256存储电路、蜂鸣器驱动电路、电源管理电路组成。本发明采用防爆型外壳，带有防爆型本安板，能有效的杜绝因硬件电路产生火花、电弧引起的一切意外情况。

Description

一种基于M2M的防爆型物联网控制设备

技术领域

本发明涉及一种物联网控制设备，具体说是一种基于M2M的防爆型物联网控制设备，适用于诸多工业的现场采集、设备控制。

背景技术

在工业测控、医疗仪器等行业中，数据采集和监测技术得到越来越多的应用，在今后的发展中比重会不断增加。随着产业链的扩大，市场对数据采集的实时性与设备功耗提出了更高的要求：即在满足微功耗、智能化的设计原则上，能实时采集现场数据，而且可以远程控制设备。

目前，市面上基于物联网基础的诸多仪器仪表的远程控制管理技术水平还比较低。很多城市仪器仪表的数据采集还停留在手动采集状态。传统仪表控制操作繁琐，现场适用性差，数据采集费时费力，且不能保证实时性。

从市场需求及技术发展看，数据采集与监控历程大致经历了四个阶段：

第一阶段，八十年代末，采用220V强电有线控制方式；

第二阶段，九十年代初期到中期，利用电力线、电话线载波控制方式；

第三阶段，九十年代中期到末期，采用230MHZ专用频道进行无线数据传输控制方式；

第四阶段，二十一世纪初期至今，采用***、***的短消息SMS(short message service，短消息业务)和GPRS／CDMA无线公网进行数据传输的方式和230MHZ专用数据传输控制方式。

电力线载波通信PLC(power line communication)技术和GPRS无线通信技术成为现有数据监控的主要方案。电力线载波通信技术是指基于电力线，通过载波方式传输模拟信号或数字信号的技术。它存在着较大的缺点：

配电变压器对电力载波信号有阻隔作用；

三相电力线间对信号有很大的衰减(10-30dB)；

电力线存在固有的脉冲干扰，不同信号耦合方式对电力载波信号损失不同；

在管理方面，传统的数据采集只能人工进行、不能远程监测设备的运行状态，并且在含有***性气体混合物的区域，人工作业时设备会产生电火花和电弧，会引发***。同时传统技术不能满足现场数据实时采集、设备自身防盗、突发故障处理等市场技术需求。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明提供了一种基于物联网基础的防爆型远程智能控制设备，它能实时采集多路数据(包括模拟参量和数字参量)，现场适应能力强，可以通过互联网和无线CMNET网实现远程数据传输和指令控制。对于可能产生的火花、电弧电子设备放在隔爆外壳内，从而达到防爆的目的。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种基于M2M的防爆型物联网控制设备，由母板、本安板和M2M模块三部分组成；所述母板由MSP430主芯片电路、六路模拟量采集电路、四路数字量采集电路、看门狗电路、智能防盗报警电路、蜂鸣器驱动电路、温度采集电路、干簧管电路、电源管理电路、RS485通信电路、24LC256存储电路、电源监测电路组成；所述本安板主要包括对各个电路的本案信号的本案处理电路；所述M2M模块由MSP430主芯片电路、GSM通信模块、看门狗电路、RS485通信电路、24LC256存储电路、蜂鸣器驱动电路、电源管理电路组成。

进一步，所述母板内的主芯片电路用于控制管理、协调各功能电路；模拟量采集电路用于采集外部物理参量；数字量采集电路用于脉冲量采集；看门狗电路用于主芯片在程序跑飞的情况下进行及时复位，以保证***长期正常稳定的运行；防盗电路用于设备自身防盗报警；干簧管电路用于控制核心板2G模式与短信模式间切换；温度采集电路用于外部温度采集；电源管理电路用于将9V电压转为3.3V、5V和24V，向***各功能电路提供电能以及向***外供电；RS485通信电路用于有线数据传输、指令下发，以及对设备的参数配置；存储电路用于存储实时数据，可连续存储3个月的数据量；电源监测电路用于监测设备的供电模式，即是由直流适配器供电还是内部电池供电。

进一步，所述本安板内的本案处理电路，主要包括RS485通信信号的本安信号处理电路，把RS485输入信号转换成本安信号输入到母板，把母板的的RS485信号转换成本安信号输出；模拟量信号的本安信号处理电路，把传感器采集到模拟量转换成本安信号输入到母板；数字量信号的本安信号处理电路，把计量设备的仪表读数转换成本安信号输入到母板；外供电源本安信号处理电路，把母板的外供电源5V、8V、24V转换成本安电源对外输出。

进一步，所述M2M模块内的GSM通信电路包括2G传输功能、短信功能；看门狗电路用于主芯片在程序跑飞的情况下复位，防止***死机；RS485通信电路用于有线数据传输和指令下发；存储电路用于存储实时数据；蜂鸣器驱动电路用于芯片复位提示以及设备工作模式的切换提醒。电源管理电路可以实现24v转9v，9V转3.3V、9V转5V及9V转24V。

进一步，所述整个控制***工作电压为9V，采用直流开关电源和锂电池双电源供电，实现全天候不间断工作。

控制***的主要功能有：

1.)获取仪表读数：通过四路数字脉冲采集电路获取液体、气体、电表等计量设备的仪表读数，并上行传输至上位机显示。

2.)物理量参数采集：通过传感网中的六路的模拟量采集电路采集外部传感器物理量，如压力、液位、温度、烟雾、污染颗粒等。

3.)温度传感：标配带有温度传感，测温范围-55℃～+125℃，精度为±0.5℃。实时采集环境温度反馈给用户，当用户接收到反馈温度时，用户可以根据自己的需求来控制环境温度的高低。

4.)智能报警：移动报警电路的主器件是水银开关，即控制***在发生大幅度倾斜时触发产生数字脉冲、主芯片检测到该脉冲后向用户发出报警信息；剪线报警电路，即控制***外部连线被剪断时触发产生数字脉冲。在上述情况下控制***能够及时通过互联网和短信上报被盗信息，在电池供电模式下，报警响应时间为1分10秒，在直流适配器供电模式下，报警响应时间为10秒。

5.)有线通信：通过RS485接口可以与本设备进行有线通讯，下发控制指令，或上传数据；如流量计、调频器，上位机等。

6.)无线通信：通过M2M模块，利用***的CMNET无线网络下发控制指令和2G数据传输，实现远程控制本设备并将采集的实时数据及时上行传输至客户机及服务器。该项技术使用户能随时随地查看数据和管理设备，大大提高了工作效率及客户体验。

7.)对外供电：通过接线端子，可以向外部设备供电，包括5V／100mA、8V／100mA、24V／100mA，且都是本安电源。

8.)存储功能：***配有两片24LC256存储芯片，能及时存储实时数据并可扩展。历史重要数据存储，擦写次数可达1,000,000次。数据保存超过200年。

9.)TIMS***支持：有配套的软件进行技术支持，配合软件使用，更方便快捷的数据浏览、参数设置、报警、远程控制。灵活按照各传感器的上下限进行硬件报警或软件报警设置。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、基于市场需求分析，本发明提出的这款基于物联网基础的防爆型远程智能控制设备。它能实时采集多路数据(包括模拟参量和数字参量)，现场适应能力强，可以通过互联网和无线CMNET网实现远程数据传输和指令控制。对于可能产生的火花、电弧电子设备放在隔爆外壳内，从而达到防爆的目的，本设备配合公司研发的TIMS软件***来管理各类仪器仪表，从而达到远程智能交互和安全、人性化管理

2、本设备配有RS485通信接口，能实现设备与管理软件的全双工通信，从而实现有线数据传输以及上位机控制命令的下发。485通信接口可以相互自由切换，便于和下行仪表通讯以及上位机对本设备进行参数配置。RS485通信复用技术解决了常规仪表通信方式单一且切换不灵活的问题；

3、针对目前市面上传统仪表只能通过有线传输的缺点，本设备采用M2M无线传输技术，并基于CMNET协议和TCP／IP协议，通过手机或电脑进行操作指令的下发。同时，本设备通过互联网将数据上传至客户机和服务器。另外，本设备下发的控制命令是简洁、明了的可理解的语句，实现了对设备的透明化、人性化控制；

4、本设备使用双电源混合供电，分别为适配器供电及电池供电，并备有电源智能监测***。在市电断开的情况下会自动切换到电池供电模式。这项技术能保证***24小时不间断工作。在电池供电模式下，***工作于超低功耗模式，保证2年不需要更换电池。同时为解决工业设备能源利用普遍较低的情况，本设备采用超低功耗设计，在直流电源适配器供电情况下，上线功耗为565.44mW，传输功耗为784.32mW；电池供电情况下，待机功耗为0.27mW，上线功耗为173.28-547.2mW，传输功耗为364.8-729.6mW；

5、针对市场上诸多仪器仪表自身无防盗报警功能，本产品设计了移动智能报警装置和剪线报警装置。当本设备出现大幅度倾斜、外接电源线被剪断、电池欠压、压力报警或其他其他异常报警时，报警装置将被触发，报警信息将被通过互联网发送至客户端软件及用户手机。这项技术的诞生从根本上解决了市面上常规仪表设备无防盗报警功能的技术难题，极大的提高了设备自身的安全系数。同时用户还能灵活的按照传感器；

6、本设备采用了防爆型外壳、本安信号处理，兼顾了物联网控制设备原有的标准特性。对于传感器、计量设备、天线和电源线接口处都有圆形开口，为防止有缝隙而泄露气体，特别进行了密封处理；

7、本设备通过M2M模块实现机器与机器，机器与移动电话，移动电话与机器无线通信，从而实现远程控制与数据传输。

本发明采用两种传输模式实现数据传输及指令下发，经由两种模式供电，包含多路数据采集电路，多种工作电压的阀门控制电路，改善了传统仪表现场适应能力差的情况，由MSP430主芯片控制同时各功能电路将特征参数反馈给主芯片，使主芯片能够针对外界不断变化的信息做出及时正确的响应，从而实现智能控制。

附图说明

图1为本发明防爆TICD的工作流程图。

图中：母板1、本安板2、M2M模块3。

具体实施方式

下面进一步说明本发明的具体实施方式。

图1所示，一种基于M2M的防爆型物联网控制设备，由母板1、本安板2和M2M模块3三部分组成；所述母板1由MSP430主芯片电路、六路模拟量采集电路、四路数字量采集电路、看门狗电路、智能防盗报警电路、蜂鸣器驱动电路、温度采集电路、干簧管电路、电源管理电路、RS485通信电路、24LC256存储电路、电源监测电路组成；所述本安板2主要包括对各个电路的本案信号的本案处理电路；所述M2M模块3由MSP430主芯片电路、GSM通信模块、看门狗电路、RS485通信电路、24LC256存储电路、蜂鸣器驱动电路、电源管理电路组成。

进一步，所述母板1内的主芯片电路用于控制管理、协调各功能电路；模拟量采集电路用于采集外部物理参量；数字量采集电路用于脉冲量采集；看门狗电路用于主芯片在程序跑飞的情况下进行及时复位，以保证***长期正常稳定的运行；防盗电路用于设备自身防盗报警；干簧管电路用于控制核心板2G模式与短信模式间切换；温度采集电路用于外部温度采集；电源管理电路用于将9V电压转为3.3V、5V和24V，向***各功能电路提供电能以及向***外供电；RS485通信电路用于有线数据传输、指令下发，以及对设备的参数配置；存储电路用于存储实时数据，可连续存储3个月的数据量；电源监测电路用于监测设备的供电模式，即是由直流适配器供电还是内部电池供电。

进一步，所述本安板2内的本案处理电路，主要包括RS485通信信号的本安信号处理电路，把RS485输入信号转换成本安信号输入到母板，把母板的的RS485信号转换成本安信号输出；模拟量信号的本安信号处理电路，把传感器采集到模拟量转换成本安信号输入到母板；数字量信号的本安信号处理电路，把计量设备的仪表读数转换成本安信号输入到母板；外供电源本安信号处理电路，把母板的外供电源5V、8V、24V转换成本安电源对外输出。

进一步，所述M2M模块3内的GSM通信电路包括2G传输功能、短信功能；看门狗电路用于主芯片在程序跑飞的情况下复位，防止***死机；RS485通信电路用于有线数据传输和指令下发；存储电路用于存储实时数据；蜂鸣器驱动电路用于芯片复位提示以及设备工作模式的切换提醒。电源管理电路可以实现24v转9v，9V转3.3V、9V转5V及9V转24V。

进一步，所述整个控制***工作电压为9V，采用直流开关电源和锂电池双电源供电，实现全天候不间断工作。

控制***的主要功能有：

1.)获取仪表读数：通过四路数字脉冲采集电路获取液体、气体、电表等计量设备的仪表读数，并上行传输至上位机显示。

2.)物理量参数采集：通过传感网中的六路的模拟量采集电路采集外部传感器物理量，如压力、液位、温度、烟雾、污染颗粒等。

3.)温度传感：标配带有温度传感，测温范围-55℃～+125℃，精度为±0.5℃。实时采集环境温度反馈给用户，当用户接收到反馈温度时，用户可以根据自己的需求来控制环境温度的高低。

4.)智能报警：移动报警电路的主器件是水银开关，即控制***在发生大幅度倾斜时触发产生数字脉冲、主芯片检测到该脉冲后向用户发出报警信息；剪线报警电路，即控制***外部连线被剪断时触发产生数字脉冲。在上述情况下控制***能够及时通过互联网和短信上报被盗信息，在电池供电模式下，报警响应时间为1分10秒，在直流适配器供电模式下，报警响应时间为10秒。

5.)有线通信：通过RS485接口可以与本设备进行有线通讯，下发控制指令，或上传数据；如流量计、调频器，上位机等。

6.)无线通信：通过M2M模块，利用***的CMNET无线网络下发控制指令和2G数据传输，实现远程控制本设备并将采集的实时数据及时上行传输至客户机及服务器。该项技术使用户能随时随地查看数据和管理设备，大大提高了工作效率及客户体验。

7.)对外供电：通过接线端子，可以向外部设备供电，包括5V／100mA、8V／100mA、24V／100mA，且都是本安电源。

8.)存储功能：***配有两片24LC256存储芯片，能及时存储实时数据并可扩展。历史重要数据存储，擦写次数可达1,000,000次。数据保存超过200年。

9.)TIMS***支持：有配套的软件进行技术支持，配合软件使用，更方便快捷的数据浏览、参数设置、报警、远程控制。灵活按照各传感器的上下限进行硬件报警或软件报警设置。

Claims (5)

1.一种基于M2M的防爆型物联网控制设备，其特征在于：由母板、本安板和M2M模块三部分组成；所述母板由MSP430主芯片电路、六路模拟量采集电路、四路数字量采集电路、看门狗电路、智能防盗报警电路、蜂鸣器驱动电路、温度采集电路、干簧管电路、电源管理电路、RS485通信电路、24LC256存储电路、电源监测电路组成；所述本安板主要包括对各个电路的本案信号的本案处理电路；所述M2M模块由MSP430主芯片电路、GSM通信模块、看门狗电路、RS485通信电路、24LC256存储电路、蜂鸣器驱动电路、电源管理电路组成。

2.根据权利要求1所述的一种基于M2M的防爆型物联网控制设备，其特征在于：所述本安板内的本案处理电路，主要包括RS485通信信号的本安信号处理电路。

3.根据权利要求1所述的一种基于M2M的防爆型物联网控制设备，其特征在于：所述控制电路采用MSP430系列单片机作为主芯片。

4.根据权利要求1所述的一种基于M2M的防爆型物联网控制设备，其特征在于：所述本安板采用防爆型外壳，带有防爆型。

5.根据权利要求1所述的一种基于M2M的防爆型物联网控制设备，其特征在于：所述对外供电电路包括DC3.3V、DC5V、DC9V、DC24V的电磁阀电路。