CN110275470A - 一种适用多种工况的可配置远程数据采集*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用多种工况的可配置远程数据采集***，主要功能包括数据采集、人机交互、远程通信和数据存储与处理，所述采集***以MCU模块为控制中心，提供8个数据采集通道对生产线的重要数据进行采集；通过HMI串口屏进行WiFi连接配置和采集通道传感器配置，并通过本地SD卡备份数据。本发明专利可针对多种工况进行实时的远程数据采集与存储，通用性强，兼容性好；并且采集终端通过WiFi模块实现联网，通过访问服务器端HTTP接口完成数据的上传，便于后续的数据分析以及故障诊断，全面监测生产过程与产品质量，有利于降低生产成本，改善生产过程，提高产品质量。

Description

一种适用多种工况的可配置远程数据采集***

技术领域

本发明涉及一种采集***，具体涉及一种适用多种工况的可配置远程数据采集***，属于_数据采集技术领域。

背景技术

随着工业设备的智能化与自动化水平不断提高，工业生产过程的复杂性和不确定性也随之增加。为了实时监控设备的生产过程以及了解设备的健康状况，需要利用智能传感装置对设备与产品进行数据的采集与存储，从而合理地使用设备，及时安排维护，提高生产过程的稳定性和产品质量。

目前国外的数据采集***的发展已经相当成熟，自动化水平较高，其中Siemens、NI等公司都有相关产品投入使用。尤其是德国“工业4.0”概念的提出以及我国“中国制造2025”计划的实施，使得远程数据采集成为了工业领域的研究热点。我国使用的远程数据采集***大多是应用在电厂、矿山、气象监测点等分散、不易进行现场监控的设备上，而针对工业自动化生产现场的远程数据采集***并不成熟。多数制造企业采用本地数据采集与存储的方式，部分数据仍需通过人工记录的方式来实现。使得数据的准确性和实时性较差，数据中蕴含的信息不能得到很好的利用。此外，以往的数据采集***，大多是针对特定的项目进行开发，专用性强但应用范围比较局限，当出现新的需求时，就必须开发新的数据采集***。这个过程中的重复劳动浪费了大量的时间和资源，使得生产成本增加，资源分配不够合理。基于此，研究稳定性好、功能强大、应用范围广泛的远程数据采集***显得尤为迫切。

发明内容

本发明正是针对现有技术中存在的问题，提供一种适用多种工况的可配置远程数据采集***，该技术方案是针对现有生产线上数据采集***的局限性，研制适用范围广的实时数据采集***，采集得到的数据对后续的操作(如故障诊断和产品质量预测)奠定了基础，对提高产品质量有着重要意义。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，一种适用多种工况的可配置远程数据采集***，包括生产线数据采集端和远程服务器；所述生产线数据采集端和远程服务器之间通过WiFi通讯进行数据传输；所述生产线数据采集端包括生产数据采集模块、MCU模块、通讯模块和SD卡存储模块；所述生产线数据采集端以MCU模块为控制中心，8个数据采集通道进行数据采集；所述通讯模块和SD卡存储模块分别连接到MCU模块。所述远程服务器包括HTTP接口、数据库和工业云平台***。

所述生产数据采集模块提供模拟信号采集通道和数字信号采集通道两种，一共有8个数据采集通道，其中，4个数据采集通道直接连接数字式传感器，另外4个数据采集通道通过模数转换模块连接模拟式传感器。模拟信号采集通道均包含4个IO口(电源、地、数据线和时钟线)，数字信号采集通道均包含3个IO口(电源、地和数据线)。

所述生产线数据采集端采用模块化设计，包括MCU模块、通讯模块、SD卡存储模块、稳压供电电路、下载复位电路、晶振电路以及外设接口。其中，MCU模块，包括ARM最小***、稳压供电电路、下载复位电路、各种传感器及外设接口；通讯模块，包括WiFi通信模块和HMI串口屏通信模块2种。通讯模块使用了3个USART串口。其中，USART1用作串口调试，USART2用作与WiFi模块通信，完成采集数据的上传，USART3用作与触摸屏通信，完成采集终端的WiFi连接配置以及采集通道配置。除了上述的2个USART串口以外，生产数据采集终端还预留了一个RS485接口和两个SPI接口，用于后续功能的拓展。

所述WiFi通信用于MCU与所述远程服务器HTTP接口之间的数据传输，HMI串口屏通信用于触摸屏与MCU之间的数据传输。WiFi通讯芯片选用ESP8266，模数转换模块的芯片采用16位精度的ADS1115；HMI串口屏选用3.2寸HMI串口屏，实现的功能包括输入WiFi名称和密码进行WiFi连接、选择各个通道选用的传感器。HMI串口屏的人机界面由配套上位机软件完成，可以根据需求自行设计界面，同时，支持PC端模拟调试。

所述SD卡存储模块，为了防止在网络不稳定等情况下造成的数据丢失，将集到的数据备份到SD卡，同时，为避免SD卡被占满，需要根据实际情况设置时间间隔来清除历史数据。保存至SD卡中的数据必须带有时间标签，通过访问http://api.k780.com获取网络时间，该时间加上8则为北京时间，保存的数据包括公司编号、MCU编号、采集值以及当前时间。

所述生产线数据采集端向远程服务器上传的各类数据采用统一的json格式进行打包，其键包括Company(公司编号)、Device(设备编号)、Type(数据来源)、Value(数据具体值)。

所述远程服务器包括HTTP接口、数据库和工业云平台***；远程服务器接收来自HTTP接口的数据，包括公司编号、MCU编号、采集值以及当前时间。将数据保存到本地的数据库，供后续的数据调用、数据分析和数据处理。数据库方面，每一设备所属单位接入本***将获得唯一的用户名和密码，用户名和密码与设备所属单位一一对应。每个设备所属单位在服务端拥有一个独立的数据库，数据库名为设备所属单位编号，该单位只能访问其所属数据库内的数据。工业云平台***数据显示与分析。

所述生产线数据采集端独立于生产线本身的控制***，根据生产线实际数据采集需求使用MCU进行数据采集；生产线数据采集端以ARM处理器为控制中心且采用模块化设计，具有体积小，成本低，安装便捷，可移植性强等优点。以ARM最小***为核心，搭载稳压供电电路、下载复位电路、晶振电路及用于连接各个传感器的接口；所述的ARM处理器选用STM32F103ZET6芯片，搭载FreeRTOS实时操作***，通过时间片轮转调度算法完成各个检测模块的数据采集任务，提高了采集的效率，保证了数据的实时性。

相对于现有技术，本发明的优点如下：

(1)本***完全独立于生产线本身的控制***，以ARM为控制器，在不干扰生产的前提下，通过传感器对生产过程的各个环节进行数据采集；数据采集端采用模块化设计，体积小、拆装方便，有良好的可移植性；

(2)本***不局限于某一条具体的生产线，应用到新的生产线时，不需要重新设计硬件***，只需要添加对应传感器程序，通过配置触摸屏可以实现要连接的WiFi名称、密码，同时可以实现每个通道对应的传感器的更改，通用性强、兼容性好；

(3)针对采集到的数据，本***通过自定义的编码规则将数据实时上传至远程服务器，使数据具有良好的实时性、共享性和安全性，远程服务器可以实时查询数据，进行分析，根据分析结果及时调整能够稳定生产，提高产品的质量和合格率。

附图说明

图1是远程数据采集***的整体结构示意图；

图2是生产线数据采集端MCU模块的整体框图；

图3是触摸屏主页的示意图；

图4是***基于WiFi模块的数据采集端本地通讯示意图；

图5是***工作过程的主要流程图。

具体实施方式：

为了加深对本发明的理解，下面结合附图对本实施例做详细的说明。

实施例1：如图1所示，一种适用多种工况的可配置远程数据采集***，包括生产线数据采集端1远程服务器2，其中，生产线数据采集端1和远程服务器2之间通过WiFi通讯进行数据传输，生产线数据采集端1包括8个数据采集通道101～108、MCU模块109、通讯模块110和SD卡存储模块111；生产线数据采集端1以MCU模块109为控制中心，8个数据采集通道101～108进行数据采集；通讯模块110SD卡存储模块111分别连接到MCU模块109。远程服务器2包括HTTP接口201、数据库202和工业云平台***203。

生产线数据采集端1一共有8个数据采集通道101～108，数据采集通道101～104用来连接数字式传感器，数据采集通道105～108通过模数转换模块用来连接模拟式传感器，模数转换模块的芯片采用16位精度的ADS1115，模数转换模块与传感器都作为外设。

如图2所示，生产线数据采集端采用模块化设计，能独立于生产线本身的控制***，根据生产线实际数据采集需求使用MCU模块进行数据采集，生产线数据采集端以ARM处理器为控制中心且采用模块化设计，以ARM最小***为核心，ARM处理器选用STM32F103ZET6芯片，搭载FreeRTOS实时操作***，并配有通讯模块、SD卡存储模块、稳压供电电路、下载复位电路、晶振电路、WiFi通讯接口、HMI通讯接口和SD卡存储接口。

如图3所示，HMI触摸屏选用3.2寸USART HMI串口屏，实现的功能包括输入WiFi名称和密码，进行WiFi连接以及选择各个通道选用的传感器。

如图4所示，本***包括WiFi通信和HMI串口屏通信2种方式。WiFi通信用于MCU与远程服务器HTTP接口之间的数据传输，WiFi通讯芯片选用ESP8266；HMI串口屏通信用于串口屏与MCU之间的数据传输。

如图5所示，根据不同工况下所需采集的数据，用户通过采集***的触摸屏输入要接入的WiFi名称和密码以及选择各个通道选用的传感器，然后开始进行数据采集，并将数据传输到远程服务器端的数据库。MCU模块向远程服务器上传的各类数据采用统一的json格式进行打包，其键包括Company(公司编号)、Device(设备编号)、Type(数据来源)、Value(数据具体值)。

上述方案中，所述远程服务器包括HTTP接口、数据库和工业云平台***；远程服务器接收来自HTTP接口的数据，将数据保存到本地的数据库，供后续的数据调用、数据分析和数据处理。数据库方面，每一设备所属单位接入本***将获得唯一的用户名和密码，用户名和密码与设备所属单位一一对应。每个设备所属单位在服务端拥有一个独立的数据库，数据库名为设备所属单位编号，该单位只能访问其所属数据库内的数据。工业云平台***数据显示与分析。

所述生产线数据采集端独立于生产线本身的控制***，根据生产线实际数据采集需求使用MCU进行数据采集；生产线数据采集端以ARM处理器为控制中心且采用模块化设计，具有体积小，成本低，安装便捷，可移植性强等优点。以ARM最小***为核心，搭载稳压供电电路、下载复位电路、晶振电路及用于连接各个传感器的接口；所述的ARM处理器选用STM32F103ZET6芯片，搭载FreeRTOS实时操作***，通过调度算法完成各个检测模块的数据采集任务，提高了采集的效率，保证了数据的实时性。

需要说明的是上述实施例仅仅是本发明的较佳实施例，并不是用来限定本发明的保护范围，在上述基础上作出的等同替换或者替代均属于本发明的保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (8)

1.一种适用多种工况的可配置远程数据采集***，其特征在于，所述采集***包括生产线数据采集端(1)和远程服务器(2),所述生产线数据采集端(1)和远程服务器(2)之间通过WiFi通讯进行数据传输；所述生产线数据采集端(1)包括8个数据采集通道(101～108)、MCU模块(109)、通讯模块(110)和SD卡存储模块(111)；所述生产线数据采集端(1)以MCU模块(109)为控制中心，8个数据采集通道(101～108)进行数据采集；所述通讯模块(110)，SD卡存储模块(111)分别连接到MCU模块(109)；所述远程服务器(2)包括HTTP接口(201)、数据库(202)和工业云平台***(203)。

2.根据权利要求1所述的一种适用多种工况的可配置远程数据采集***，其特征在于，所述生产线数据采集端(1)以ARM处理器为控制中心且采用模块化设计，以ARM最小***为核心，搭载稳压供电电路、下载复位电路、晶振电路及用于连接各个传感器的接口；所述的ARM处理器选用STM32F103ZET6芯片，搭载FreeRTOS实时操作***。

3.根据权利要求1所述的一种适用多种工况的可配置远程数据采集***，其特征在于，所述生产线数据采集端(1)一共有8个数据采集通道(101～108)，数据采集通道(101～104)连接数字式传感器，数据采集通道(105～108)通过模数转换模块连接模拟式传感器，模数转换模块与传感器都作为外设。

4.根据权利要求3所述的一种适用多种工况的可配置远程数据采集***，其特征在于，所述通讯模块(110)有WiFi通信和HMI串口屏通信2种方式，WiFi通信用于MCU与HTTP接口之间的数据传输；HMI串口屏通信用于串口屏与MCU之间的数据传输。

5.根据权利要求4所述的一种适用多种工况的可配置远程数据采集***，其特征在于：HMI串口屏实现的功能包括输入WiFi名称和密码，进行WiFi连接和选择各个通道选用的传感器。

6.根据权利要求5所述的一种适用多种工况的可配置远程数据采集***，其特征在于：所述WiFi通讯芯片选用ESP8266，模数转换模块的芯片采用16位精度的ADS1115，触摸屏选用3.2寸USART HMI串口屏。

7.根据权利要求6所述的一种适用多种工况的可配置远程数据采集***，其特征在于：所述SD卡存储模块(111)对采集到的数据进行备份。

8.根据权利要求7所述的一种适用多种工况的可配置远程数据采集***，其特征在于：所述生产线数据采集端(1)向远程服务器(2)上传的各类数据采用统一的json格式进行打包，其键包括Company(公司编号)、Device(设备编号)、Type(数据来源)、Value(数据具体值)。