CN202003210U - 物联网过程数据终端 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种对现场数据采集和控制的终端设备。一种物联网过程数据终端，包括通讯模块（1）、中央处理器模块（2）和输入输出模块（31），所述通讯模块和中央处理器模块安装在一体，中央处理器模块与通讯模块采用UART进行通信，输入输出模块安装于另一处，若干个输入输出模块经RS485总线与中央处理器模块连接通信，每个输入输出模块包括模拟量输入模块（3）、模拟量输出模块（4）、数字量输入模块（5）和数字量输出模块（6）。本实用新型的全部模块安装于机箱内，输入输出模块的数字量和模拟量输入输出一体化，能对被采集数据对象实现精确的控制运转，用户使用方便，成本较低。

Description

物联网过程数据终端

技术领域

本实用新型涉及一种对现场数据采集和控制的终端设备，尤其涉及一种物联网过程数据终端。

背景技术

随着未来物联网的大量发展和环保、气象、城市、交通、物流等国民经济各个领域现场过程数据监控要求的不断增加，对于能使用于室外，尤其是野外分散点的实用且系列化的数据采集控制设备成为新的需求。目前大量使用的PLC控制设备，主要应用于室内工业控制生产线。

物联网过程数据终端是集控制数据采集、数据输出、数据监控，数据存储和数据传输于一体，主要包括通讯模块、中央处理器模块和输入输出模块，对“现场设备”的生产运行通过输出模块进行实时远程的控制，采集现场传感器数据经输入模块给中央处理器模块、经中央处理器模块运算后发出对执行机构进行控制的指令，同时把数据通过通讯模块经过移动通讯或网路传送给远方的计算机监控中心，可以通过互联网在各地浏览或操作指定的数据画面。物联网过程数据终端可以广泛应用于分布型远程的环保监测、气象监测、交通监测、灾害预报、物流管理、分散点的设备自动化监控等各个领域。

现有的数据采集终端的数据采集以模块化结构为主，输入输出模块主要采用插件在机柜内安装模式，且多种I/O模块设计选型复杂，不利于用户直接使用，用户需要购买多种模块组成装置才能满足生产需要，成本费用高；并且不适用于野外分散点的数据采集控制设备的需要。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种物联网过程数据终端，该数据终端的全部模块安装于机箱内，输入输出模块的数字量和模拟量输入输出一体化，能对被采集数据对象实现精确的控制运转，用户使用方便，成本较低。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种物联网过程数据终端，包括通讯模块、中央处理器模块和输入输出模块，所述通讯模块和中央处理器模块安装在一体，中央处理器模块与通讯模块采用UART进行通信，输入输出模块安装于另一处，若干个输入输出模块经RS485总线与中央处理器模块连接通信，每个输入输出模块包括模拟量输入模块、模拟量输出模块、数字量输入模块和数字量输出模块。

所述每个输入输出模块有一个地址代码，每个输入输出口有一个地址代码以及每个输入输出口对应的变量名和量程范围；其中：

所述模拟量输入模块有8路4-20毫安模拟输入检测，是隔离输入检测；

所述模拟量输出模块有4路高精度4-20毫安的模拟恒流输出，是隔离输出；

所述数字量输入模块有32路数字输入检测，是隔离输入检测；

所述数字量输出模块有16路数字输出，是隔离输出。

所述的通讯模块、中央处理器模块和输入输出模块安装于机箱内。

本实用新型采用通讯模块和中央处理器模块安装在一体，输入输出模块安装于另一处，即中央处理器模块与输入输出模块是分体的，若干个输入输出模块经RS485总线与中央处理器模块连接通信，全部模块安装于机箱内，能形成输入输出模块的模拟量输入（AI）/输出（AO）、数字量输入（DI）/输出（DO）为一体化，用户只需要接上信号线就可以使用，使用方便，成本较低。本实用新型的数据终端采用电流检测修正电路以达到恒流、恒压作用，能对被采集数据对象实现精确的控制运转。全部模块安装于全密封机箱内，机箱采用自动散热方式，适合野外和恶劣环境使用。

附图说明

图1为本实用新型物联网过程数据终端电气结构示意图；

图2为本实用新型的通讯模块为GPRS无线通信模块的内部电气原理图；

图3为本实用新型的中央处理器模块的内部电气原理图；

图4为本实用新型的输入输出模块的内部电气原理图。

图中：1通讯模块，2中央处理器模块（中央处理器），3 AI模块（模拟量输入模块），4 AO模块（模拟量输出模块），5 DI模块（数字量输入模块），6 DO模块（数字量输出模块），31 IO模块（输入输出模块）。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。

参见图1，一种物联网过程数据终端，包括通讯模块1、中央处理器模块2和输入输出模块31，所述通讯模块1和中央处理器模块2安装在一体，输入输出模块31安装于另一处，若干个输入输出模块31经RS485总线与中央处理器模块2连接通信，每个输入输出模块31包括模拟量输入模块3、模拟量输出模块4、数字量输入模块5和数字量输出模块6。

所述通讯模块1采用GPRS（或3G）模块加上SIM卡和天线，再配上定制程序的MCU（单片机），通电后即可进入互联网，找到指定的主服务器，从而与主服务器进行通信。

参见图2，通讯模块1为GPRS无线通信模块，采用意大利TELIT无线通信模块。该模块的主要参数是：型号为UC864-E，HSDPA上传384Kbps，下传7.2Mbps；WCDMA上传384Kbps，下传384kbps。打开电源后，通讯模块1 的“天线信号判断模块”会判断“GPRS模块”是否与移动信号连接，连好后会通知“自动控制连接主服务器模块”，“自动控制连接主服务器模块”发出信号给“GPRS模块”要求连接移动网的GPRS，移动网的GPRS再与指定的互联网的电脑服务器连接。连好后就可收发数据了。当中央处理器模块2的中央处理器忙时，收到的数据会暂时存到“数据存储模块”，如果是汉字代码，会到字库里找到相应的汉字全码，然后交给自动收发模块，通过UART总线传到“中央处理器2”，由于“中央处理器模块2”和“通讯模块1”是设计在一体的，所以采用UART通信。

所述中央处理器模块2与通讯模块1采用UART进行通信，中央处理器2具有二次编程的功能，通过主服务器能对中央处理器2进行二次编程功能的实现，从而实现对中央处理器2管辖的所有被控对象进行“逻辑编程”的控制。

参见图3，中央处理器模块2有数据采集、数据判断、数据控制、数据收发、逻辑编程判断等功能。芯片采用C8051F120,其主要参数是速度100MIPS, 单指令时钟周期, 12位ADC转换, 12位DAC转换, 内部程序存储器FLASH 128K, 内部RAM 256+8K, 2周期的16x16的MAC引擎, 有64个I/O口。中央处理器模块2首先发出“数据搜集”指令通过RS485数据总线给多个IO模块31，把收到的数据进行逻辑编程判断，判断后分两步，一是发出“设置和修改的”指令给IO模块31，设置或修改每个IO模块31的地址代码，或者设置或修改每个IO口的地址代码以及每个IO口对应的变量名和量程范围；二是把采集到的IO模块31的数据发到通讯模块1（GPRS模块）。由于有多个IO模块31，数据收发由“数据采集收发协调控制器”来完成。

所述每个输入输出模块（IO模块）31包括模拟量输入模块（AI模块）3，模拟量输出模块（AO模块）4、数字量输入模块（DI模块）5和数字量输出模块（DO模块）6。

所述每个IO模块31有一个地址代码，每个IO口有一个地址代码以及每个IO口对应的变量名和量程范围；其中：

所述模拟量输入模块3有8路4-20毫安模拟输入检测，采用高精度转换处理，是隔离输入检测。

所述模拟量输出模块4有4路高精度4-20毫安的模拟恒流输出，是普通输出电流的精度的16倍，是隔离输出。

所述数字量输入模块5有32路数字输入检测，电压是0伏或6伏至24伏，自带24伏，是隔离输入检测。

所述数字量输出模块6有16路数字输出，电压是0伏或24伏输出，是隔离输出。

参见图4，IO模块31与中央处理器模块2是分体的，IO模块31与中央处理器模块2之间用RS485总线来通信。比如改变IO模块31的地址码，采集的数据首先存在IO模块31的FLASH中，防止GPRS掉线导致数据的丢失，可保存一周。为避免超高脉冲电压或高电压的误接入导致设备的损毁，IO模块31采用了隔离控制，保证设备的可靠性。

IO模块31包括主CPU、内存SDRAM、FLASH存储器K9F1G08、时钟芯片DS1302；当IO模块31的主CPU接到指令后，会解释它的命令，如果是AO命令，那么通过UART发送数据，“控制对象地址过滤器” 把不包含自己地址代码的所有命令排除在外，以减少干扰。当“控制对象地址过滤器”收到包含自己地址代码的命令后，提示MCU1单片机STC5204有数据了，于是MCU1单片机STC5204开始读取命令，把命令进行解读，完成相应的电流控制程序，经光电隔离器6N137高速光耦隔离后控制数字电压转换器LTC1655C的电压输出，输出电压范围是0V-4.096V，电流步长是0.244微安，精度很高。再经过超高精度运算放大器OP177G的放大，放大后的电流可输出4-20毫安。采用电流检测反馈电路，循环修正电压值，达到自动恒流的目的。

主CPU也不断的采集8路的4-20毫安的输入电流值，也采集32路0V和24V数字输入的状态，把这些数据传到中央处理器2。

如果IO模块31的主CPU收到的是数字输出命令，数据总线会把控制数据传送给数据锁存输出74HC573进行锁存，再通过光电隔离器TLP521光耦传递，控制开关输出电路SIM4953去开或关相应的数据输出。

IO模块31的电源输入有24V电源和-15V电源，24V电源输出到24V电压处，24V电源还分别输出为开关稳压15V和开关稳压5V至各点电压处。

所述的通讯模块1、中央处理器模块2和输入输出模块31安装于机箱内，特别是全密封机箱内，全密封机箱采用自动散热方式，适合野外和恶劣环境使用。

本实用新型的物联网过程数据终端的应用例为：

***组态：首先通过上位机组态软件，把模拟量输入（AI）/输出（AO）、数字量输入（DI）/输出（DO）的量程范围和变量名称等定义下装到中央处理器模块单元的可永久保存FLASH模块。同样，定义机箱在网络中的代码编号、通讯地址等；定义各个通道的扫描速率等***参数。同时，对于数据处理或控制方案的可编程应用程序，也可以通过这样的方法下装到终端机的中央单元FLASH存储器中，长期保存。

数据监控：例如控制一个池内的水温。远程中心计算机上设定好该“温度设定值”，通过互联网传到移动通讯网络空中发送到本实用新型的物联网过程数据终端的GPRS模块上，GPRS模块接收到信号后交给中央处理器，中央处理器是多线程的CPU，将该数据设定到对应温度通道的控制程序里，终端机再将对应通道温度传感器输入的4-20mA信号采集到中央处理器，与温度设定值比较，按照事先编好的对应PID控制程序，输出高精度的电流值4-20mA对温度加热器电流进行调节控制，达到控制温度在设定值附近的目的。远程中心计算机上能随时观察温度变化和记录这些实时数据。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围，因此，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、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种物联网过程数据终端，包括通讯模块（1）、中央处理器模块（2）和输入输出模块（31），其特征是：所述通讯模块（1）和中央处理器模块（2）安装在一体，中央处理器模块（2）与通讯模块（1）采用UART进行通信，输入输出模块（31）安装于另一处，若干个输入输出模块（31）经RS485总线与中央处理器模块（2）连接通信，每个输入输出模块（31）包括模拟量输入模块（3）、模拟量输出模块（4）、数字量输入模块（5）和数字量输出模块（6）。

2.根据权利要求1所述的物联网过程数据终端，其特征是：所述每个输入输出模块（31）有一个地址代码，每个输入输出口有一个地址代码以及每个输入输出口对应的变量名和量程范围；其中：

所述模拟量输入模块（3）有8路4-20毫安模拟输入检测，是隔离输入检测；

所述模拟量输出模块（4）有4路高精度4-20毫安的模拟恒流输出，是隔离输出；

所述数字量输入模块（5）有32路数字输入检测，是隔离输入检测；

所述数字量输出模块（6）有16路数字输出，是隔离输出。

3.根据权利要求1或2所述的物联网过程数据终端，其特征是：所述的通讯模块（1）、中央处理器模块（2）和输入输出模块（31）安装于机箱内。

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