热电偶或热电阻无线传输系统

文档序号:1835057 发布日期:2021-11-12 浏览:23次 >En<

阅读说明:本技术 热电偶或热电阻无线传输系统 (Thermocouple or thermal resistor wireless transmission system ) 是由 赵仕海 丁世杰 李刚 胡翠 常宽 于 2021-08-06 设计创作,主要内容包括:热电偶或热电阻无线传输系统,包括前端采集单元和后端接收单元,所述前端采集单元包括依次设置的传感器、模数转换变送器、第一微控制器、第一LORA收发兼容模块、第一LORA天线,所述后端接收单元包括第二LORA天线、第二LORA收发兼容模块、第二微控制器、数模转换变送器;后端接收单元可对应获得多个前端采集单元的信号,这样可以实现一个接收单元可以同时获得多个传感器的信号;所述第一微控制器和第二微控制器还包括校验程序。发明实现了热电偶或热电阻信号的无线传输,取代传统电缆传输模式,并且第一微控制器和第二为控制的校验程序保证了数据的一一对应传输和数据的正确性。(The thermocouple or thermal resistor wireless transmission system comprises a front-end acquisition unit and a rear-end receiving unit, wherein the front-end acquisition unit comprises a sensor, an analog-to-digital conversion transmitter, a first microcontroller, a first LORA transceiving compatible module and a first LORA antenna which are sequentially arranged, and the rear-end receiving unit comprises a second LORA antenna, a second LORA transceiving compatible module, a second microcontroller and a digital-to-analog conversion transmitter; the rear-end receiving unit can correspondingly obtain signals of a plurality of front-end acquisition units, so that one receiving unit can simultaneously obtain signals of a plurality of sensors; the first microcontroller and the second microcontroller further comprise a verification program. The invention realizes wireless transmission of thermocouple or thermal resistance signals, replaces the traditional cable transmission mode, and ensures one-to-one corresponding transmission of data and correctness of the data by the first microcontroller and the second controlled verification program.)

热电偶或热电阻无线传输系统

技术领域

本发明涉及传感器的技术领域,尤其涉及热电偶或热电阻无线传输系统。

背景技术

传感器在工业4.0时代扮演着十分重要的角色。随着物联网在工业领域的应用推广,传感器在其中的应用越来越广泛。传感器是物联网技术的最底层和最前沿,对物联网产业发展有着十分重要的意义。近几年来,中国物联网政策支持力度不断加大,中国在物联网关键技术研发、应用示范推广、产业协调发展和政策环境建设等方面取得了显著成效,成为全球物联网发展最为活跃的地区之一。

据数据显示,某一段时期内物联网市场年复合增长率达到25%,预计到2020 年,中国物联网的整体规模将达2.2万亿元,如图1所示。在此背景下,传感器市场的也得到进一步增长。据数据显示,2017年我国传感器市场规模为1815 亿元,在2018年突破2000亿元,2019年传感器扩大应用范围,市场规模进一步扩大,预计约为2310亿元。

传统的传感器数据传输结构是通过敏感元件、转换元件,变换电路,最后获得最后如温度、气压、噪声对应的信号,在此过程中,通过辅助电源支持转换元件和变换电路。

但是由于在一些偏远地区,为获得数据并不是很容易,因此,将传感器检测到的数据准确的传输出去是急需解决的。

发明内容

为实现传感器检测到的数据准确的传输出去,为此,本发明提出了热电偶或热电阻无线传输系统,具体方案如下:

热电偶或热电阻无线传输系统,包括前端采集单元和后端接收单元,所述前端采集单元包括依次设置的传感器、模数转换变送器、第一微控制器、第一 LORA收发兼容模块、第一LORA天线,所述后端接收单元包括第二LORA天线、第二LORA收发兼容模块、第二微控制器、数模转换变送器;后端接收单元可对应获得多个前端采集单元的信号,这样可以实现一个接收单元可以同时获得多个传感器的信号;

所述第一微控制器和第二微控制器还包括校验程序,校验程序具体如下:

S1、第一微控制器在传感器转换成的数字信号中的加入校验位;

S2、前端采集单元、后端采集单元在设定频率范围内传输数据;

S3、判断前端采集单元和后端采集单元的传输频率范围是否存在交叉,如果是,则根据前端采集单元传输频率范围在预设频率区域内的相对位,以及后端采集单元在预设频率区域内所占的区间长度,确定出前端采集单元传输频率范围不存在交叉的另外一个无线传输频率范围,然后进入步骤S4;如果否,则进入步骤S2;

S4、第二微控制器确认接收信号后,然后对数据进行筛选,确认校验位数据是否正确,如果不正确,则通过发送信号至第一微控制器进入步骤S5;否则对数据进行转换发送带第二LPRA收发兼容模块中处理;

S5、第一微控制器对数据进行初始化,获得新的数据,更换校验方式,并重新校验,然后进入步骤S2,第二微控制器根据发送给第一微控制器的次数来对应变更校验对比。

具体地说,还包括中继单元,包括依次设置的第三LORA天线、LORA网关、第四LORA天线。

具体地说,传感器为4通道PT100温度采集传感器,LORA收发兼容模块采用基于SEMTECH公司进口芯片SX1278。

具体地说,所述第一LORA收发兼容模块包括依次连接的UART通用异步收发器和扩频传输模块。

具体地说,所述前端采集单元和后端接收单元均封装为一个独立模块,对应的第一LORA天线和第二LORA天线根据不同方案配置为内置传输天线或外置传输天线。

具体地说,所述第二微控制器包括两种工作方式,一种工作方式是Modbus 工业协议直接数字化写入PLC/DCS/DDS等工业控制系统的RS485/RS232等数据总线接口;第二种工作方式是从第二微控制器钟获得经过毫伏电压/毫伏电流变换电路换回传感器原始信号接入PLC/DCS/DDS等工业控制系统的传感器模拟量采集接口。

本发明的有益效果在于:

(1)本发明实现了热电偶或热电阻信号的无线传输,取代传统电缆传输模式,并且第一微控制器和第二为控制的校验程序保证了数据的一一对应传输和数据的正确性。

(2)本发明实现了热电偶/阻信号采集、处理和无线数字发送;实现热电偶/阻信号无线接收、处理和变换模拟信号输出。

(3)本发明实现了信号发送端和接收端的模块化设计,进行独立封装。

附图说明

图1为前端采集单元的结构图。

图2为中继单元的结构图。

图3为后端接收单元的结构图。

11、传感器;12、模数转换变送器;13、第一微控制器;14、第一LORA收发兼容模块;141、UART通用异步收发器;142、扩频传输模块;15、第一LORA 天线;21、第三LORA天线;22、LORA网关;23、第四LORA天线;31、第二LORA 天线;32、第二LORA收发兼容模块;33、第二微控制器;34、数模转换变送器。

具体实施方式

如图1-3所示,热电偶或热电阻无线传输系统,包括前端采集单元和后端接收单元,所述前端采集单元包括依次设置的传感器、模数转换变送器、第一微控制器、第一LORA收发兼容模块、第一LORA天线,所述后端接收单元包括第二LORA天线、第二LORA收发兼容模块、第二微控制器、数模转换变送器。后端接收单元可对应获得多个前端采集单元的信号,这样可以实现一个接收单元可以同时获得多个传感器的信号。

优化的,如图2所示,还包括中继单元,包括依次设置的第三LORA天线、 LORA网关、第四LORA天线。

在该实施例中,传感器为4通道PT100温度采集传感器,LORA收发兼容模块采用基于SEMTECH公司进口芯片SX1278(收发一体)。

具体地说,所述第一LORA收发兼容模块包括依次连接的UART通用异步收发器和扩频传输模块。

所述前端采集单元和后端接收单元均封装为一个独立模块,对应的第一 LORA天线和第二LORA天线根据不同方案配置为内置传输天线或外置传输天线。所述第一微控制器和第二微控制器均使用SOC芯片。

所述第二微控制器包括两种工作方式,一种工作方式是Modbus工业协议直接数字化写入PLC/DCS/DDS等工业控制系统的RS485/RS232等数据总线接口。第二种工作方式是从第二微控制器钟获得经过毫伏电压/毫伏电流变换电路换回传感器原始信号接入PLC/DCS/DDS等工业控制系统的传感器模拟量采集接口。

所述传感器为温度传感器,温度传感器将所需要采集的温度通过热电偶/热电阻转换成电流或电压等模拟电压/电流信号经过SOC芯片转换,并通过无线方式传输,再由接收端模拟回原信号,可以在不改变原有控制系统的情况下实现温度传感器的无线接入。

所述热电偶传感器产生毫伏级传感器输出电压,而热电阻传感器电阻会随温度变化而变化,传感器经过嵌入式的模数转换变送器将模拟信号转换为数字信号,然后通过IIC总线协议或SPI总线协议由第一微控制器中的SOC芯片控制读取,数字信号和探测点温度保持着固定的传递函数关系,SOC芯片由传递函数关系反向推测探测点温度。第一微控制器将采集的数据通过转化处理后,经由第一LORA收发兼容模块中的UART通用异步收发器传输给扩频传输模块,扩频传输模块将接受到的信息调制到相应频段的无线电波,通过第一LORA天线发送出去。

处于传输距离内的另一块后端接收单元中的第二LORA天线将会从空中接受到无线电波信号,通过第二LORA收发兼容模块从中解析出有效的信息,在经由 UART总线发送给第二微控制器中的SOC芯片,第二微控制器中的SOC芯片收到信息后会进行进一步的解析处理和变换,再通过数模转换变送器输出0-3.3V的电压信号,经由热电偶或热电阻模拟电路转换后可以输出同传感器一样的信号给现有的自动控制系统,实现无感切换,无需修改现有控制系统的程序。无线传输还可采用4G通讯网络。

所述第一微控制器和第二微控制器还包括校验程序,校验程序具体如下:

S1、第一微控制器在传感器转换成的数字信号中的加入校验位;

S2、前端采集单元、中继单元、后端采集单元在设定频率范围内传输数据;

S3、判断前端采集单元和后端采集单元的传输频率范围是否存在交叉,如果是,则根据前端采集单元传输频率范围在预设频率区域内的相对位,以及后端采集单元在预设频率区域内所占的区间长度,确定出前端采集单元传输频率范围不存在交叉的另外一个无线传输频率范围,然后进入步骤S4;如果否,则进入步骤S2;

S4、第二微控制器确认接收信号后,然后对数据进行筛选,确认校验位数据是否正确,如果不正确,则通过发送信号至第一微控制器进入步骤S5;否则对数据进行转换发送带第二LPRA收发兼容模块中处理;

S5、第一微控制器对数据进行初始化,获得新的数据,更换校验方式,并重新校验,然后进入步骤S2,第二微控制器根据发送给第一微控制器的次数来对应变更校验对比。

以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。

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