阅读说明：本技术 一种毫米波无线仪控系统 (Millimeter wave wireless instrument control system ) 是由 闵锐 李晋 董兴荣 青先国 赵阳 何小鹏 程卓尔 刘晓林 张洧川 陈杰 何正熙 于 2021-06-21 设计创作，主要内容包括：本发明属于毫米波通信和仪控系统技术领域,具体涉及一种毫米波无线仪控系统。本发明的由终端设备模块、智能控制站模块、数据中心模块、毫米波数传模块、光纤主干模块构成,测量类仪表装置将其要发送的数据信息传输至毫米波数传模块,毫米波数传模块将信息通过毫米波发送给智能控制站,智能控制站将收到的信息解析出来,通过光纤主干传输给远处的数据中心模块,数据中心模块接收到源自仪表装置传来的数据信息,经过分析处理后,将下达的指令再通过光纤主干传递给智能控制站,智能控制站再将指令信息通过毫米波发送给执行装置,最后,执行类装置完成指令,克服了传统有线仪控线路混乱、检修难度大、不利于扩展维护等问题。(The invention belongs to the technical field of millimeter wave communication and instrument control systems, and particularly relates to a millimeter wave wireless instrument control system. The intelligent control system comprises a terminal equipment module, an intelligent control station module, a data center module, a millimeter wave data transmission module and an optical fiber trunk module, wherein a measurement instrument device transmits data information to be transmitted to the millimeter wave data transmission module, the millimeter wave data transmission module transmits the information to an intelligent control station through millimeter waves, the intelligent control station analyzes the received information and transmits the information to a remote data center module through an optical fiber trunk, the data center module receives the data information transmitted from the instrument device, the data information is analyzed and processed, a transmitted instruction is transmitted to the intelligent control station through the optical fiber trunk, the intelligent control station transmits the instruction information to an execution device through millimeter waves, and finally the execution device completes the instruction, so that the problems that a traditional wired instrument control circuit is disordered, high in overhauling difficulty, not beneficial to expansion and maintenance and the like are solved.)

一种毫米波无线仪控系统

技术领域

本发明属于毫米波通信和仪控系统

技术领域

，具体涉及一种毫米波无线仪控系统。

背景技术

仪控系统根据信息传输媒介的不同可以分成有线仪控系统和无线仪控系统两类，有线仪控系统一般依托于以太网线、光纤、同轴电缆等有线媒介传输数据信息，因此一旦工作场景中需要添加新设备或者移动已有设备，则需要重新调整布线，增加了系统成本和维护开销。传统无线仪控系统一般依托于蓝牙、ZigBee等无线技术，虽然摆脱了有线链路的限制，克服了有线仪控系统的不足，但是传统的无线仪控方案最高也只能提供数百Mbps的传输速率，受限于低速的数据传输速率，在某些特定工作场景中并不能满足实用需求。

而采用毫米波无线仪控系统，结合毫米波带宽大的特点，能提供上Gbps的超高数据传输速率，除此之外，毫米波通信还具备抗干扰能力强、频段高、安全性好等显著特点，使得毫米波无线仪控系统具有无可比拟的仪控优势。

发明内容

本发明针对传统有线仪控系统及无线仪控系统存在的不足，引进毫米波无线通信技术，提出一种毫米波无线仪控系统。针对毫米波通信工作频率高、波长短、电路尺寸小，和终端设备集成于一体难度大的问题，为使所有仪器设备都能方便地具备毫米波通信能力，提出将整个毫米波通信电路单独集成封装成一个独立模块——毫米波数据传输模块，作为终端设备的无线拓展坞；针对毫米波在大气中衰减严重，传播距离有限从而导致仪控系统控制范围有限的问题，在智能控制站模块中增添网关子模块，将毫米波通信和光纤主干通信结合起来，拓展了毫米波仪控系统的覆盖范围。

该系统不仅摆脱了传统有线仪控系统中烦多的有线链路限制，还弥补了传统无线仪控系统数据传输速率低的不足，此外该系统还具备抗干扰能力强、安全性好等优势。

本发明的技术方案如下：

一种毫米波无线仪控系统，其特征在于，包括终端设备模块、智能控制站模块、数据中心模块、毫米波数据传输模块和光纤主干模块；所述终端设备模块通过毫米波数据传输模块与智能控制站模块建立通信连接，所述数据中心模块通过光纤主干模块与智能控制站模块建立通信连接；其中，

终端设备模块由需要被监视测量的测量类仪表装置和需要被控制执行的执行类装置组成；

毫米波数据传输模块用于将测量类仪表装置产生的数据信息通过毫米波发送给智能控制站模块，同时将智能控制站模块的控制信息发送到的执行类装置，是仪控系统中毫米波通信部分的主体模块，在此模块中，发射机负责将基带信号转换成毫米波射频(RF)信号，在发射机中，终端设备产生的数据基带信号首先采用交织编码技术和QPSK调制技术来处理以增强信号的纠检错能力和抗干扰性，接着对其进行上变频处理，将低频段的已调信号的频谱搬移至毫米波频段，然后进行功率放大以保证良好的通信质量，最后通过定向天线将RF信号以电磁波的形式辐射出去，接收机与发射机的处理过程完全相反；

智能控制站模块连接光纤通信和毫米波无线通信，即以无线方式接收仪表类装置的数据信息，再以光纤方式将数据传输给数据中心，同时，以光纤方式接收数据中心的控制指令信息，再以无线方式将指令信息下达给执行类装置。该模块由数据传输、通信控制、网关三个子模块构成。其中数据传输子模块与毫米波数据传输模块功能相同，用于实现与终端设备间的毫米波无线通信；通信控制子模块主要完成复用/解复用、接入控制、数据交换等功能；网关子模块用于和光纤主干模块间的桥接。

光纤主干模块包含光纤汇聚交换机及光纤，用于实现数据中心至智能控制站模块的有线数据的传输；

数据中心模块由数据处理服务器和数据存储阵列构成，用于汇总和处理终端设备模块反馈来的数据，并且负责向智能控制站模块下达控制的指令。

本发明的有益效果为，本发明的系统使新增或者调整终端设备变得更加灵活，不再受线路的约束，降低了仪控系统的维护、扩展成本。毫米波带宽大、传输速率高，可以传输大数据量的信息如视频数据等。系统无线部分使用定向天线，波束窄、方向性好，受其他波束影响小。毫米波频段高，基本没有干扰源，频谱干净，视距内信道稳定，数据传输质量高。

附图说明

图1是本发明一种毫米波无线仪控系统的结构示意图。

图2是本发明一种毫米波无线仪控系统的控制流程示意图。

图3是本发明一种毫米波无线仪控系统的毫米波通信流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图，详细说明本发明的技术方案。

如图1所示，本发明的系统由终端设备模块(Terminal Equipment Module,TEM)、智能控制站模块(Intelligent Control Station Module,ICSM)、数据中心模块(DataCenter Module,DCM)、毫米波数传模块(MillTEMeter Wave Data Transmission Module,MWDT)、光纤主干模块(Fiber Backbone Module,FBM)构成。

终端设备模块由工作场景中需要被监视测量的测量类仪表装置和需要被控制执行的执行类装置组成，是毫米波无线仪控系统控制的主要对象。

毫米波数据传输模块是原有终端设备模块的无线扩展部分，负责终端设备模块和智能控制站模块之间的毫米波通信，如图3所示，测量类仪表装置产生的数据信息通过差错控制编码、信号调制、变频、功率放大等一系列处理，转换成适合在无线信道中传输的毫米波频段的射频信号，经定向天线将毫米波信号交付给智能控制站，或将智能控制站传来的控制信息下发给执行装置。

智能控制站模块功能类似于无线网关，负责打通光纤通信和无线通信，即以无线方式接收仪表类装置的数据信息，再以光纤方式将数据传输给数据中心，反向同理，以光纤方式接收数据中心的控制指令信息，再以无线方式将指令信息下达给执行类装置。

光纤主干模块包含光纤汇聚交换机及光纤，负责数据中心至各智能控制站的有线高速数据的传输。

数据中心模块由数据处理服务器和数据存储阵列构成，是整个毫米波无线仪控系统的“大脑”，是整个系统的管理核心，负责汇总和处理各类仪器或者传感等终端设备反馈来的数据，并且负责向智能控制站下达控制的指令。数据中心模块一般位于距离智能控制站较远的独立机房，因此需要靠光纤主干与智能控制站进行有线通信。

测量类仪表装置将其要发送的数据信息传输至毫米波数传模块，毫米波数传模块将信息通过毫米波发送给智能控制站，智能控制站将收到的信息解析出来，通过光纤主干传输给远处的数据中心模块，数据中心模块接收到仪表装置传来的数据信息，经过分析处理后，将下达的指令再通过光纤主干传递给智能控制站，智能控制站再将指令信息通过毫米波发送给执行装置，最后，执行装置完成指令。

本发明的毫米波无线仪控系统具体的工作步骤如下：

1.位于车间或舱室中的TEM收集到正确的数据信息，通过MWDT将这些待传送的数据信息利用毫米波发送给ICSM。

2.ICSM将MWDT传来的无线信号中的有效信息解析出来，经过编码调制后通过FBM传输给位于远处独立机房中的DCM。

3.DCM收到ICSM传来的数据信息，进行相应的分析处理后下达控制指令，然后再经过FBM将给TEM下达的控制信息传递给ICSM。

4.ICSM收到由FBM传来的控制信息，进行解析，将解析出的有效控制信息通过毫米波发送给MWDT。

5.MWDT将控制信息发送给TEM，TEM做出对应的响应。

通过以上实施例的描述可知，本发明系统具有以下优点：

1)在本实施例中，终端设备众多，若使用传统的有线仪控系统，前期建设过程中综合布线工程量巨大，同时存在隐蔽线缆更换、维护、升级困难等问题，而使用本发明系统则省去了布线的麻烦，降低了仪控系统的维护和使用成本。

2)本实施例中若想添加新的仪器设备或者重新布局已有的仪器设备，则不需要重新布线，仅需调整配置终端设备的毫米波数传模块即可，减小了信息处理功能与信息传输功能的耦合度，降低了仪控系统的扩展成本与维护成本。

3)本实施例中，毫米波无线通信由于频段高，基本没有干扰源，频谱干净，再加上其波束窄，受其他波束影响小，所以毫米波信道非常稳定可靠，这给利用毫米波无线通信来可靠传输数据信息以及控制信息奠定了坚实的基础。

本发明中，采用毫米波频段的无线通信，具有带宽大、传输速率高的特点，对于大数据量的设备如高清监控摄像头等，该系统能满足其带宽需求。