一种基于以太网供电和数据传输的传感器系统
阅读说明：本技术 一种基于以太网供电和数据传输的传感器系统 (Sensor system based on power over Ethernet and data transmission ) 是由 迟颂 张黎 陆华峰 顾崇云 邵琪 于 2020-12-02 设计创作，主要内容包括：一种基于以太网供电和数据传输的传感器系统,包括：传感器,所述传感器中设有振动检测模块、温度检测模块、声音检测模块中的一种或多种；所述传感器上连接有高防护等级的屏蔽电缆,并通过该屏蔽电缆连接至数据/电源转接器；所述数据/电源转接器上设有电缆插口；所述数据/电源转接器中还设有电源变换电路模块,所述电源变换电路模块的连接至电源端口和电缆插口；所述电源端口通过标准以太网电缆连接至上位机和PoE电源。本申请中,采用屏蔽电缆进行数据传输和供电,保证电力传输,因此可以支撑传感器进行高速和高频率的数据采集和传输,并且数据传输过程中的信号无损失,受外界影响小,保真度高,可以进行高性能的设备在线监测和故障诊断。(A power over ethernet and data transfer based sensor system comprising: the sensor is provided with one or more of a vibration detection module, a temperature detection module and a sound detection module; the sensor is connected with a shielding cable with high protection grade and is connected to the data/power adapter through the shielding cable; the data/power adapter is provided with a cable socket; the data/power adapter is also internally provided with a power conversion circuit module, and the power conversion circuit module is connected to a power port and a cable socket; the power supply port is connected to the upper computer and the PoE power supply through a standard Ethernet cable. In this application, adopt shielded cable to carry out data transmission and power supply, guarantee power transmission, consequently can support the sensor and carry out high-speed and high-frequency data acquisition and transmission to signal lossless in the data transmission process, it is little influenced by the external world, and the fidelity is high, can carry out equipment on-line monitoring and the fault diagnosis of high performance.)
技术领域
本发明属于传感器系统领域，具体涉及一种基于以太网供电和数据传输的传感器系统。
背景技术
工业领域中，机电设备在运行过程中，需要使用到传感器对其振动、温度、声音等数据进行采集，并将数据传送至上位机进行分析、监控，实现机电设备和系统的状态检测、资产管理、全生命周期维护等功能，如：传感器应用在泵房机组设备中，可以获得泵体运行过程中的振动、温度等数据，同时传感器可以帮助企业掌握设备运行状态、避免发生事故，对生产中的关键机组实行在线监测和故障诊断，保证了设备的正常运行。
目前公开的这类系统中，传感器与上位机之间基本都采用无线方式进行通讯，传感器一般为独立装置，固定在需要检测的位置上，传感器大都采用内置的电池供电，工作寿命短，一般在三年以内。并且，这类传感器由于受其电池电量的约束，数据采集和传输的频率需要限制，一般传输时间间隔十几分钟至几十分钟。此外，数据传输采用无线通讯的方式，在强噪音的工业环境中极易受到干扰，导致传输数据质量下降和效率降低，这使得现有的多数传感器的应用受限。
因此，基于以上现有技术中存在的问题，本发明对传感器及其应用进行了研究和改进。
发明内容
针对以上现有技术中的不足，本发明提供了一种基于以太网供电和数据传输的传感器系统，改变了现有技术中电池供电和无线通讯的连接方式，采用高防护等级的屏蔽电缆进行高速率数据传输和稳定可靠地不间断供电，可实现高速和高频率的数据采集和传输，为高性能的状态检测算法提供技术支撑，系统与上位机或云端服务器之间通过标准的以太网电缆连接，通用性高，可扩展性强，实用方便。
为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决。
一种基于以太网供电和数据传输的传感器系统，包括：传感器，所述传感器中设有振动检测模块、温度检测模块、声音检测模块中的一种或多种；所述传感器上连接有屏蔽电缆，并通过该屏蔽电缆连接至数据/电源转接器；所述数据/电源转接器上设有电缆插口；所述数据/电源转接器中还设有电源变换电路模块，所述电源变换电路模块的连接至电源端口和电缆插口；所述电源端口通过屏蔽电缆连接至上位机和PoE电源，屏蔽电缆的长度有多种不同的长度规格。
本申请中，传感器采用屏蔽电缆进行数据传输和电源供电，因此可以支撑传感器进行高速和高频率的数据采集和传输，并且数据传输过程中的信号无损失，受外界影响小，保真度高，可以进行精确的设备在线监测和故障诊断。
一种优选的实施方式中，所述数据/电源转接器上还设有数据接口，所述电缆插口和数据接口之间通过信号转换模块连接。
一种优选的实施方式中，所述数据接口连接至路由器，所述路由器可以无线通讯方式连接至上位机或云端服务器。
一种优选的实施方式中，所述数据接口连接至PoE路由器，所述路由器可以标准以太网电缆连接至PoE电源和上位机或云端服务器。
一种优选的实施方式中，所述数据接口为RJ45网络接口，可以插接标准以太网网线进行数据传输，可扩展性强。
一种优选的实施方式中，所述传感器和其上的屏蔽电缆为一体封装结构，密封性好，防水、防尘、防腐蚀功能强，结构强度高。
一种优选的实施方式中，所述传感器上设有与所述屏蔽电缆匹配的接口电路，所述传感器中设有振动检测芯片和/或温度检测芯片，该振动检测芯片和/或温度检测芯片连接至数据转换电路，所述数据转换电路连接至接口电路。该结构中，振动检测芯片用于检测设备振动状态，温度检测芯片用于检测设备温度状态。
一种优选的实施方式中，所述传感器中设有电源稳压电路模块，所述电源稳压电路模块连接至屏蔽电缆接口电路，为振动检测芯片和/或温度检测芯片和转换芯片提供工作电源；工作电源电压可是5V/或3.3V，或其他定制的电压等级。
一种优选的实施方式中，所述传感器上设有用于指示电源和/或通讯状态的指示灯。
一种优选的实施方式中，所述振动检测芯片为三维震动MEMS芯片，振动检测芯片型号可以选ADXL362/363芯片。
一种优选的实施方式中，所述转换电路进行SPI或I2C与以太网通讯协议之间转换。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：1）本申请中，采用高防护等级的屏蔽电缆进行高速率数据传输和稳定可靠地不间断供电；2）可应用标准的互联网供电技术，采用成熟的产品电源模块提供工作电源，选择灵活；3）可实现高速和高频率的数据采集和传输（例如1k - 10k赫兹采样频率），为高性能的状态检测算法提供技术支撑；4）数据和电源转接器与上位机（例如云/边缘控制器）之间通过标准的以太网电缆连接，通用性高，可扩展性强，实用方便。
附图说明
图1为本申请中的传感器系统的模块连接示意图。
图2为本申请中的一种实施方式中的传感器的模块示意图。
图3为本申请中的一种实施方式中的传感器的外观示意图。
图4为本申请中的一种实施方式中的数据/电源转接器的模块示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
以下实施方式中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的原件或具有相同或类似功能的原件，以下通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本申请中涉及的一种基于以太网供电和数据传输的传感器系统，包括：传感器1，所述传感器1中设有振动检测模块、温度检测模块、声音检测模块中的一种或多种，可分别用于检测设备的振动、温度、噪音等数据；所述传感器1上连接有屏蔽电缆7，并通过该屏蔽电缆7连接至数据/电源转接器2；所述数据/电源转接器2上设有电缆插口22；所述数据/电源转接器2中还设有电源变换电路模块25，所述电源变换电路模块25的连接至电源端口24和电缆插口22。
本申请中，所述屏蔽电缆7可采用具有屏蔽功能的双绞线信号屏蔽电缆，或者采用具有高防水和防腐蚀等级的信号屏蔽电缆，屏蔽电缆7的长度有多种不同的长度规格；所述传感器1与数据/电源转接器2之间可采用以太网协议进行数据传输；所述传感器1与数据/电源转接器2之间可采用SPI协议进行数据传输。
本申请中，所述路由器8与上位机3之间可以采用无线通讯或者有线通讯方式进行数据传输，如：所述路由器与上位机之间可以采用WIFI无线通讯方式。具体如下。
本申请的一种实施方式中，数据/电源转接器2上的所述电源端口24通过标准以太网电缆77连接至上位机3和PoE电源4，进行数据传输和供电。
本申请的另一种实施方式中，所述数据/电源转接器2上还设有数据接口23，所述电缆插口22和数据接口23之间通过信号转换模块21连接，所述数据接口23连接至路由器8，所述路由器8通过无线通讯方式连接至上位机或云端服务器，进行数据传输；或者，所述数据接口23为RJ45网络接口，所述数据接口连接至PoE路由器，所述路由器可以标准以太网电缆连接至PoE电源和上位机或云端服务器，可以插接标准以太网网线进行数据传输，可扩展性强。
本申请中，传感器1采集的数据应用标准的高速串行通讯协议经过屏蔽电缆7连接到数据/电源转接器2，具体的，传感器1采集的数据可以应用标准/通用以太网协议连接到数据/电源转接器2；或者应用标准/通用SPI/I2C协议连接到数据/电源转接器2；或者应用标准/通用MODBUS协议连接到数据/电源转接器2。
本申请中，数据/电源转接器2经过电缆插口22（端子或者插头连接器）可以连接一个或者多个传感器，优选为5个传感器。每个传感器1的数据可以经由一个数据/电源转接器2的输出RJ45端口23或24与上位机或路由器联接；或者经过数据/电源转接器2的微处理器数据管理后，通过一个统一的RJ45端口24与上位机联接。此外，传感器也可以与数据/电源转接器2集成在一起，作为一体结构。
本申请中，所述传感器1上设有与所述屏蔽电缆7匹配的屏蔽电缆接口14，所述传感器1中设有振动检测芯片和/或温度检测芯片，该振动检测芯片和/或温度检测芯片连接至转换芯片12，所述转换芯片12连接至屏蔽电缆接口14。该结构中，振动检测芯片用于检测设备振动状态，温度检测芯片用于检测设备温度状态，具体的，所述振动检测芯片11为三维震动MEMS芯片或ADXL362/363芯片，所述转换电路12可以由一个或多个处理器芯片和通讯信号转换芯片组成。所述传感器1中设有电源稳压电路模块13，所述电源稳压电路模块13连接至屏蔽电缆接口14，转换电路12和振动检测芯片和/或温度检测芯片。所述传感器1上设有用于指示电源状态和通讯连接状态的指示灯LED15。
本申请中的一种实施方式中，所述传感器1和其上的屏蔽电缆7为一体封装结构，如图3所示，密封性好，防水、防尘、防腐蚀、防电磁干扰功能强，结构强度高。
本申请中，采用屏蔽电缆7进行数据传输和供电，具有以下优点：1）本申请中，采用高防护等级的屏蔽电缆进行高速率数据传输和稳定可靠地不间断供电；2）可应用标准的互联网供电技术，采用标准以太网电缆和成熟的PoE电源模块为传感器系统提供工作电源，选择灵活，而且避免在应用现场安装交流供电装置和工控低压电源模块，省去了应用现场寻找电源插座的繁琐；3）可实现高速和高频率的数据采集和传输（例如1k - 10k赫兹采样频率），为高性能的状态检测算法提供技术支撑；4）数据和电源转接器与上位机（例如云/边缘控制器）之间通过标准的以太网电缆连接，通用性高，可扩展性强，实用方便。
本发明的保护范围包括但不限于以上实施方式，本发明的保护范围以权利要求书为准，任何对本技术做出的本领域的技术人员容易想到的替换、变形、改进均落入本发明的保护范围。