[实用新型]工业装备及环境监控WSN采集器

说明书

技术领域

本实用新型是一种工业装备及环境监控WSN采集装置，适用于工业装备和环境监控领域。

背景技术

目前，对工业装备状态进行监测采集主要是采用人工巡检方法的或预先布线的有线采集方式，人工巡检方法尽管有一定的效果，但缺乏实时性、及时性、准确性、远程化、网络化和低成本，同时工作量较大且漏报率较高，采用有线数据采集的检测系统受地理位置、物理线路和复杂环境因素的影响具有很明显的局限性，存在布线困难、改线工程量大、线路易受损、不可移动的问题。近年来广泛采用的基于ZigBee协议的在线监测系统亦存在系统硬件加工成本高、无线信号绕射性差、通信距离短等缺陷。

实用新型内容

发明目的：为了解决现有装置的不足，本实用推出一种工业装备及环境监控WSN采集装置，能够准确及时的采集现场数据，并进行处理、收发，具有成本低、科技含量高、适用领域广的特点。

技术方案：本实用新型所述的工业装备及环境监控WSN采集装置，包括微处理器单元、无线通信单元、信号调理单元和电源管理单元，所述信号调理单元与外置传感器相连；所述信号调理单元包括依此相连的采集输入接口、前置仪表放大器、可编程增益放大器和有源低通滤波器，所述微处理单元包括微处理芯片以及与微处理芯片分别相连的模数转换、JTAG接口、SPI口、输出口和存储器；所述信号调理单元的采集输入接口与所述传感器相连，所述信号调理单元的有源低通滤波器与所述微处理器单元的模数转换相连，所述微处理器单元的SPI口与所述无线通信单元的无线收发芯片相连，所述微处理器单元和所述无线通信单元由所述电源管理单元供电；所述传感器输出二次仪表电信号，电信号经所述信号调理单元变换成标准电压信号输出到所述微处理器单元，所述微处理器单元将所述信号调理单元输出的电信号进行处理，并通过所述无线通信单元将处理所得的数据进行收发。

所述传感器输出的电信号通过所述信号调理单元的采集输入接口、前置仪表放大器进行第一级放大，放大后的信号输出到所述可编程增益放大器变换成电压信号，电压信号通过所述有源低通滤波器滤除高频干扰信号，滤除高频干扰信号的电压信号输出到所述微处理器单元的模数转换进行采样，实现将传感器输出的微弱电流信号(可达nA级)或微弱电压信号变换成标准电压信号输入到微处理器单元中进行后续处理。

电源管理单元对微处理器单元和无线通信单元供电，有AC220V、干电池和太阳能三种供电方式。对于太阳能供电方式，所述电源管理单元由锂电池充电控制单元和电压等级变换单元组成；锂电池充电控制单元包括锂电池充电管理芯片、晶体管或MOSFET管、充电状态指示灯以及外围电路，锂电池充电管理芯片通过肖特基势垒整流器与太阳能电池板相连，将太阳能电池板输出的直流电压通过自适应可调充电电路给锂电池组充电，并通过监测锂电池组温度来对充电电路进行必要的保护和调节；电压等级变换单元与锂电池充电控制单元的输出端相连并通过升、降压芯片或稳压管及相应外围电路将锂电池充电控制单元输出端电压进行等级变换后提供相应电压。

所述微处理器单元采用AVR系列微处理器芯片，通过微处理器芯片上模数转换口与所述信号调理单元相连，将其输出的电压信号进行A/D变换、计算、解析、校验和存储。

所述无线通信单元由无线收发芯片、晶振及相应的外围电路组成，采用低功耗、超高频无线收发通信芯片CC1000或CC1020作为处理芯片，微处理器单元的SPI口与无线通信单元的数据接口相连，通过控制无线通信单元进行数据的收发。

所述微处理芯片由低频晶振、高频晶振提供系统时钟电源，通过JATG接口与仿真器和PC相连，通过普通I/O口与所述信号调理单元的可编程增益放大器之间实现数据传输，通过SPI口控制所述无线通信单元的无线收发芯片。

传感器布置于现场监测的移动装备中，工业装备及环境监控WSN采集装置采用规格高、密封性能良好的材料，具有很高的防水、防爆水平，适用于绝大多数工业装备及环境监测场合。

上述工业装备及环境监控WSN采集装置的运行方法，包括如下步骤：

1、上电初始化，包括微处理器单元和无线通信单元的初始化；

2、等待系统预启动分组，执行步骤3；

3、微处理器单元收到系统预启动分组，转发该数据包，休眠标识位置0，即节点装置不休眠，同时广播路由分组，建立动态路由，并等待系统启动分组；

4、微处理器单元收到系统启动分组，转发该数据包，同时完成网络时间同步，并停止发送路由分组，休眠标识位置1，即数据发送结束后可以休眠；