[发明专利]基于GPRS网络进行数据传输的GPRS采集器及实现方法

摘要

本发明涉及一种基于GPRS网络进行数据传输的GPRS采集器及实现方法，GPRS采集器通过USB通讯电路与上位机连接，利用设置软件对GPRS采集器进行设置，然后通过GPRS网络与服务器进行连接，服务器监测到有采集器连接后，便下发查询操作指令，采集器接到查询操作指令后，便对其连接的仪表进行数据采集、对连接的阀门进行控制并采集阀门的反馈信息，全部采集完毕后生成统一的数据包存入数据存储器中，然后再次通过GPRS通讯电路将数据包传送给服务器；同时GPRS采集器可对外提供24V电源。本发明降低了设备成本，简化采集过程。

主权项

1.一种基于GPRS网络进行数据传输的GPRS采集器，包括采集控制现场的4‑20mA仪表（15）、脉冲仪表（16）、阀门（17）、485仪表（19）和控制室内的上位机（18）、服务器（20），其特征在于：还包括电源电路（1）、单片机（2）、数据存储器（3）、监控复位器（4）、双串口转换器（5）、USB通讯电路（6）、RS485通讯电路（7）、GPRS通讯电路（8）、4‑20mA采集电路（9）、脉冲采集电路（10）、4‑20mA输出电路（11）、开关信号输出电路（12）、外部电源（13）和对外供电电路（14）；所述电源电路（1）分别与外部电源（13）、单片机（2）、数据存储器（3）、监控复位器（4）、双串口转换器（5）、USB通讯电路（6）、RS485通讯电路（7）、GPRS通讯电路（8）、4‑20mA采集电路（9）、脉冲采集电路（10）、4‑20mA输出电路（11）、开关信号输出电路（12）连接，且电源电路（1）与对外供电电路（14）连接对外提供直流电源；所述单片机（2）分别与数据存储器（3）、监控复位器（4）、双串口转换器（5）、USB通讯电路（6）、RS485通讯电路（7）、GPRS通讯电路（8）、4‑20mA采集电路（9）、脉冲采集电路（10）、4‑20mA输出电路（11）、开关信号输出电路（12）连接；所述双串口转换器（5）分别与RS485通讯电路（7）和GPRS通讯电路（8）连接；单片机（2）与数据存储器（3）和监控复位器（4）连接，组成最小系统，作为GPRS采集器数据处理与存储的核心，单片机（2）完成所有数据处理部分，数据存储器（3）用于存储GPRS采集器的基本设置信息和采集到的仪表数据，监控复位器（4）用于监控单片机（2）的运行状况，一旦单片机（2）运行过程中出现问题，监控复位器（4）立即对其进行复位操作；单片机（2）与双串口转换器（5）连接，双串口转换器（5）可为单片机（2）拓展出两路TX、RX数据线；单片机（2）与USB通讯电路（6）连接，通过USB接口（62）与上位机（18）通讯，通过上位机（18）对GPRS采集器参数进行设置；单片机（2）与4‑20mA采集电路（9）连接，提供三路4‑20mA模拟量采集；单片机（2）分别与4‑20mA输出电路（11）和开关信号输出电路（12）连接，对外输出4‑20mA模拟量和开关量控制信号；单片机（2）与脉冲采集电路（10）连接，脉冲采集电路（10）与脉冲仪表（16）连接，采集脉冲数据；脉冲采集电路（10）留有两路采集接口，一路用于采集脉冲仪表（16）正向脉冲数据，另一路用于采集脉冲仪表（16）反向脉冲数据；双串口转换器（5）分别与RS485通讯电路（7）和GPRS通讯电路（8）连接，RS485通讯电路（7）通过RS485总线接口（73）与RS485仪表（19）连接；GPRS通讯电路（8）通过GPRS网络与服务器（20）进行数据交互；所述USB通讯电路（6）由USB转TTL电路（60）、通讯隔离电路Ⅰ（61）、USB接口（62）构成；单片机（2）的TX、RX数据线通过通讯隔离电路Ⅰ（61）与USB转TTL电路（60）连接，通讯隔离电路Ⅰ（61）其作用是为了防止插入USB连接线后，USB转TTL电路（60）将电流倒灌进单片机（2），USB转TTL电路（60）用于数据间格式的转换；USB转TTL电路（60）与USB接口（62）直接连接，USB接口（62）再通过一颗USB连接线与上位机（18）连接，自此上位机（18）便可通过USB通讯电路（6）与GPRS采集器进行数据交互，对GPRS采集器的基本参数进行设置；所述RS485通讯电路（7）由RS485转TTL电路（70）、通讯隔离电路Ⅱ（71）、供电隔离电路（72）、RS485总线接口（73）构成；电源电路（1）产生的5V电源与供电隔离电路（72）连接，产生隔离的5V电源为RS485转TTL电路（70）和通讯隔离电路Ⅱ（71）供电，双串口转换器（5）拓展出的第一路TX、RX数据线通过通讯隔离电路Ⅱ（71）与RS485转TTL电路（70）连接，RS485转TTL电路（70）用于数据间格式的转换，通讯隔离电路Ⅱ（71）和供电隔离电路（72）是为了防止在总线上出现过压、过流问题时损伤电源电路（1）、单片机（2）、数据存储器（3）、监控复位器（4）、双串口转换器（5）、USB通讯电路（6）、GPRS通讯电路（8）、4‑20mA采集电路（9）、脉冲采集电路（10）、4‑20mA输出电路（11）、开关信号输出电路（12）；RS485总线接口（73）通过RS485总线与485仪表（19）连接后再与RS485转TTL电路（70）连接，自此GPRS采集器便可通过RS485通讯电路（7）采集485仪表（19）的数据；所述GPRS通讯电路（8）由GPRS通讯模块（80）、逻辑电平转换电路（81）、供电电路（82）、模块控制电路（83）、模块反馈电路（84）、GPRS天线接口（85）构成；电源电路（1）产生的5V电源与供电电路（82）连接产生符合GPRS通讯模块（80）工作的电压；单片机（2）与模块控制电路（83）连接对GPRS通讯模块（80）进行控制、与模块反馈电路（84）连接读取GPRS通讯模块（80）当前的状态；双串口转换器（5）拓展出的第二路TX、RX数据线通过逻辑电平转换电路（81）与GPRS通讯模块（80）连接，GPRS通讯模块（80）再与GPRS天线接口（85）连接，GPRS通讯模块（80）完成数据和无线信号间的相互转换，GPRS天线接口（85）用于GPRS无线信号的接收发送，逻辑电平转换电路（81）将所有接收到的数据转换成GPRS通讯模块（80）的逻辑电平，保证数据传输的稳定与GPRS通讯模块（80）的安全，自此GPRS采集器可通过GPRS通讯电路（8）与服务器（20）进行数据交互；所述4‑20mA采集电路（9）由采样电路（90）、模数转换电路Ⅰ（91）、电流采集接口（92）构成；电流采集接口（92）与4‑20mA仪表（15）连接，并与采样电路（90）连接，采样电路（90）与模数转换电路Ⅰ（91）连接，采样电路（90）起到保护和信号转换的作用，模数转换电路Ⅰ（91）将收到的模拟量转化为数字量后直接传输给单片机（2）进行计算，采样电路（90）和电流采集接口（92）都留有三路，第一路与第二路用于采集4‑20mA仪表（15）的数据，第三路用于接收被控制阀门（17）的反馈信号；所述脉冲采集电路（10）由采集计数电路（100）、正向脉冲采集接口（101）、反向脉冲采集接口（102）构成；正向脉冲采集接口（101）与脉冲仪表（16）的正向脉冲输出连接，采集脉冲仪表（16）的正向脉冲；反向脉冲采集接口（102）与脉冲仪表（16）的反向脉冲输出连接，采集脉冲仪表（16）的反向脉冲；正向脉冲采集接口（101）和反向脉冲采集接口（102）与采集计数电路（100）连接；采集计数电路（100）与单片机（2）连接，采集计数电路（100）为脉冲信号提供上拉和滤波，脉冲信号的计数和数据处理由单片机（2）直接完成；所述4‑20mA输出电路（11）由数模转换电路Ⅱ（110）、通讯隔离电路Ⅲ（111）、电流输出接口（112）构成；4‑20mA输出电路（11）与电源电路（1）产生的24V电源连接；单片机（2） 通过通讯隔离电路Ⅲ（111）与数模转换电路Ⅱ（110）进行数据传输，通讯隔离电路Ⅲ（111）作用在于保护和逻辑电平的转换，同时减少数字信号对模拟信号产生的干扰，数模转换电路Ⅱ（110）将收到的数字信号转换成模拟量信号；数模转换电路Ⅱ（110）与电流输出接口（112）连接，通过电流输出接口（112）将模拟信号传输给阀门（17）；所述开关信号输出电路（12）由继电器（120）、控制隔离电路（121）、信号输出接口（122）构成；单片机（2）通过控制隔离电路（121）控制继电器（120），控制隔离电路（121）起到保护和电平转换的作用，继电器（120）根据接收到的信号输出开关信号；继电器（120）与信号输出接口（122）连接，通过信号输出接口（122）将开关信号传输给阀门（17）；所述电源电路（1）产生的另一路24V电源与对外供电电路（14）连接，对外供电电路（14）的作用主要在于保护，防止电流倒灌进GPRS采集器，其目的在于解决现场24V供电仪表的供电问题；单片机（2）的型号为STC89C516RD+。