一種微型模塊化無線傳輸?shù)墓I(yè)采集器的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種微型模塊化無線傳輸?shù)墓I(yè)采集器，包括主體模塊及與其連接的ZigBee無線收發(fā)模塊和至少一個擴展數(shù)據(jù)采集模塊；所述的主體模塊包括采集接口FPGA模塊、數(shù)據(jù)采集FIFO緩沖器、主FPGA模塊、無線收發(fā)接口FPGA模塊，各模塊依次連接。本實用新型設(shè)計合理，可顯著縮小工業(yè)采集系統(tǒng)的安裝體積，在實際應(yīng)用中具有無線數(shù)據(jù)傳輸性能穩(wěn)定，對熱電偶，壓力變送器等傳感器的采集精度高的特點。
【專利說明】
-種微型模塊化無線傳輸?shù)墓I(yè)采集器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實用新型屬于工業(yè)采集領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種微型模塊化無線傳輸?shù)墓I(yè)采集 器。
【背景技術(shù)】
[0002] 在工業(yè)采集設(shè)備的應(yīng)用中，現(xiàn)場使用環(huán)境不斷的變化，廣大用戶希望數(shù)據(jù)采集的 各個終端小巧、靈活、易于實現(xiàn)控制和性價比高，運些需求使小型化及無線化成為了趨 勢，運就要求采集器具備無線傳輸功能并減小自身尺寸進行靈活配置。而當前工業(yè)采集領(lǐng) 域所采用的基于嵌入式或X86總線架構(gòu)存在W下缺點：（1)嵌入式或X86總線架構(gòu)的采集和 數(shù)據(jù)交互都需要通過總線進行擴展，設(shè)備外形尺寸難W得到控制。（2)目前數(shù)據(jù)交互擴展模 塊普遍采用的串行總線(485或CAN等）W太網(wǎng)等方式需要進行線纜聯(lián)接，安裝復雜。（3)總線 型數(shù)據(jù)采集模塊電路復雜開發(fā)周期長，不能快速響應(yīng)個性化的應(yīng)用需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 有鑒于此，有必要針對上述的問題，提供一種微型模塊化無線傳輸?shù)墓I(yè)采集器， W克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，滿足市場需求。
[0004] 本實用新型所解決的技術(shù)問題可W采用W下技術(shù)方案來實現(xiàn)：
[0005] -種微型模塊化無線傳輸?shù)墓I(yè)采集器，包括主體模塊及與其連接的ZigBee無線 收發(fā)模塊和至少一個擴展數(shù)據(jù)采集模塊;所述的主體模塊包括采集接口 FPGA模塊、主FPGA 模塊、無線收發(fā)接口 FPGA模塊，各模塊依次連接。
[0006] 作為優(yōu)選，所述的采集接口 FPGA模塊可通過數(shù)據(jù)采集FIFO緩沖器與所述的主FPGA 模塊連接。
[0007] 主FPGA模塊對采集信號的數(shù)字處理W及所有邏輯控制，主要功能包括：（1)通過 ZigBee無線收發(fā)模塊讀取配置信息，配置采集接口FPGA模塊，配置ZigBee無線收發(fā)模塊的 發(fā)送速率。（2)控制數(shù)據(jù)采集FIFO緩沖器，寫入采集配置，讀取采集數(shù)據(jù)(3)對采集到的數(shù)據(jù) 進行正確性判斷、數(shù)字處理、校驗編碼和發(fā)送時序匹配。
[000引采集接口 FPGA模塊主要負責數(shù)據(jù)的采集接口轉(zhuǎn)換，并在主FPGA模塊的控制下對數(shù) 據(jù)采集模進行邏輯控制。
[0009] 無線收發(fā)接口 FPGA模塊主要負責數(shù)據(jù)無線收發(fā)的接口轉(zhuǎn)換，并在主FPGA模塊的控 制下對Zi濁ee無線收發(fā)模塊進行邏輯控制。
[0010] 作為優(yōu)選，所述的擴展數(shù)據(jù)采集模塊和所述的Zi濁ee無線收發(fā)模塊與所述的主體 模塊插接。
[0011] 作為優(yōu)選，所述的采集接口 FPGA模塊、主FPGA模塊、無線收發(fā)接口 FPGA模塊、數(shù)據(jù) 采集FIFO緩沖器均采用XA3S100E FPGA忍片，擴展數(shù)據(jù)采集模塊采用ADS1281和MAX6675轉(zhuǎn) 換忍片，ZigBee無線收發(fā)模塊采用CC2530無線轉(zhuǎn)換忍片，支持100m傳輸距離。
[0012] 作為優(yōu)選，該采集器還可W包括電源模塊，所述的電源模塊與所述的主體模塊連 接，包括一用于外部電源連接的電源接口和電路部分。
[0013] 有益效果:通過主FPGA模塊、無線收發(fā)接口 FPGA模塊、W及ZigBee無線收發(fā)模塊實 現(xiàn)了小型化的ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸功能，并通過接入多個不同的擴展數(shù)據(jù)采集模塊實現(xiàn)單 采集結(jié)點對不同的傳感器的高精度采集。經(jīng)測試采用本發(fā)明構(gòu)建的工業(yè)采集系統(tǒng)體積較傳 統(tǒng)采集系統(tǒng)顯著縮小，在實際應(yīng)用中無線數(shù)據(jù)傳輸性能穩(wěn)定，對熱電偶，壓力變送器等傳感 器的義集精度局。
【附圖說明】
[0014] 圖1是本實用新型的電路框圖。
[0015] 圖2是本實用新型的系統(tǒng)連接示意圖。
【具體實施方式】
[0016] 為了使本實用新型實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解， 下面結(jié)合具體圖示進一步闡述本實用新型。
[0017] 如圖1，一種微型模塊化無線傳輸?shù)墓I(yè)采集器，包括主體模塊1及與其連接的 Zi濁ee無線收發(fā)模塊801和擴展數(shù)據(jù)采集模塊101、102、103、104;所述的主體模塊包括采集 接口 FPGA模塊401、主FPGA模塊601、無線收發(fā)接口 FPGA模塊701，各模塊依次連接。
[001引為了采集器數(shù)據(jù)傳輸性能的穩(wěn)定，可增加數(shù)據(jù)采集FIFO緩沖器501，采集接口 FPGA 模塊401可通過數(shù)據(jù)采集FIFO緩沖器501與所述的主FPGA模塊601連接。
[0019] 擴展數(shù)據(jù)采集模塊101、102、103、104和ZigBee無線收發(fā)模塊801可通過插接件 201、202、203、204和插接件801與主體模塊1插接。
[0020] 該采集器還可W包括電源模塊301，所述的電源模塊301與所述的主體模塊1連接， 包括一用于外部電源連接的電源接口和電路部分。
[0021] 本實用新型的各個模塊可W采用如下配置：
[0022] 采集接口 FPGA模塊、主FPGA模塊、無線收發(fā)接口 FPGA模塊、數(shù)據(jù)采集FIFO緩沖器采 用Xi 1 inx公司的大容量低成本Spartan 3E系列的XA3S100E忍片，主FPGA模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊 的基本原理、對采集信號的數(shù)字處理W及所有邏輯控制;采集接口 FPGA模塊和無線收發(fā)接 口 FPGA模塊實現(xiàn)采集電路、無線收發(fā)電路與FPGA的數(shù)字接口轉(zhuǎn)換;數(shù)據(jù)采集FIFO緩沖器實 現(xiàn)異步數(shù)據(jù)的時序匹配。
[0023] ZigBee無線收發(fā)模塊采用TI公司的新一代ZigBee忍片CC2530,完成FPGA的 ZigBee無線收發(fā)接口擴展;所有跨器件的數(shù)據(jù)傳輸均采用差分串行方式并加入了校驗算 法，確保了數(shù)據(jù)鏈的正確性。
[0024] 該采集器在使用時，將擴展數(shù)據(jù)采集模塊與相應(yīng)的傳感器連接后，將所有擴展數(shù) 據(jù)采集模塊和ZigBee無線收發(fā)模塊通過插接的方式連接至主體模塊，最后將電源模塊與外 部電源連接W完成安裝。如圖2所示，安裝完成后的系統(tǒng)為采集器1、2、N，與采集器連接的傳 感器31、32、33、34，通過21濁66無線終端2對一個或多個采集器進行數(shù)據(jù)采集和采集參數(shù)的 配置，并可將數(shù)據(jù)接入W太網(wǎng)構(gòu)成的采集網(wǎng)絡(luò)，采集網(wǎng)絡(luò)的終端可W是環(huán)形或星型拓撲結(jié) 構(gòu)。該采集器的核屯、是利用FPGA在數(shù)據(jù)處理和擴展能力上的優(yōu)勢，通過擴展數(shù)據(jù)采集模塊 和Zi濁ee無線收發(fā)模塊，幫助用戶迅速構(gòu)建滿足不同需求的無線測量系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。
[0025]微型模塊化無線工業(yè)采集器的信息處理流程為：
[00%] 1數(shù)據(jù)采集過程
[0027] 通過ZigBee無線終端的配置信息，主FPGA模塊為各個采集接口FPGA模塊配置相應(yīng) 的接口連接方式，將配置信息寫入數(shù)據(jù)采集FIFO緩沖器通過采集接口 FPGA模塊發(fā)送給數(shù)據(jù) 采集模塊后，開始讀取數(shù)據(jù)采集FIFO緩沖器中采集接口 FPGA模塊送來的采集數(shù)據(jù)。
[0028] 2數(shù)據(jù)處理過程
[0029] 主FPGA模塊在讀取數(shù)據(jù)采集FIFO緩沖器的數(shù)據(jù)后，根據(jù)數(shù)據(jù)報文格式判斷數(shù)據(jù)有 效后進行讀取，若數(shù)據(jù)無效則向ZigBee無線終端返回連接錯誤的信息；在正確讀取數(shù)據(jù)后 進行數(shù)字信號處理已獲得更穩(wěn)定有效的數(shù)據(jù)，處理完畢后通過Zi濁ee無線終端的配置信息 進行數(shù)據(jù)發(fā)送的時序匹配。
[0030] 3數(shù)據(jù)無線收發(fā)過程
[0031] 主FPGA模塊首先通過無線收發(fā)接口 FPGA模塊從ZigBee無線收發(fā)模塊獲取ZigBee 無線終端的提供的配置信息，通過運些信息對上述數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理過程參數(shù)進行配 置，并進行數(shù)據(jù)的校驗信息編碼，最后通過無線收發(fā)接口 FPGA模塊從ZigBee無線收發(fā)模塊 向Zi濁ee無線終端定期發(fā)送帶有校驗信息的采集數(shù)據(jù)報文，從而完成數(shù)據(jù)的采集。
[0032] 為驗證本發(fā)明的效果，對本微型模塊化無線工業(yè)采集器進行了一系列測試，具體 測試環(huán)境和測試結(jié)果如下：
[0033] (1)測試環(huán)境是
[0034] 使用熱電偶和電壓型壓力變送器作為采集對象，使用ESk04KA型溫箱作為標準環(huán) 境，選用ThinkPad T450筆記本電腦擴展WXU390X型USB ZigBee模塊作為ZigBee無線終端， 采集器采用5V移動電源進行供電。
[0035] (2)測試結(jié)果
[0036] 將兩組熱電偶、一組壓力變送器、移動電源與采集器連接組成采集系統(tǒng)，將采集系 統(tǒng)置入ESk04KA型溫箱，改變溫箱的溫度和壓力參數(shù)，從Zigbee配置采集器使用不同的采 樣率錄取10分鐘的采集數(shù)據(jù)，并通過校驗碼性判斷數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性，測試結(jié)果見表1。
[0037]
[0038] 通過上表，可W看出本微型模塊化無線工業(yè)采集器無線傳輸性能穩(wěn)定，采集的靈 活性、穩(wěn)定性和精度均較高。
[0039] W上所述實施例僅表達了本實用新型的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細， 但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù) 人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可W做出若干變形和改進，運些都屬于本發(fā)明 的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應(yīng)W所附權(quán)利要求為準。
【主權(quán)項】
1. 一種微型模塊化無線傳輸?shù)墓I(yè)采集器，其特征在于，包括主體模塊及與其連接的 ZigBee無線收發(fā)模塊和至少一個擴展數(shù)據(jù)采集模塊;所述的主體模塊包括采集接口 FPGA模 塊、主FPGA模塊、無線收發(fā)接口 FPGA模塊，各模塊依次連接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采集器，其特征在于，所述的采集接口 FPGA模塊可通過數(shù)據(jù)采 集FIFO緩沖器與所述的主FPGA模塊連接。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采集器，其特征在于，所述的擴展數(shù)據(jù)采集模塊和所述的 ZigBee無線收發(fā)模塊與所述的主體模塊插接。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采集器，其特征在于，所述的采集接口 FPGA模塊、主FPGA模塊、 無線收發(fā)接口FPGA模塊均采用XA3S100E FPGA芯片。5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的采集器，其特征在于，所述的數(shù)據(jù)采集FIFO緩沖器采用 XA3S100E FPGA芯片。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采集器，其特征在于，所述的擴展數(shù)據(jù)采集模塊采用ADS1281 和MAX6675轉(zhuǎn)換芯片。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采集器，其特征在于，所述的ZigBee無線收發(fā)模塊采用CC2530 無線轉(zhuǎn)換芯片。8. 根據(jù)權(quán)利要求1至7中任意一項所述的采集器，其特征在于，還包括電源模塊， 所述的電源模塊與所述的主體模塊連接。
【文檔編號】G08C17/02GK205451459SQ201620237305
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月25日
【發(fā)明人】陳浩, 蔣源明
【申請人】廣州精秀熱工設(shè)備有限公司