專利名稱：基于電力載波通訊的復(fù)合式數(shù)據(jù)采集裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種基于電力線載波用于多種類型信號輸出的傳感器和設(shè)備狀態(tài)的新型復(fù)合數(shù)據(jù)采集裝置，具體的說本裝置是一種可以處理模擬量電流輸入和開關(guān)量電平輸入信號的信號采集方式，利用電力線載波通訊的復(fù)合數(shù)據(jù)采集裝置，具有很強(qiáng)的通用性。
背景技術(shù)：
隨著人們對自動化程度的要求也越來越高，各種物理量探測傳感器的應(yīng)用也越來越廣泛。但是，如何將傳感器輸出的各種數(shù)字或模擬量信號有效的采集及處理和遠(yuǎn)程傳輸就成了自動化環(huán)節(jié)中的最重要一環(huán)。這就是為什么從90年代以來，涌現(xiàn)出了很多種基于現(xiàn)場總線的數(shù)據(jù)采集模塊和象CCLINK、INTEL BUS、DEVICE NET等多種現(xiàn)場總線結(jié)構(gòu)的原因，但不論基于何種現(xiàn)場總線的數(shù)據(jù)采集模塊，都有三個共同點1、只能在某一個或幾個特定的通訊協(xié)議下進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，2、必須通過專用通訊電纜，3、要求傳感器輸出數(shù)字信號。這就給用戶的使用帶來了一定的限制，在多種類型傳感器多種信號輸出的情況下尤為突出。
2005年4月13日中國實用新型專利說明書，公告號“CN 2692755Y”，公告了一種“電力線載波防盜報警器”，它只是針對基于電力載波通訊的單一類型防盜傳感器的一種發(fā)明，不能解決上述所述多種傳感器同時應(yīng)用并通過電力載通訊的場所；并且，其電力載波的實現(xiàn)方式是靠通用器件通過簡單的調(diào)頻傳輸實現(xiàn)，在我國許多電力線上存在大量隨機(jī)出現(xiàn)的各種電力噪音情況下，是難以達(dá)到高質(zhì)量、高速率和高可靠傳送數(shù)據(jù)的。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于提供一種基于電力載波通訊的復(fù)合式數(shù)據(jù)采集裝置，可以在現(xiàn)有高噪聲的電力線上高速、有效地傳送現(xiàn)場采集到的傳感器或設(shè)備狀態(tài)信號。
本實用新型的技術(shù)方案是
一種基于電力載波通訊的復(fù)合式數(shù)據(jù)采集裝置，包括有信號處理單元和連接在信號處理單元上的信號采集單元和輸出控制單元，以及為整個裝置供電的電源，其特征在于，信號采集單元具有模擬量和電平信號輸入接口，信號采集單元通過其中的信號轉(zhuǎn)換電路和信號處理單元相連接，信號處理單元中含有自動選擇載波波段和傳送頻率的電力載波芯片，信號處理單元的輸出端連接有與電力線進(jìn)行信號耦合的信號耦合單元。
信號耦合單元可將調(diào)制過的信號發(fā)送至電力線上，或者從電力線上接受調(diào)制過的信號，送至信號處理單元處理。
在上述方案的基礎(chǔ)上，可以選擇附加技術(shù)方案如下所述基于電力載波通訊的復(fù)合式數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于，其信號處理單元包括有微處理器芯片STC89C52，自動選擇載波波段和傳送頻率的電力載波芯片，電阻，晶振，電感，電容，其中微處理器芯片STC89C52通過數(shù)據(jù)線與信號采集單元中的模擬量信號轉(zhuǎn)換電路中的發(fā)送端相連，通過8、9、10、11、12管腳分別和電力載波單元中電力載波芯片的輸出管腳相連。
所述基于電力載波通訊的復(fù)合式數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于，其電力載波芯片內(nèi)部集成有依次串聯(lián)的低噪聲放大、帶通濾波器、調(diào)制解調(diào)器、數(shù)字功率放大器單元電路，電力載波集成芯片的輸出管腳分別與信號處理單元中微處理器芯片STC89C52的8、9、10、11、12管腳相連，電力載波集成芯片的通過發(fā)送、接收端與信號耦合單元中信號耦合變壓器T1的次級相連。
所述基于電力載波通訊的復(fù)合式數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于，其信號耦合單元包括耦合變壓器T1，消諧電感L2、L3、L5、L6、L8，限流電阻及消諧、保護(hù)電容，保護(hù)雙向二極管D1，耦合變壓器T1的初級端通過電阻和電感L8與外部交流電源相連，之間并聯(lián)壓敏電阻RV1，耦合變壓器T1的次級通過電感L5、L2、電阻與電力載波芯片的發(fā)送、接收端相連，接收端之間并聯(lián)電感L3，L6，保護(hù)雙向二極管D1并接在耦合變壓器T1的次級之間。
所述基于電力載波通訊的復(fù)合式數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于，信號采集單元包括有接線端子、數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片、光耦隔離芯片，數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片的模擬信號端與接線端子相連，數(shù)字信號端與信號處理單元的微處理器芯片STC89C52的數(shù)據(jù)端相連，光耦隔離器的電源端與裝置中的+5V和地相連，輸出端與信號處理單元的微處理器芯片STC89C52的輸入端相連。
所述基于電力載波通訊的復(fù)合式數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于，輸出控制單元包括有可控硅，電阻，接線端子，可控硅的輸入腳與信號處理單元的微處理器芯片STC89C52的輸出端相連。
本實用新型的有益效果是用于接收傳感器和設(shè)備的模擬量和數(shù)字量信號，而電力載波電路根據(jù)外部電力線的環(huán)境情況借助軟硬件的不同的實時組合，選用最合適的載波波段，用最佳的信號傳送頻率可靠、高速、高效地將現(xiàn)場采集到的傳感器或設(shè)備信號傳送至信號接收端?？蓪崿F(xiàn)各種傳感器和設(shè)備的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和集中控制，尤其需要區(qū)域和集中報警控制器的消防監(jiān)控系統(tǒng)，可以用一個非常簡單的系統(tǒng)來實現(xiàn)。


圖1是本實用新型的電路原理方框圖。
圖2是本實用新型實施例信號處理單元的電路原理圖。
圖3是本實用新型實施例信號電力載波芯片和耦合單元的電路原理圖。
圖4是本實用新型實施例電平輸入部分中的電路圖。
圖5是本實用新型實施例電源部分的電路原理圖。
圖6是本實用新型實施例輸出控制部分的電路原理圖。
圖7是本實用新型實施例信號采集單元中數(shù)模轉(zhuǎn)換部分的電路原理圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進(jìn)一步說明。
本實用新型的具體實施例，一種新型基于電力載波通訊的復(fù)合數(shù)據(jù)采集裝置，其原理圖和電路圖如附圖1和附圖2-7所示，一種基于電力載波通訊的復(fù)合式數(shù)據(jù)采集裝置，包括有信號處理單元和連接在信號處理單元上的信號采集單元和輸出控制單元，以及為整個裝置供電的電源，其特征在于，信號采集單元具有模擬量和電平信號輸入接口，信號采集單元通過其中的信號轉(zhuǎn)換電路和信號處理單元相連接，信號處理單元中含有自動選擇載波波段和傳送頻率的電力載波芯片，信號處理單元的輸出端連接有與電力線進(jìn)行信號耦合的信號耦合單元。信號耦合單元可將調(diào)制過的信號發(fā)送至電力線上，或者從電力線上接受調(diào)制過的信號，送至信號處理單元處理。遠(yuǎn)程接收端通過類似的信號處理單元解調(diào)由電力線接收的信號即可得到所需的信息。
其中，各單元的電路組成詳述如下如附圖2、3所示，為本實施例的信號處理單元和信號耦合單元電路圖，信號處理單元包括有STC89C52芯片，晶振，電感、電容和電力載波芯片SOKINY，STC89C52芯片將接收到的數(shù)據(jù)處理后，通過自診手段而選定發(fā)送頻率載波波段，再通過信號耦合線路將數(shù)據(jù)發(fā)送到電力線上。微處理器芯片STC89C52通過數(shù)據(jù)線與信號采集單元中的模擬量信號轉(zhuǎn)換電路中的發(fā)送端相連，通過8、9、10、11、12管腳和電力載波芯片SOKINY的1、11、12、13、14、15管腳相連。信號耦合單元包括耦合變壓器T1，消諧電感L2、L3、L5、L6，L8限流電阻及消諧、保護(hù)電容，保護(hù)雙向二極管D1，耦合變壓器T1的初級端通過電阻和電感L8與外部交流電源相連，之間并聯(lián)壓敏電阻RV1，耦合變壓器T1的次級通過電感L5、L2電阻與電力載波芯片的發(fā)送、接收端相連，接收端之間并聯(lián)電感L3，L6，保護(hù)雙向二極管D1并接在耦合變壓器T1的次級之間。
其中，本實施例中所采用的具有自動選擇載波波段和頻率的電力載波芯片為成都索克利科技有限責(zé)任公司生產(chǎn)的SOKINY電力載波芯片。
信號采集單元的電路圖，如附圖4、7所示，信號采集單元包括有接線端子、AD轉(zhuǎn)換電路、電平輸入電路、光耦；AD轉(zhuǎn)換電路的模擬信號端與模擬量信號的接線端子相連，數(shù)字信號端與信號處理單元中微處理器STC89C52的數(shù)據(jù)端相連，光耦隔離器的電源端與裝置中的+5V和地相連，輸出端與信號處理單元中微處理器STC89C52的輸入端相連，其接線端子用于連接傳感器或其它設(shè)備。
如附圖6所示，本實施例的輸出控制單元，包括有可控硅，電阻，接線端子，可控硅的控制腳與信號處理單元中微處理器芯片STC89C52的輸出端相連?？煽毓璧妮斎肱c交流220電力線的火線相連，可控硅輸出腳與受控設(shè)備電源端的火線相連。
如附圖5所示電源單元，提供有+5V、+9ヘ24V兩路電源輸出，+5V用于給本裝置提供工作電源，+9ヘ24V用于給外圍設(shè)備或傳感器供電。
本實用新型基于電力載波通訊的復(fù)合式數(shù)據(jù)采集裝置與傳統(tǒng)其他數(shù)據(jù)采集裝置相比傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集裝置，只能基于在某一具體信號輸入的基礎(chǔ)之上，當(dāng)現(xiàn)場有多個不同類型信號輸出的設(shè)備時，就必須增加數(shù)據(jù)采集裝置的類型和數(shù)量，造成系統(tǒng)的成本高，系統(tǒng)安裝和維護(hù)復(fù)雜，而本新型是基于電力載波通訊的復(fù)合式數(shù)據(jù)采集裝置，對輸入開關(guān)量電平、模擬量電流信號都可以進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，可以解決目前很多數(shù)據(jù)采集模塊在應(yīng)用中的局限性。尤其在消防安全監(jiān)控的應(yīng)用尤其突出。
隨著我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)高速增長和城鄉(xiāng)一體化進(jìn)程的逐步加快，高層建筑物的數(shù)量越來越多，對集中報警控制器的要求也越來越高，而目前我國消防領(lǐng)域中的報警控制器所普遍采用的方式不外乎傳感器輸出開關(guān)量電平或模擬量電流信號，通訊采用4-20mA電流或485，由于上述兩種通訊方式的通訊距離在1200米以內(nèi)，當(dāng)應(yīng)用距離超過1200米時，就只能采取區(qū)域報警加集中報警，這就造成報警設(shè)備的大量增加，且必須鋪設(shè)大量的通訊電纜，不僅使施工、調(diào)試的難度和成本增加，還造成系統(tǒng)運行的不可靠和維護(hù)上難度的增加，加上各廠家數(shù)據(jù)采集模塊與區(qū)域報警控制器或集中報警控制器的通訊協(xié)議的不同，造成用戶在選擇傳感器和報警控制器上存在著很大的局限性，特別是當(dāng)用戶需要更換使用中的數(shù)據(jù)采集模塊(編碼底座)時其選擇性幾乎為零。在國內(nèi)消防報警控制系統(tǒng)行業(yè)中被大量使用的感煙、感溫傳感器輸出的信號只有模擬量電流和開關(guān)量電平信號，而本裝置的信號采集單元就是針對這一特性，對感煙、感溫傳感器輸出開關(guān)量電平、電流信號進(jìn)行集中處理，轉(zhuǎn)換成微處理器可識別的數(shù)字信號，經(jīng)過信號處理單元和電力載波單元，將數(shù)據(jù)用最佳信號傳送的頻率通過電力線用電力載波的方式向報警控制器傳送數(shù)據(jù)，完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和通訊。在許多環(huán)境下，不再需要任何重復(fù)布線，極大地降低了成本和施工難度，并且數(shù)據(jù)采集和傳送便捷，安裝和維護(hù)、簡單，所以通用性非常強(qiáng)，可滿足與之相配接的各種感煙、感溫傳感器。
權(quán)利要求1.一種基于電力載波通訊的復(fù)合式數(shù)據(jù)采集裝置，包括有信號處理單元和連接在信號處理單元上的信號采集單元和輸出控制單元，以及為整個裝置供電的電源，其特征在于，信號采集單元具有模擬量和電平信號輸入接口，信號采集單元通過其中的信號轉(zhuǎn)換電路和信號處理單元相連接，信號處理單元中含有自動選擇載波波段和傳送頻率的電力載波芯片，信號處理單元的輸出端連接有與電力線進(jìn)行信號耦合的信號耦合單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于電力載波通訊的復(fù)合式數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于，其信號處理單元包括有微處理器芯片STC89C52，自動選擇載波波段和傳送頻率的電力載波芯片，電阻，晶振，電感，電容，其中微處理器芯片STC89C52通過數(shù)據(jù)線與信號采集單元中的模擬量信號轉(zhuǎn)換電路中的發(fā)送端相連，通過8、9、10、11、12管腳分別和電力載波單元中電力載波芯片的輸出管腳相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述基于電力載波通訊的復(fù)合式數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于，其電力載波芯片內(nèi)部集成有依次串聯(lián)的低噪聲放大、帶通濾波器、調(diào)制解調(diào)器、數(shù)字功率放大器單元電路，電力載波集成芯片的輸出管腳分別與信號處理單元中微處理器芯片STC89C52的8、9、10、11、12管腳相連，電力載波集成芯片的通過發(fā)送、接收端與信號耦合單元中信號耦合變壓器T1的次級相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于電力載波通訊的復(fù)合式數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于，其信號耦合單元包括耦合變壓器T1，消諧電感L2、L3、L5、L6、L8，限流電阻及消諧、保護(hù)電容，保護(hù)雙向二極管D1，耦合變壓器T1的初級端通過電阻和電感L8與外部交流電源相連，之間并聯(lián)壓敏電阻RV1，耦合變壓器T1的次級通過電感L5、L2、電阻與電力載波芯片的發(fā)送、接收端相連，接收端之間并聯(lián)電感L3，L6，雙向二極管D1并接在耦合變壓器T1的次級之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于電力載波通訊的復(fù)合式數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于，信號采集單元包括有接線端子、數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片、光耦隔離芯片，數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片的模擬信號端與接線端子相連，數(shù)字信號端與信號處理單元的微處理器芯片STC89C52的數(shù)據(jù)端相連，光耦隔離器的電源端與裝置中的+5V和地相連，輸出端與信號處理單元的微處理器芯片STC89C52的輸入端相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述基于電力載波通訊的復(fù)合式數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于，輸出控制單元包括有可控硅，電阻，接線端子，可控硅的控制腳與信號處理單元的微處理器芯片STC89C52的13管腳相連。輸入腳與交流220V的火線相連，輸出腳與受控設(shè)備電源端的火線相連。
專利摘要本實用新型公開了一種基于電力載波通訊的復(fù)合式數(shù)據(jù)采集裝置，包括有信號處理單元和連接在信號處理單元上的信號采集單元和輸出控制單元，以及為整個裝置供電的電源，其特征在于，信號采集單元具有模擬量和電平信號輸入接口，信號采集單元通過其中的信號轉(zhuǎn)換電路和信號處理單元相連接，信號處理單元中含有自動選擇載波波段和傳送頻率的電力載波芯片，信號處理單元的輸出端連接有與電力線進(jìn)行信號耦合的信號耦合單元?？蓪崿F(xiàn)各種傳感器和設(shè)備的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和集中控制，通過電力線載波傳遞數(shù)據(jù)，無需另行布置數(shù)據(jù)線，可以簡化系統(tǒng)布置。
文檔編號G08C19/00GK2904151SQ20062003289
公開日2007年5月23日 申請日期2006年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月20日
發(fā)明者楊世宏, 鄭文宸 申請人:楊世宏, 鄭文宸