一种基于Modbus总线的无线数据采集仪制造技术

本实用新型专利技术涉及一种基于Modbus总线的无线数据采集仪。本实用新型专利技术中电源模块将12V变为5V和3.3V；处理器芯片与电平隔离芯片信号连接，两路电平隔离芯片与两路RS485串口芯片信号连接，两路RS485串口芯片与八个Modbus节点信号连接；处理器芯片与无线WiFi模块、GPRS模块分别信号连接；处理器芯片与继电器驱动芯片信号连接，继电器驱动芯片与八路继电器信号连接；处理器芯片与RS232串口芯片信号连接，RS232串口芯片与调试串行接口信号连接。本实用新型专利技术可以将资源、信息、物体以及人紧密联系在一起，从而创造工业物联网及相关服务，并将工业现场转变为一个可以远程测控的智能环境。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及无线数据采集仪，主要涉及一种可以采集多个Modbus终端节点数据并可通过无线WiFi和无线GPRS方式传递到远程服务器的采集设备。
技术介绍
随着无线通信技术和总线技术的不断发展，工业领域迫切需要将现场设备、仪表与工人联网起来。工业4.0的核心是连接，要把设备、生产线、工厂、供应商、产品、客户紧密地连接在一起，使得产品与生产设备之间、不同的生产设备之间以及数字世界和物理世界之间能够互联，使得机器、工作部件、系统以及人类会通过网络持续地保持数字信息的交流，以使企业的整个运行效率保持最高效的状态。“工业4.0”概念在欧洲乃至全球工业领域引起了极大关注和得到了普遍认同。Modbus是全球第一个真正用于工业现场的总线协议，可支持247个之多的远程从Modbus节点，可应用于各种数据采集和过程监控。Modbus总线协议标准完全开放，用户可以免费、放心地使用Modbus协议，不需要交纳许可证费，也不会侵犯知识产权。目前，支持Modbus的厂家超过400家，支持Modbus的产品超过600种，因此属于一种适用范围较广的总线协议。由于工业物联网中广泛采用Modbus协议作为数据采集协议，而基于Modbus总线的无线数据采集仪可以兼容多种工业设备和装置，无线数据传输方式避免了有线布线的缺点，因此具有广泛的应用前景。
技术实现思路
本技术提出了一种用于Modbus协议仪表设备数据采集的无线数据采集仪，通过Modbus总线方式采集8个Modbus仪表设备的数据，然后通过两种无线传输方式传输到服务器，实现生产设备之间的互联和设备与产品的互联，满足信息物理融合系统（CPS）的需求。本技术包括电源模块、处理器芯片、八路继电器、八个Modbus节点、无线WiFi模块、GPRS模块、RS232串口芯片、继电器驱动芯片、调试串行接口、两路电平隔离芯片和两路RS485串口芯片。所述的电源模块将12VDC电源变为5VDC和3.3VDC，给所有其他部分供电；处理器芯片与电平隔离芯片信号连接，两路电平隔离芯片分别与两路RS485串口芯片信号连接，两路RS485串口芯片与八个Modbus节点信号连接，两路并接的方式保证了数据连接备份，提高了系统可靠性；处理器芯片与无线WiFi模块、GPRS模块分别信号连接，用户可以根据实际应用场景选择合适的无线传输方式；处理器芯片与继电器驱动芯片信号连接，继电器驱动芯片与八路继电器信号连接，用于对工业现场的设备进行通断控制；处理器芯片与RS232串口芯片信号连接，RS232串口芯片与调试串行接口信号连接，用于系统软件更新或在线调试。本技术涉及的基于Modbus总线的无线数据采集仪的指标如下：系统供电范围：9VDC-16VDC；支持Modbus节点数：8个；继电器控制路数：8路；无线通信方式：WiFi与GPRS；Modbus节点采集路数：2路备份。与其他
技术介绍
相比，本技术的作用是可以提供8路Modbus节点数据采集及通电控制，以无线WiFi和无线GPRS方式传输到远程服务器。本技术提出的基于Modbus总线的无线数据采集仪可以将资源、信息、物体以及人紧密联系在一起，从而创造工业物联网及相关服务，并将工业现场转变为一个可以远程测控的智能环境。附图说明图1是本技术的电路结构示意图。图2是本技术的工作流程图。具体实施方式本技术包括电源模块1、处理器芯片2、八路继电器3、八个Modbus节点4、无线WiFi模块5、GPRS模块6、RS232串口芯片7、继电器驱动芯片8、调试串行接口9、两路电平隔离芯片10和两路RS485串口芯片11。所述的电源模块将12V变为5V和3.3V，给所有其他部分供电；处理器芯片与电平隔离芯片信号连接，2路电平隔离芯片与2路RS485串口芯片信号连接，2路RS485串口芯片与8个Modbus节点信号连接；处理器芯片与无线WiFi模块、GPRS模块分别信号连接；处理器芯片与继电器驱动芯片信号连接，继电器驱动芯片与8路继电器信号连接；处理器芯片与RS232串口芯片信号连接，RS232串口芯片与调试串行接口信号连接。如图1所示，整个系统输入为12VDC电源，所述的电源模块将12V变为5V和3.3V，给所有其他各部分供电。处理器芯片3.3V供电，8路继电器12V供电，8个Modbus节点12V供电，无线WiFi模块3.3V供电，GPRS模块3.3V供电，RS232串口芯片3.3V供电，继电器驱动芯片3.3V供电、调试串行接口3.3V供电，2路电平隔离芯片5V供电，2路RS485串口芯片5V供电。如图1所示，处理器芯片与电平隔离芯片信号连接，2路电平隔离芯片与2路RS485串口芯片信号连接，2路RS485串口芯片与8个Modbus节点信号连接。处理器芯片选用ST公司的STM32F103VCt6，2路电平隔离芯片选用B0505S，2路RS485串口芯片选用MAX485，8个Modbus节点为采用Modbus总线协议的节点设备。处理器芯片（2）实现各个Modbus仪表设备的数据采集与无线发送。如图1所示，处理器芯片与无线WiFi模块、GPRS模块分别信号连接。无线WiFi模块采用USR-C322模块，GPRS模块采用USR-GM3模块。处理器芯片分别通过独立的UART接口连接无线WiFi模块、GPRS模块，因此采集数据可以同时通过无线WiFi方式或无线GPRS方式进行传输，也可以由用户根据使用场景进行选择，只要无线数据采集仪处于相应的网络信号覆盖范围。如图1所示，处理器芯片与继电器驱动芯片信号连接，继电器驱动芯片与8路继电器信号连接。继电器驱动芯片采用ULN2803芯片，8路继电器采用OMRON/欧姆龙的G6HK-2-100继电器，用于控制8个Modbus节点的通电与否。8路继电器的控制可以根据设置的内部规则来启动，也可以通过无线通信远程控制。如图1所示，处理器芯片与RS232串口芯片信号连接，RS232串口芯片与调试串行接口信号连接。RS232串口芯片选用MAX3232芯片，调试串行接口为标准的DB9串口母头。调试PC可以通过调试串行接口进行运行调试，便于用户进行设置或修改，还可以用于在线更新程序。如图2所示，本技术的工作方式如下：当无线数据采集仪上电后进行系统初始化，等待定时采集时间间隔，如果定时时间到，打开8路继电器，给8个Modbus节点供电，通过轮询查询8个Modbus节点的数据，然后将采集到的数据进行打包处理，开启无线通信与服务器之间的握手连接，将数据通过无线WiFi通信方式和无线GPRS通信方式发送给远程服务器。下一采集周期将重复上一周期的过程，实现自动数据采集。除此之外，系统还维护了个自动更新程序的流程，系统初始化后会检查是否在线更新程序，如果此时调试串行接口发送了程序更新指令，则开启在线程序更新步骤，等到更新结束后重启动系统，进入新一版程序，实施系统初始化。如果在线程序更新失败，系统也会重启动，运行前一版程序，由此保证本地软件程序的可靠、及时更新。本技术的作用是可以提供8路Modbus节点数据采集及通电控制，并以无线WiFi和GPRS方式传输到远程服务器的无线数据采集仪，而且通过远程服务器还可以操控设置采集参数。由于目前工本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于Modbus总线的无线数据采集仪，包括电源模块（1）、处理器芯片（2）、八路继电器（3）、八个Modbus节点（4）、无线WiFi模块（5）、GPRS模块（6）、RS232串口芯片（7）、继电器驱动芯片（8）、调试串行接口（9）、两路电平隔离芯片（10）和两路RS485串口芯片（11），其特征在于：所述的电源模块（1）将12VDC输入电压变为5VDC和3.3VDC电压，给所有其他部分供电；处理器芯片（2）与电平隔离芯片（10）信号连接，两路电平隔离芯片（10）与两路RS485串口芯片（11）信号连接，两路RS485串口芯片（11）与八个Modbus节点（4）信号连接；处理器芯片（2）与无线WiFi模块（5）、GPRS模块（6）分别信号连接；处理器芯片（2）与继电器驱动芯片（8）信号连接，继电器驱动芯片（8）与八路继电器（3）信号连接；处理器芯片（2）与RS232串口芯片（7）信号连接，RS232串口芯片（7）与调试串行接口（9）信号连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于Modbus总线的无线数据采集仪，包括电源模块（1）、处理器芯片（2）、八路继电器（3）、八个Modbus节点（4）、无线WiFi模块（5）、GPRS模块（6）、RS232串口芯片（7）、继电器驱动芯片（8）、调试串行接口（9）、两路电平隔离芯片（10）和两路RS485串口芯片（11），其特征在于：所述的电源模块（1）将12VDC输入电压变为5VDC和3.3VDC电压，给所有其他部分供电；处理器芯片（2）与电平隔离...

【专利技术属性】
技术研发人员：张美燕，周莉萍，彭学虎，陈丽莉，沈胜标，
申请(专利权)人：浙江水利水电学院，
类型：新型
国别省市：浙江;33