基于无线传感器组网、电力载波的芯片和监控系统技术方案

本发明专利技术实施例提供了一种基于ＷＳＮ（ＷｉｒｅｌｅｓｓＳｅｎｓｏｒＮｅｔｗｏｒｋ，无线传感器组网技术）、ＰＬＣ（Ｐｏｗｅｒ　ｌｉｎｅ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，电力载波技术）的芯片和监控系统。该芯片包括：路由处理模块、数据采集模块和多载波通信模块。上述路由处理模块，用于利用无线传感器的自组网方式和多跳的多信道通信方式，每个芯片作为一个节点均可动态地被设置为路由器或转发器，多个芯片实现自动组网。上述数据采集模块，用于通过传感器、模数／数模转换器及可编程增益放大器实时采集外部环境中的数据，将采集的数据通过内置的存储器进行缓存，并传输给多载波通信模块。本发明专利技术实施例实现了采用电力载波技术和无线技术相互结合的方式对工业设备和环境进行有效的监控。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及工业自动化应用
，尤其涉及一种基于 WSN (WirelessSensorNetwork,无线传感器组网技术)、PLC (Power line communication,电力载波技术)的芯片和监控系统。
技术介绍
工业自动化监控系统是20世纪现代制造领域中最重要的技术之一。由于它对企 业生产过程起着明显的提升作用，无论是流程性企业，还是柔性生产企业，都有明确的 应用需求。目前，包括电力、石油、化工、钢铁、冶金、采掘等在内的大型工业企业，都 针对生产过程中的主要流程建立了相应的工业自动化生产控制系统，而对于占生产设备 60%的主、辅生产设备都没有建立必要的设备状态与安全自动监控系统，通常通过人工 点检的方式定期去检查、采集设备状态数据。现有技术中的一种工业自动化监控系统的实现方案主要包括基于专缆式的监 控系统。该监控系统配置有固定式通讯网络，架设专用线缆的方式传送数据。系统中的 各种传感器节点都需预先安装，传感器节点不具有计算功能，传感器之间也不能通信， 只能通过专用电缆与工控机连接、上传模拟量或开关量信号。在实现本专利技术的过程中，专利技术人发现上述工业自动化监控系统的实现方案的缺 点为该监控系统不能适应于采矿业中的井下应用环境。首先，在投资经济性方面，其 通信基础架构的一次性投资大，而由于井下节点主要分布在巷道口导致该系统的监测覆 盖的范围有限，与工人生命息息相关的开采区、掘进区的作业面内，由于设备移动性和 环境恶劣等原因，专缆不容易进入，成为监测盲区；其次，对于移动设备占70%以上的 采矿业来说，存在空间小布线多、延伸和维护作业繁琐复杂、系统扩展性能差等特点， 由于矿床/井结构在生产过程中在不停变化，许多移动性设备根本无法安装固定有专缆 的在线监控系统，即使已安装的在线监控系统也必须根据采掘进度情况随时调整；第 三，从系统运行性能上看，由于其采用专线连接，线路容易老化或遭到腐蚀，时常发生 磨损故障，存在误报警率较高、维护工作难度大等问题。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供了一种基于无线传感器组网、电力载波的芯片和监控系 统，以实现采用有线和无线相互结合的方式对工业环境进行有效的监控。一种基于无线传感器组网、电力载波的芯片，包括路由处理模块，用于利用无线传感器的自组网方式和多跳的多信道通信方式， 每个芯片作为一个节点均可动态地被设置为路由器或转发器，多个芯片实现自动组网；数据采集模块，用于通过传感器、模数/数模转换器及可编程增益放大器实时 采集外部环境中的数据，将采集的数据通过内置的存储器进行缓存，并传输给多载波通4信模块；多载波通信模块，用于将多个独立调制载波组合，每个调制载波具有不同的载 波频率，利用所述多个调制载波中的部分调制载波通过无线网络进行数据传输，与其它 芯片进行通信，所述多个调制载波中的其它调制载波作为备用。一种基于无线传感器组网、电力载波的监控系统，包括多个节点和管理单 元，管理单元通过电力载波和无线网络相结合的方式，与各个节点相互连接，节点，每个节点中包括一个上述权利要求1至4任一项所述的芯片，用于通过传 感器实时采集外部环境中的数据，再通过多载波联合通信的方式，利用所述无线网络、 有线网络将采集到的数据传输给管理单元；管理单元，用于通过向各个节点发送管理命令综合管理各个节点的激活、维 持、开启和关闭，配置各个节点的信号调制方法、频带选择、数据发送模式等信息；接 收各个节点发送的数据，进行综合分析。由上述本专利技术的实施例提供的技术方案可以看出，本专利技术实施例提供的芯片和 检测系统采用了先进的数字信号处理技术、通讯技术、容错技术及网络理论，克服了无 线通讯和电力载波在特定运行环境下的弱点，实现了各类终端用户数据的可靠连接。它 将根本改变以往对终端对象监测必须依赖专用传输缆的方式，进而实现“无专缆”的终 端监测通信模式。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使 用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例， 对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图 获得其他的附图。图1为本专利技术实施例一提供的一种基于WSN和PLC的新型集成电路芯片的结构 示意图；图2为本专利技术实施例一提供的一种井下配电开关柜的接线方式示意图；图3为基于图1所示的芯片，本专利技术实施例二提供的一种监控系统的 WPN(wireless & PLCC Network)智能网络技术原理示意图；图4为基于图1所示的芯片，本专利技术实施例二提供的一种监控系统的结构示意 图；图5为本专利技术实施例二提供的一种监控系统在煤矿井下的应用场景示意图。 具体实施例方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施 例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实 施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普 通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护 的范围。实施例一本专利技术实施例提出了一种基于WSN和PLC的新型集成电路芯片。上述芯片将 集成高速MCS-51兼容CPU，整个通信协议栈功能由硬件电路完成，CPU可被用来提供 应用系统的编程。无线通信部分由工作在2.14GHz的WAFE(无线模拟前端)和集成在 SoC (窄带高速电力线通信)中的数字基带处理器及协议栈组成，芯片通信支持鉴权和认 证。上述芯片可以选用Keil μ Vision作为它的软件开发工具，将KeilC语言编辑、汇编 编译、连接及调试等功能集于一体，实现各领域用户应用开发需求。上述芯片的具体结构如图1所示，可以包括如下的模块物理层处理模块11，用于配置芯片的信号调制方法、频带选择，以及激活、维 持、关闭芯片的机械特性、电气特性、功能特性以及过程特性。路由处理模块12，用于利用无线传感器的自组网方式和多跳的多信道通信方式 进行组网，每个芯片作为一个节点均可动态地被设置为路由器或转发器，在小范围内多 个芯片实现自动组网，并可以完成自适应及自动维护网络等功能。从而不必再投入大量 的人工干预以进行人工网络测量、调试等步骤，从而大大节省维护费用。该路由处理模 块可以兼容EIA-709.1和EIA-709.2标准规范的通信协议。比如，如果矿井下没有可接入的光纤以太网络，电力载波传输就必须跨越变 压器以实现更远距离传输。这时，可以通过在变压器两端的两个芯片之间建立“无线 桥”，作为不同电压等级下电力载波传输的信息桥。这时的路由网关芯片还必须具备自 组网传输功能，成为网桥节点。数据采集模块13，用于通过传感器、模数/数模转换器及可编程增益放大器 实时采集外部环境中的温度、气体浓度等数据，将采集的数据通过内置的存储器进行缓 存，并传输给多载波通信模块。在矿井巷道内，通常距离较远，巷道内人员车辆稀少，且没有十分重要的设备 需要监控，沿途不少区段是专缆监测系统和人员定位系统的盲区。上述数据采集模块可 以接收沿途来自环境、人员车辆等方面的无线传感器信号，并将其转换为电力载波信号 通过直接加载至电缆上，远传至IOkV配电柜的接收端，再通过网关上传至光纤网络，进 而实现人员车本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于无线传感器组网、电力载波的芯片，其特征在于，包括：路由处理模块，用于利用无线传感器的自组网方式和多跳的多信道通信方式，每个芯片作为一个节点均可动态地被设置为路由器或转发器，多个芯片实现自动组网；数据采集模块，用于通过传感器、模数／数模转换器及可编程增益放大器实时采集外部环境中的数据，将采集的数据通过内置的存储器进行缓存，并传输给多载波通信模块；多载波通信模块，用于将多个独立调制载波组合，每个调制载波具有不同的载波频率，利用所述多个调制载波中的部分调制载波通过无线网络进行数据传输，与其它芯片进行通信，所述多个调制载波中的其它调制载波作为备用。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：程毅，崔杨，
申请(专利权)人：北京福星晓程电子科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：11