專利名稱：綜合信息系統(tǒng)傳輸平臺的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及數(shù)據(jù)傳輸領域，特別是一種綜合信息系統(tǒng)傳輸平臺。
背景技術：
在鐵路、煤礦、?；髽I(yè)等特殊行業(yè)中，事故的發(fā)生率居高不下，給國家?guī)?來了巨大的經(jīng)濟損失和人員傷亡，究其原因，并非缺少相關的安全監(jiān)控設備，而 是每個廠家生產(chǎn)的監(jiān)控設備各自為政。
如圖1所示，在現(xiàn)有的煤礦、?；髽I(yè)、隧道等高危險性作業(yè)中，傳統(tǒng)的通 信數(shù)據(jù)傳輸在系統(tǒng)架構(gòu)方面，現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)一般都是底層數(shù)據(jù)收集網(wǎng)絡采用被動 式RFID網(wǎng)絡，數(shù)據(jù)傳輸采用現(xiàn)場總線方式(RS485等)，該方式效率低下、數(shù)據(jù) 量小、接駁能力差、系統(tǒng)不可靠、穩(wěn)定性差、節(jié)點與節(jié)點之間不能相互獨立(一個 節(jié)點故障，會影響臨近的幾個節(jié)點工作)；在傳輸線纜方面，為了系統(tǒng)的穩(wěn)定性， 所以一般都是一個設備對應一條傳輸線纜，即有多少個設備就需要有多少根傳輸 線纜，在這些特定的環(huán)境中，線材的鋪設成本遠遠大于設備本身，所以系統(tǒng)的成 本一般都是高不可攀；還有在掃描時間方面，往往都是定時采集數(shù)據(jù)，由于監(jiān)控 中心不能夠?qū)鞲衅骶W(wǎng)絡進行控制，所以數(shù)據(jù)的傳輸往往都是單向的， 一旦設備 安裝并調(diào)試好之后，其數(shù)據(jù)量、傳輸模式就固定，不能改變；還有在高危險性作 業(yè)中，依靠系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)， 一旦發(fā)生災難，系統(tǒng)便癱瘓，無法正常工作，導致 大量的人員傷亡和救援效率的低下；現(xiàn)目前的系統(tǒng)往往互相接駁的能力很低，基 本上不能做到統(tǒng)一和相互呼應，在現(xiàn)有的現(xiàn)場總線傳輸模式下，掛接一個其它設 備往往會影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
在這些特殊行業(yè)中，線纜的鋪設成本遠遠大于設備本身的成本，所以現(xiàn)有的 通信系統(tǒng)在成本上考慮是不實際的。每個廠家生產(chǎn)的監(jiān)控產(chǎn)品各自獨立，缺乏互 相通信能力。
基于此，如果能夠設計出一套系統(tǒng)方案，使得所有的監(jiān)控設備的數(shù)據(jù)回傳和 控制命令的下發(fā)都能夠共用一根線纜，這樣便可以極大的降低控制設備的鋪設成 本，對設備的管理也提供了極大的方便。
實用新型內(nèi)容
本實用新型為解決上述技術問題提供了綜合信息系統(tǒng)傳輸平臺，通過冗余網(wǎng) 絡的設計，采用調(diào)制解調(diào)技術實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，特別適用于復雜、監(jiān)測數(shù)據(jù)多樣性 的應用環(huán)境(如煤礦、鐵路、隧道等高危險性行業(yè))。
綜合信息系統(tǒng)傳輸平臺，其特征在于包括底層無線射頻收發(fā)子系統(tǒng)、N個 數(shù)據(jù)采集基站和監(jiān)控中心，所述數(shù)據(jù)采集基站主要由基站射頻收發(fā)模塊、MCU處
理模塊、數(shù)字調(diào)制解調(diào)模塊構(gòu)成，所述無線射頻收發(fā)子系統(tǒng)通過傳感器和底層射 頻收發(fā)模塊一一對應組成，底層射頻收發(fā)模塊由單片機控制。
所述綜合信息系統(tǒng)傳輸平臺的工作步驟為-
單片機根據(jù)傳感器的協(xié)議讀取數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)傳輸至底層射頻收發(fā)模塊， 底層射頻收發(fā)模塊將收到的串行比特流數(shù)據(jù)調(diào)制成一定頻率(頻率可以通過程序
控制)的射頻信號；所述基站射頻收發(fā)模塊接收由底層無線射頻收發(fā)模塊產(chǎn)生的 射頻信號并還原成數(shù)字信息，MCU處理模塊讀取數(shù)字信息后對數(shù)據(jù)作判斷、打包 處理，最后將打包之后的數(shù)據(jù)包傳送到數(shù)字調(diào)制解調(diào)模塊，將數(shù)據(jù)包調(diào)制成數(shù)字 調(diào)制信號傳向監(jiān)控中心(頻率可以由程序控制，每個基站的頻率不一樣)；監(jiān)控中 心對每一組基站傳來的數(shù)字調(diào)制信號進行解調(diào)并還原，最后對還原的數(shù)據(jù)進行判 斷、存儲、顯示處理；
當監(jiān)控中心控制監(jiān)控對象時，只需要往下發(fā)送一串控制命令，監(jiān)控中心將控 制命令調(diào)制成數(shù)字調(diào)制信號傳向數(shù)字采集基站，當數(shù)字調(diào)制信號的頻率和數(shù)字采 集基站的解調(diào)頻率一致時，數(shù)字采集基站基站接收數(shù)字調(diào)制信號并還原成數(shù)字信 號，MCU處理模塊都還原的數(shù)字信號進行數(shù)據(jù)判斷、打包，然后將打包的數(shù)據(jù)包
傳輸至基站射頻收發(fā)模塊轉(zhuǎn)換成無線射頻信號發(fā)送，底層射頻收發(fā)模塊接收數(shù)據(jù) 采集基站傳來的無線射頻信號之后，通過單片機將控制命令轉(zhuǎn)發(fā)至傳感器，從而 實現(xiàn)對監(jiān)控對象的控制。
所述傳感器采用US ART接口 (Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter,通用同步異步發(fā)送接收器)和MCU處理模塊相連。
所述單片機和基站射頻收發(fā)模塊之間的連接方式采用SPI， SPI的時序通過單 片機的IO口進行軟件模擬。
當傳感器單向傳送數(shù)據(jù)時，即傳感器定時發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送之后傳感器進入休 眠狀態(tài)；當傳感器上傳數(shù)據(jù)時，監(jiān)控中心根據(jù)接收的數(shù)據(jù)對傳感器設備進行反饋控制。
數(shù)據(jù)采集基站接收射頻信號，并將接收到的數(shù)據(jù)調(diào)制成載波信號往監(jiān)控中心 傳輸，在監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)管理機房對信號進行解調(diào)，恢復原始數(shù)據(jù)，并存儲在數(shù) 據(jù)庫服務器中，以供監(jiān)控中心調(diào)用。
另一方面，數(shù)據(jù)采集基站接收監(jiān)控中心發(fā)來的命令并將命令發(fā)送到指定的傳 感器，基站射頻收發(fā)模塊采用外部中斷方式。
所述平臺的數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡采用無線方式，數(shù)據(jù)傳輸采用有線方式。在煤礦、 隧道等事故率頻發(fā)的高危險性領域當中，容易發(fā)生垮塌或意外性事件引起主干線 故障，從而導致整個系統(tǒng)癱瘓的問題。為了避免由此而導致的情況，故鋪設冗余 網(wǎng)絡系統(tǒng)，從其它的安全通道(如煤礦的回風巷)布線，這樣就可確保發(fā)生任何事故 的時候，網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的安全性。
如果監(jiān)控中心和數(shù)據(jù)采集基站之間進行數(shù)據(jù)交換，必須通過握手協(xié)議， 一旦 經(jīng)過多次的握手都不成功之后，那么監(jiān)控中心認為主干傳輸線發(fā)生故障中斷，立 即發(fā)送一命令至冗余網(wǎng)絡系統(tǒng)，閉合繼電器，形成另外一個通路，這時，整個網(wǎng) 絡分為兩個網(wǎng)絡構(gòu)成。如圖12所示，假設監(jiān)控中心發(fā)送握手協(xié)議至基站3，但是 由于基站2與3之間發(fā)生線路中斷，那么發(fā)送給基站3的握手協(xié)議就不會成功， 此時，監(jiān)控中心認為基站3斷開，則立刻進行網(wǎng)絡重組，首先啟動冗余網(wǎng)絡系統(tǒng)， 然后通過冗余系統(tǒng)再次和基站3或之后的基站進行握手協(xié)議和數(shù)據(jù)交互。
系統(tǒng)正常工作時，冗余網(wǎng)絡不承擔任何任何任務，繼電器處于斷開狀態(tài)，保 證波形不會串擾，當發(fā)生故障時， 一旦主干線的傳輸電纜被損壞，那么監(jiān)控中心 通過向冗余網(wǎng)絡發(fā)送一命令啟動冗余網(wǎng)絡。 本實用新型的有益效果如下-
本實用新型采用無線射頻網(wǎng)絡和調(diào)制解調(diào)技術作為傳輸平臺，該平臺具有效 率高、數(shù)據(jù)量大、可以和其他系統(tǒng)具有很好的相容接駁性、系統(tǒng)穩(wěn)定性高等優(yōu)點；
采用調(diào)制解調(diào)傳輸方式，由于載波信號可以和電源共用一條線，所以采用該 方式，所有的監(jiān)控系統(tǒng)都可以掛接到一條線上，大大降低了系統(tǒng)的成本；由于調(diào)
制解調(diào)本身具有高帶寬，所以視頻信號、語音信號、傳感器數(shù)據(jù)和其它一些開關 量數(shù)據(jù)都可以共同、同時、共線傳輸，數(shù)據(jù)之間的區(qū)別主要靠數(shù)據(jù)的打包方式和
調(diào)制解調(diào)的頻率來區(qū)分；
在本系統(tǒng)平臺中，由于監(jiān)控中心監(jiān)控總線能夠?qū)鞲衅骶W(wǎng)絡進行實時的反饋控制，所以對其終端設備的數(shù)據(jù)傳輸時間、模式等進行實時改變；
由于加入了冗余網(wǎng)絡系統(tǒng)，其傳輸線纜通過其它的途徑傳輸至數(shù)據(jù)管理機房， 那么在發(fā)生災難之后，如果造成主干線斷裂，那么備用的冗余網(wǎng)絡系統(tǒng)自動啟動，
將數(shù)據(jù)實時有效的傳輸至監(jiān)控中心；還可以根據(jù)實際情況的需要，鋪設多倍的冗 余系統(tǒng)；
本平臺掛接一個新的設備只需要在終端設備的基礎上添加一個射頻收發(fā)模 塊，便可以將該終端設備整合到系統(tǒng)中，所以該系統(tǒng)具有高效的接駁能力；
系統(tǒng)架構(gòu)采用一根線纜，所以成本和施工會大大降低，而且每一個系統(tǒng)基站 的硬件設計完全相同，施工完成之后，可以通過監(jiān)控中心對每一個基站進行功能 配置，使之完成不同的功能；
本系統(tǒng)針對復雜、監(jiān)測數(shù)據(jù)多樣性的應用環(huán)境進行設計，結(jié)合不同的終端傳 感器和監(jiān)控設備，可以用在煤礦、鐵路、?；髽I(yè)等行業(yè)，也可以應用于大型倉 儲貨物調(diào)管系統(tǒng)和軍隊后勤保障系統(tǒng)以及軍用船舶損管輔助系統(tǒng)。

圖1為背景技術中傳統(tǒng)的通信框圖
圖2為本實用新型的系統(tǒng)架構(gòu)示意圖
圖3為本實用新型的射頻收發(fā)模塊框圖
圖4為本實用新型的基站結(jié)構(gòu)示意圖
圖5為本實用新型的射頻模塊的流程圖
圖6為本實用新型的射頻模塊的流程圖
圖7為本實用新型的基站框圖
圖8為本實用新型的基站流程框圖
圖9為本實用新型的冗余網(wǎng)絡系統(tǒng)框圖
圖IO為本實用新型的網(wǎng)絡重組結(jié)構(gòu)示意圖
圖11為本實用新型的冗余網(wǎng)絡硬件連接圖 圖12為本實用新型的冗余網(wǎng)絡程序流程圖 圖13為本實用新型采用的CC1100的電路圖
圖中標記為1、數(shù)據(jù)采集基站，2、監(jiān)控中心，3、基站射頻收發(fā)模塊，4、 MCU處理模塊，5、數(shù)字調(diào)制解調(diào)模塊，6、傳感器。
具體實施方式
如圖2-13所示，綜合信息系統(tǒng)傳輸平臺，包括底層無線射頻收發(fā)子系統(tǒng)、N 個數(shù)據(jù)采集基站和監(jiān)控中心，所述數(shù)據(jù)采集基站主要由基站射頻收發(fā)模塊、MCU 處理模塊、數(shù)字調(diào)制解調(diào)模塊構(gòu)成，所述無線射頻收發(fā)子系統(tǒng)通過傳感器和底層 射頻收發(fā)模塊一一對應組成，底層射頻收發(fā)模塊由單片機控制。
所述綜合信息系統(tǒng)傳輸平臺的工作步驟為
單片機根據(jù)傳感器的協(xié)議讀取數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)傳輸至底層射頻收發(fā)模塊， 底層射頻收發(fā)模塊將收到的串行比特流數(shù)據(jù)調(diào)制成一定頻率(頻率可以通過程序
控制)的射頻信號；所述基站射頻收發(fā)模塊接收由底層無線射頻收發(fā)模塊產(chǎn)生的 射頻信號并還原成數(shù)字信息，MCU處理模塊讀取數(shù)字信息后對數(shù)據(jù)作判斷、打包 處理，最后將打包之后的數(shù)據(jù)包傳送到數(shù)字調(diào)制解調(diào)模塊，將數(shù)據(jù)包調(diào)制成數(shù)字 調(diào)制信號傳向監(jiān)控中心(頻率可以由程序控制，每個基站的頻率不一樣)；監(jiān)控中
心對每一組基站傳來的數(shù)字調(diào)制信號進行解調(diào)并還原，最后對還原的數(shù)據(jù)進行判
斷、存儲、顯示處理；
當監(jiān)控中心控制監(jiān)控對象時，只需要往下發(fā)送一串控制命令(通訊協(xié)議由自 己定義，如通訊協(xié)議定義為起始位(0xAA)、命令位、設備號、數(shù)據(jù)個數(shù)、數(shù)據(jù)位、 校驗位結(jié)束位(0xFF)構(gòu)成，則可以發(fā)送控制命令為0XAA 0X01 0X05 0X00 0X00 0XFF)，監(jiān)控中心將控制命令調(diào)制成數(shù)字調(diào)制信號傳向數(shù)字采集基站，當 數(shù)字調(diào)制信號的頻率和數(shù)字采集基站的解調(diào)頻率一致時，數(shù)字采集基站基站接收 數(shù)字調(diào)制信號并還原成數(shù)字信號，MCU處理模塊都還原的數(shù)字信號進行數(shù)據(jù)判斷、 打包，然后將打包的數(shù)據(jù)包傳輸至基站射頻收發(fā)模塊哮換成無線射頻信號發(fā)送， 底層射頻收發(fā)模塊接收數(shù)據(jù)采集基站傳來的無線射頻信號之后，通過單片機將控 制命令轉(zhuǎn)發(fā)至傳感器，從而實現(xiàn)對監(jiān)控對象的控制。
所述傳感器采用USART接口 (Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter,通用同步異步發(fā)送接收器)和MCU處理模塊相連，MCU處理模塊釆 用51系列單片機中的STC12LE5406，基站射頻收發(fā)模塊采用TI公司推出的 CC畫。
所述單片機CC1100和STC12LE5406之間的連接方式采用SPI(Serial Peripheral Interface,串行外圍設備接口總線)。SPI的時序可以通過單片機 STC12LE5406的IO 口進行軟件模擬。
當傳感器單向傳送數(shù)據(jù)時，即傳感器定時發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送之后傳感器進入休
7眠狀態(tài)，程序框圖見圖5所示；當傳感器上傳數(shù)據(jù)時，監(jiān)控中心根據(jù)接收的數(shù)據(jù) 對傳感器設備進行反饋控制，如圖6所示。
根據(jù)芯片CC1100的特點，其內(nèi)部通過程序寄存器可控制其最終的數(shù)據(jù)調(diào)制解 調(diào)格式FSK調(diào)制、MSK調(diào)制、GFSK等，并且CC1100的工作頻率可以通過相關 寄存器來配置；采用CC1100芯片，增大了系統(tǒng)的可配置的靈活性能，數(shù)據(jù)采集基 站的硬件電路設計如圖13所示。
數(shù)據(jù)采集基站接收射頻信號，并將接收到的數(shù)據(jù)調(diào)制成載波信號往監(jiān)控中心 傳輸，在監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)管理機房對信號進行解調(diào)，恢復原始數(shù)據(jù)，并存儲在數(shù) 據(jù)庫服務器中，以供監(jiān)控中心調(diào)用，數(shù)據(jù)采集基站如圖7所示。
另一方面，數(shù)據(jù)采集基站接收監(jiān)控中心發(fā)來的命令并將命令發(fā)送到指定的傳 感器，基站射頻收發(fā)模塊采用外部中斷方式，例如CC1100，將CC1100的IOCFG0 寄存器配置為0x06方式，即數(shù)據(jù)包同步方式，數(shù)據(jù)采集基站流程如圖8所示。
所述底層無線射頻收發(fā)子系統(tǒng)采集傳感器的數(shù)據(jù)并通過射頻方式發(fā)送到數(shù)據(jù) 采集基站，采用的是無線方式，數(shù)據(jù)傳輸采用有線方式。在煤礦、隧道等事故率 頻發(fā)的高危險性領域當中，容易發(fā)生垮塌或意外性事件引起主干線故障，從而導 致整個系統(tǒng)癱瘓的問題。為了避免由此而導致的情況，故鋪設冗余網(wǎng)絡系統(tǒng)，從 其它的安全通道(如煤礦的回風巷)布線，這樣就可確保發(fā)生任何事故的時候，網(wǎng)絡 數(shù)據(jù)的安全性，冗余網(wǎng)絡的結(jié)構(gòu)框圖如圖10所示。
如果監(jiān)控中心和數(shù)據(jù)采集基站之間進行數(shù)據(jù)交換，必須通過握手協(xié)議， 一旦 經(jīng)過多次的握手都不成功之后，那么監(jiān)控中心認為主干傳輸線發(fā)生故障中斷，立 即發(fā)送一命令至冗余網(wǎng)絡系統(tǒng)，閉合繼電器，形成另外一個通路，這時，整個網(wǎng) 絡分為兩個網(wǎng)絡構(gòu)成。假設監(jiān)控中心發(fā)送握手協(xié)議至基站3，但是由于基站2與3 之間發(fā)生線路中斷，那么發(fā)送給基站3的握手協(xié)議就不會成功，此時，監(jiān)控中心 認為基站3斷開，則立刻進行網(wǎng)絡重組，首先啟動冗余網(wǎng)絡系統(tǒng)，然后通過冗余 系統(tǒng)再次和基站3或之后的基站進行握手協(xié)議和數(shù)據(jù)交互，如圖12所示。
系統(tǒng)正常工作時，冗余網(wǎng)絡不承擔任何任何任務，繼電器處于斷開狀態(tài)，保 證波形不會串擾，當發(fā)生故障時， 一旦主干線的傳輸電纜被損壞，那么監(jiān)控中心 通過向冗余網(wǎng)絡發(fā)送一命令啟動冗余網(wǎng)絡。CC1100調(diào)制解調(diào)接收監(jiān)控中心發(fā)送的 調(diào)制信號并解析，單片機系統(tǒng)讀取CC1100的數(shù)據(jù)并根據(jù)相應的命令控制繼電器閉 合，當繼電器一旦閉合，那么系統(tǒng)又重新組合，冗余網(wǎng)絡的硬件結(jié)構(gòu)如圖11所示。
權利要求1、綜合信息系統(tǒng)傳輸平臺，其特征在于包括底層無線射頻收發(fā)子系統(tǒng)、N個數(shù)據(jù)采集基站(1)和監(jiān)控中心(2)，所述數(shù)據(jù)采集基站(1)主要由用于收發(fā)射頻信號的基站射頻收發(fā)模塊(3)、用于分析和處理數(shù)據(jù)的MCU處理模塊(4)、用于調(diào)制數(shù)字信號的數(shù)字調(diào)制解調(diào)模塊(5)構(gòu)成，所述無線射頻收發(fā)子系統(tǒng)通過傳感器(6)和由單片機控制的底層射頻收發(fā)模塊一一對應組成。
2、 根據(jù)權利要求l所述的綜合信息系統(tǒng)傳輸平臺，其特征在于所述傳感器 采用USART接口和MCU處理模塊(4)相連。
3、 根據(jù)權利要求l所述的綜合信息系統(tǒng)傳輸平臺，其特征在于所述單片機 和基站射頻收發(fā)模塊之間采用SPI方式連接。
4、 根據(jù)權利要求l所述的綜合信息系統(tǒng)傳輸平臺，其特征在于所述用于采 集傳感器數(shù)據(jù)的底層無線射頻收發(fā)子系統(tǒng)通過射頻方式與數(shù)據(jù)采集基站(1)連接。
5、 根據(jù)權利要求1或2所述的綜合信息系統(tǒng)傳輸平臺，其特征在于所述MCU處理模塊(4)采用51系列單片機中的STC12LE5406，基站射頻收發(fā)模塊(3) 采用CC1100芯片。
專利摘要本實用新型公開了綜合信息系統(tǒng)傳輸平臺，包括底層無線射頻收發(fā)子系統(tǒng)、N個數(shù)據(jù)采集基站和監(jiān)控中心，所述數(shù)據(jù)采集基站主要由用于收發(fā)射頻信號的基站射頻收發(fā)模塊、用于分析和處理數(shù)據(jù)的MCU處理模塊、用于調(diào)制數(shù)字信號的數(shù)字調(diào)制解調(diào)模塊構(gòu)成，所述無線射頻收發(fā)子系統(tǒng)通過傳感器和由單片機控制的底層射頻收發(fā)模塊一一對應組成；本實用新型采用無線射頻網(wǎng)絡和調(diào)制解調(diào)技術作為傳輸平臺，具有效率高、數(shù)據(jù)量大、可以和其他系統(tǒng)具有很好的相容接駁性、系統(tǒng)穩(wěn)定性高等優(yōu)點。
文檔編號G08C17/02GK201425776SQ2009200816
公開日2010年3月17日 申請日期2009年6月11日 優(yōu)先權日2009年6月11日
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