一種應用超低功耗工業無線數據采集系統的數據采集方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于數據采集技術領域，具體涉及一種應用超低功耗工業無線數據采集系統的數據采集方法。
【背景技術】
[0002]工業數據采集是現場自動化控制設備與管理層之間的信息紐帶，建立和完善自動數據采集系統已成為制造工業企業信息化建設的重點。
[0003]目前，許多企業在數據采集的各環節工作中，通常使用無線傳感器采集數據，在通過上位機判斷數據是否異常，不具有實時報警功能；沒有備份機制，使得數據采集系統缺乏穩定性。
[0004]另外，由于工業數據采集設備的安裝條件限制較多，無法在任何地方都使用輸電線供電，所以數據采集設備通常采用電池供電，而安裝條件的限制會導致更換電池非常困難，所以這就對數據采集設備功耗提出了更高的要求。
【發明內容】
[0005]為了有效解決上述問題，本發明提供一種實時報警、具有備份機制的數據采集方法。
[0006]一種應用超低功耗工業無線數據采集系統的數據采集方法，所述采集系統包括無線數據采集單元、簇頭單元組件及匯聚單元組件，所述無線數據采集單元采集工業數據，并通過無線射頻將工業數據發送到簇頭單元組件，所述簇頭單元組件將接收到的數據通過另一頻段的無線射頻發送到操作室內的匯聚單元組件上，所述匯聚單元組件將接收到的數據通過網絡傳給上位機；
所述簇頭單元組件包括無線簇頭單元、無線報警單元、冗余簇頭單元，所述匯聚單元組件包括無線匯聚單元、冗余匯聚單元。
[0007]進一步地，所述冗余簇頭單元接收數據進行備份，所述無線報警單元接收報警值；所述無線數據采集單元在高溫情況下，切換信道，向無線報警單元發送報警值，無線報警單元再把報警值通過匯聚單元組件傳送給給上位機，所述上位機根據收到的數據判斷被測對象溫度是否正常，電池電壓是否降到臨界點，并向用戶作出報警；冗余簇頭單元和無線簇頭單元使用同樣的時隙，無線簇頭單元向冗余簇頭單元發送備份同步命令，當冗余簇頭單元兩次不能收到備份同步時自己切換為主站工作；冗余匯聚單元和無線匯聚單元使用同樣的時隙，無線匯聚單元向冗余匯聚單元發送備份同步命令，當冗余匯聚單元兩次不能收到備份同步時自己切換為主站工作。
[0008]進一步地，所述無線簇頭單元和無線數據采集單元之間采用時分協議；無線簇頭單元在和無線匯聚單元同步之后，進行簇內同步，同時根據同步幀中下一次同步時間確定自己的同步喚醒時間；無線數據采集單元根據自己的單元號計算工作時間，之后休眠；無線數據采集單元工作時間到，采集數據，發送到無線簇頭單元，等待ACK，如果數據成功被無線簇頭單元接受，休眠，否則重發，之后休眠；無線簇頭單元在收到無線數據采集單元的數據后回復確認ACK，在簇內通信競爭時隙向休眠的無線數據采集單元發送命令，也可以在無線匯聚單元與無線簇頭單元的通信時間內向無線數據采集單元發送命令。
[0009]進一步地，所述無線匯聚單元和無線簇頭單元之間采用Mesh模塊進行數據通信；無線簇頭單元在成功和無線匯聚單元同步后，用無線簇頭單元的另一頻段，進入無線簇頭單元與無線數據采集單元的簇內通信時間，所有的無線簇頭單元向各自的無線數據采集單元發送同步命令，實現無線簇頭單元與無線數據采集單元之間的時分同步。
[0010]進一步地，所述數據采集單片機通過I/O 口對傳感器外設進行供電，當數據采集單片機休眠時，可以通過I/o 口的通斷控制對傳感器外設的供電從而降低功耗。
[0011]本發明的有益效果:通過無線報警單元實現實時報警功能，同時通過使用備份單元，可以在簇頭和匯聚失效的情況下切換主站使用，使得整個系統更加穩定，應用I/o引腳供電，可控制外設的工作和停止，降低了功耗。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發明的整體結構示意圖；
圖2為本發明的無線簇頭單元的結構及數據流向示意圖；
圖3為本發明的無線匯聚結點的結構及數據流向示意圖；
圖4為本發明的無線匯聚單元-無線簇頭單元頻分協議示意圖；
圖5為本發明的無線數據采集結點的結構及數據流向示意圖；
圖6為本發明的無線簇頭單元-無線數據采集單元頻分協議示意圖；
圖7為無線數據采集單元時序示意圖。
【具體實施方式】
[0013]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細描述。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用于解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0014]相反，本發明涵蓋任何由權利要求定義的在本發明的精髓和范圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。進一步，為了使公眾對本發明有更好的了解，在下文對本發明的細節描述中，詳盡描述了一些特定的細節部分。
[0015]如圖1所示，為本發明提供的一種超低功耗工業無線數據采集方法，所述系統包括無線數據采集單元、簇頭單元及匯聚單元，其中所述無線數據采集單元將采集到的數據通過433MHz無線射頻發送到簇頭單元，所述簇頭單元將接收到的數據通過2.4GHz無線射頻發送到操作室內的匯聚單元上，所述匯聚單元將接收到的數據通過網絡傳給上位機。
[0016]所述無線數據采集單元位于工業生產中所需要采集數據的裝置上，具有N個測點，測點可以有N個，無線數據采集單元將采集數據、單元號、組號、采集周期等數據傳輸到簇頭單元；所述簇頭單元包括無線簇頭單元、冗余簇頭單元及無線報警單元，其中一個無線簇頭單元大約管理N/L個無線數據采集單元，總體分為L個簇；所述簇頭單元位于被檢測裝置附近的位置，便于收集附近的無線數據采集單元發送的數據；所述匯聚單元位于操作室內，所述匯聚單元包括冗余匯聚單元及無線匯聚單元。
[0017]如圖2所示，為本發明系統中無線數據采集單元的結構示意圖，所述無線數據采集單元包括數據采集傳感器、數據采集單片機、數據采集單元的433M射頻模塊及電池，所述電池進行對無線數據采集單元進行供電，所述數據采集傳感器采集到的數據通過I/O 口傳給數據采集單片機；數據采集單片機通過串口與射頻進行通信并將采集到的數據或報警值發送給射頻芯片；數據采集單元的433M射頻模塊使用433MHz頻率與無線簇頭單元433M射頻模塊進行通信并發送從數據采集單片機接收到的數據和報警值；調試串口為程序員調試程序時使用。新單元加入或者重新上電后，出于接收狀態，當監聽到周圍鄰居單元發送的數據后，計算自己的工作時間，以及下一次同步時間然后進入休眠狀態。如果同步過期，則重新同步。
[0018]如圖3所示，為本發明系統中無線簇頭單元的結構示意圖，所述無線簇頭單元包括簇頭單元Mash模塊、簇頭單元433M射頻模塊、簇頭單元單片機及簇頭單元電源接口，簇頭單元433M射頻模塊使用433MHz頻率與數據采集單元的433M射頻模塊進行通信將接收到的數據或報警值通過串口傳送給簇頭單元單片機；簇頭單元單片機通過串口與簇頭單元Mesh模塊進行通信并將采集到的數據或報警值發送給簇頭單元Mesh模塊；簇頭單元Mesh模塊使用2.4GHz頻率與無線匯聚單元中的匯聚單元Mesh模塊進行通信并發送從簇頭單元單片機中接收到的數據或報警值；調試串口為程序員調試程序時使用。無線簇頭單元重新上電后同樣監聽鄰居無線簇頭單元，計算自己的工作時間，無線簇頭單元不用計算下一次同步時間。
[0019]所述冗余簇頭單元及無線報警單元與無線簇頭單元結構相同，其區別在于所述冗余簇頭單元用于備份，無線報警單元用于報警；所述無線數據采集單元在高溫情況下，切換信道，向無線報警單元發送數據，無線報警單元再把數據傳給無線匯聚單元，上位機根據收到的數據判斷被測對象溫度是否正常，電池電壓是否降到臨界點，并向用戶作出報警。
[0020]如圖4所示，為本發明系統中無線匯聚單元的結構示意圖，所述無線匯聚單元包括匯聚單元Mesh模塊、串轉網模塊、匯聚單元433M射頻模塊、匯聚單元單片機、匯聚單元電源接口及網口，所述匯聚單元Mesh模塊使用2.4GHz頻率與簇頭單元Mesh模塊進行通信接收其發送的數據或報警值；匯聚單元單片機通過串口與匯聚單元Mesh模塊進行通信并接收匯聚單元Mesh模塊發送的溫度數據和其他信息；串口轉以太網模塊