一種傳感器的無線適配器的製作方法

2023-06-04 19:39:51

本實用新型涉及電力電子技術領域，特別是涉及一種傳感器的無線適配器。

背景技術：

傳感器的無線適配器是採用無線通信的適配器，能夠接入一種傳感器，接收該傳感器的傳感信號，將該傳感信號採用無線通信方式發送給其他接收端設備。

現有的傳感器的無線適配器所採用的無線通信方式功耗大，導致無線適配器的續航時間短，充電頻繁，影響正常使用。

技術實現要素：

本實用新型解決的技術問題在於提供一種傳感器的無線適配器，從而能夠採用低功耗的BLE通信方式，降低無線適配器的功耗。

為此，本實用新型解決技術問題的技術方案是：

一種傳感器的無線適配器，所述無線適配器包括：

處理晶片，模數轉換晶片，外部接口，電源裝置，通信天線；

所述外部接口通過所述模數轉換晶片與所述處理晶片相連，所述電源裝置分別與所述處理晶片以及所述模數轉換晶片相連，所述通信天線與所述處理晶片相連；

所述外部接口，用於接入傳感器，將傳感器發送的模擬信號傳輸至所述模數轉換晶片；

所述模數轉換晶片，用於將外部接口輸入的模擬信號轉換成數位訊號，將數位訊號發送至所述處理晶片；

所述處理晶片，用於對所接收的數位訊號進行處理，採用藍牙低功耗BLE通信方式，將所述數位訊號發送至通信天線；

所述通信天線，用於將所述數位訊號發送至接收端設備。

可選的，所述處理晶片包括：

藍牙通信晶片和控制晶片，所述藍牙通信晶片與所述控制晶片相連；

所述控制晶片，用於對所接收的數位訊號進行處理，將處理後的數位訊號發送至所述藍牙通信晶片；

所述藍牙通信晶片，用於採用藍牙低功耗BLE通信方式，將所述數位訊號發送至接收端設備。

可選的，所述無線適配器還包括：

Modbus協議處理晶片，Modbus-RTU接口，以及Modbus-TCP接口；

所述Modbus-RTU接口，以及所述Modbus-TCP接口分別與所述Modbus協議處理晶片相連，所述Modbus協議處理晶片與所述藍牙通信晶片相連；

所述Modbus-RTU接口，用於接收Modbus協議中以串口通信模式傳輸的第一數據信號，將所述第一數據信號發送至所述Modbus協議處理晶片；

所述Modbus-TCP接口，用於接收Modbus協議中以TCP模式傳輸的第二數據信號，將所述第二數據信號發送至所述Modbus協議處理晶片；

所述Modbus協議處理晶片，用於將所述第一數據信號和/或所述第二數據信號處理後發送至所述藍牙通信晶片；

所述藍牙通信晶片，還用於採用藍牙低功耗BLE通信方式，將處理後的所述第一數據信號和所述第二數據信號發送至接收端設備。

可選的，

所述藍牙通信晶片，還用於採用藍牙低功耗BLE通信方式接收第三數據信號，將所述第三數據信號發送至所述Modbus協議處理晶片；

所述Modbus協議處理晶片，還用戶將所述第三數據信號處理後發送至所述Modbus-RTU接口和/或所述Modbus-TCP接口；

所述Modbus-RTU接口，還用於輸出所述Modbus協議處理晶片處理後的第三數據信號；

所述Modbus-TCP接口，還用於輸出所述Modbus協議處理晶片處理後的第三數據信號。

可選的，

所述藍牙通信晶片與所述控制晶片之間採用PCB連接器方式插接。

可選的，所述外部接口包括：

0～10V接口，0～20mA接口，熱電阻接口，以及熱電偶接口中的任意一個或多個外部子接口。

可選的，所述模數轉換晶片包括：

一個模數轉換晶片，所有外部子接口與一個模數轉換晶片相連；

或者，

多個模數轉換晶片，每個模數轉換晶片與至少一個外部子接口相連。

可選的，所述無線適配器還包括：

分路電路，所述分路電路一端分別與所述0～10V接口，以及所述0～20mA接口相連，另一端與所述模數轉換晶片相連；

所述0～10V接口，用於將所接收的0～10V的第四數據信號發送至所述分路電路；

所述0～20mA接口，用於將所接收的0～20mA的第五數據信號發送至所述分路電路；

所述分路電路，用於根據所述第四數據信號生成第六數據信號和第七數據信號，將第六數據信號發送至所述模數轉換晶片，輸出第七數據信號，所述第六數據信號與所述第七數據信號與所述第四數據信號相同；

或者，

用於根據所述第五數據信號生成第八數據信號和第九數據信號，將第八數據信號發送至所述模數轉換晶片，輸出第九數據信號，所述第五數據信號與所述第八數據信號與所述第九數據信號相同。

可選的，所述外部接口還包括：

通用異步收發傳輸器串口UART和/或高速同步串行口SPI；

所述UART通過第一隔離電路與所述處理晶片相連；

所述SPI通過所述第二隔離電路與所述處理晶片相連。

可選的，所述電源裝置包括：

兩組電池槽和兩組電池，每組電池槽中安裝有一組電池。

通過上述技術方案可知，本實用新型有如下有益效果：

本實用新型實施例提供了一種傳感器的無線適配器，包括：處理晶片，模數轉換晶片，外部接口，電源裝置，通信天線；外部接口通過模數轉換晶片與處理晶片相連，處理晶片與電源裝置相連，通信天線與處理晶片相連；外部接口，用於接入傳感器，將傳感器發送的模擬信號傳輸至模數轉換晶片；模數轉換晶片，用於將外部接口輸入的模擬信號轉換成數位訊號，將數位訊號發送至所述處理晶片；處理晶片，用於對所接收的數位訊號進行處理，採用BLE通信方式，將所述數位訊號發送至通信天線；通信天線，用於將所述數位訊號發送至接收端設備。BLE通信方式，比現有技術所採用的無線通信方式功耗低，降低無線適配器的功耗，提高無線適配器的續航時間,降低因頻繁更換電池所造成的人工成本和電池開支。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本實用新型實施例提供的傳感器的無線適配器的結構示意圖；

圖2為本實用新型實施例提供的傳感器的無線適配器的另一結構示意圖；

圖3為本實用新型實施例提供的傳感器的無線適配器的又一結構示意圖；

圖4為本實用新型實施例提供的傳感器的無線適配器的再一結構示意圖；

圖5為本實用新型實施例提供的傳感器的無線適配器的再一結構示意圖；

圖6為本實用新型實施例提供的傳感器的無線適配器的再一結構示意圖；

圖7為本實用新型實施例提供的傳感器的無線適配器的再一結構示意圖。

具體實施方式

為了給出降低無線適配器的功耗的實現方案，本實用新型實施例提供了一種傳感器的無線適配器，以下結合說明書附圖對本實用新型的優選實施例進行說明，應當理解。

圖1為本實用新型實施例提供的傳感器的無線適配器的結構示意圖，包括：

處理晶片101，模數轉換晶片102，外部接口103，電源裝置104，通信天線105。

所述外部接口103通過所述模數轉換晶片102與所述處理晶片101相連，所述電源裝置104分別與所述處理晶片以及所述模數轉換晶片102相連，所述通信天線105與所述處理晶片101相連。

所述外部接口103，用於接入傳感器，將傳感器發送的模擬信號傳輸至所述模數轉換晶片102。

所述模數轉換晶片102，用於將外部接口103輸入的模擬信號轉換成數位訊號，將數位訊號發送至所述處理晶片101。

所述處理晶片101，用於對所接收的數位訊號進行處理，採用BLE通信方式，將所述數位訊號發送至通信天線105。

所述通信天線105，用於將所述數位訊號發送至接收端設備。

處理晶片101接收模數轉換晶片102發送的數位訊號，對該數位訊號進行處理，處理後得到能夠採用BLE(Bluetooth Low Energy，藍牙低功耗)通信方式發送的傳感信號，將處理後的數位訊號採用BLE通信方式發送至通信天線。通信天線105將該處理後的數位訊號發送至外部的接收端設備。處理晶片101採用BLE通信方式發送處理後的數位訊號，與現有技術所採用的無線傳輸方式相比，功耗低，提高了無線適配器的續航時間，降低無線適配器電池的充電或更換電池頻率，提高了無線適配器的電池的使用壽命。

本實用新型中所採用的BLE藍牙通信方式，採用最新4.1/4.2低功耗藍牙通信版本，或者更新的藍牙版本。此版本集成6LowPAN(IPv6 over Low power Wireless Personal Area Networks)，即基於IPv6協議的低功耗無線個人區域網技術的無線嵌入式物聯網技術，通信距離可達到30m-300m。

在一個例子中，如圖2所示，所述處理晶片101包括：

控制晶片201和藍牙通信晶片202，所述藍牙通信晶片201與所述控制晶片202相連。

所述控制晶片201，用於對所接收的數位訊號進行處理，將處理後的數位訊號發送至所述藍牙通信晶片202；

所述藍牙通信晶片202，用於採用藍牙低功耗BLE通信方式，將所述數位訊號發送至接收端設備。

在一個實例中，處理晶片101可以是集成了BLE通信功能的一個晶片。

在另一個實例中，處理晶片101還可以包括兩個硬體晶片，一個是控制晶片201，能夠提供核心控制和邏輯處理的硬體晶片，具體實現時，可以採用ARM公司Cortex-M系列的控制晶片，NXP公司LPC54000系列的控制晶片，或者TEXAS INSTRUMENTS公司MSP430系列的控制晶片。一個是藍牙通信晶片202，能夠提供BLE通信功能的硬體晶片，具體實現時，可以採用型號為Cypress公司CY8C4247系列晶片，NXP公司型號為QN9080的晶片,或TEXAS INSTRUMENTS公司型號為CC2650的晶片。處理晶片101中控制晶片201和藍牙通信晶片202通過PCB接口安裝於主板，便於晶片故障時更換。並且，需要提供不同功能的核心控制和邏輯處理的硬體晶片，也可以方便的更換控制晶片201。

當然，控制晶片201和藍牙通信晶片202並不僅限於採用上述型號的晶片，還可以根據實際需要，採用其他型號的晶片。

在一個例子中，所述控制晶片201與所述藍牙通信晶片202之間採用PCB連接器方式插接。

藍牙通信晶片202採用PCB連接器方式插接在控制晶片201上，能夠方便靈活的更換該藍牙通信晶片202。

在一個例子中，如圖3所示，所述無線適配器還包括：

Modbus協議處理晶片301，Modbus-RTU接口302，以及Modbus-TCP接口303。

所述Modbus-RTU接口302，以及所述Modbus-TCP接口303分別與所述Modbus協議處理晶片301相連，所述Modbus協議處理晶片301與所述藍牙通信晶片202相連。

所述Modbus-RTU接口302，用於接收Modbus協議中以串行數據模式傳輸的第一數據信號，將所述第一數據信號發送至所述Modbus協議處理晶片301。

所述Modbus-TCP接口303，用於接收Modbus協議中以TCP模式傳輸的第二數據信號，將所述第二數據信號發送至所述Modbus協議處理晶片301。

所述Modbus協議處理晶片301，用於將所述第一數據信號和/或所述第二數據信號處理後發送至所述藍牙通信晶片202。

所述藍牙通信晶片202，還用於採用藍牙低功耗BLE通信方式，將處理後的所述第一數據信號和所述第二數據信號發送至接收端設備。

Modbus-RTU接口302，用來接收採用Modbus-RTU協議(RemoteTerminalUnit，遠程終端控制系統)模式傳輸的第一數據信號。Modbus-RTU接口302將所接收的第一數據信號發送至Modbus協議處理晶片301。其中，Modbus-RTU接口302可以採用型號為RS485的接口。

Modbus-TCP接口303，用來接收採用Modbus協議的TCP(Transmission Control Protocol傳輸控制協議)模式傳輸的第二數據信號。Modbus-TCP接口303將所接收的第二數據信號發送至Modbus協議處理晶片301。其中，Modbus-TCP接口303可以採用型號為RJ45的接口。

Modbus協議處理晶片301對所接收的第一數據信號進行處理，轉換成藍牙通信晶片202能夠識別的數據信號，再發送至藍牙通信晶片202。Modbus協議處理晶片301對所接收的第二數據信號進行處理，轉換成藍牙通信晶片202能夠識別的數據信號，再發送至藍牙通信晶片202。藍牙通信晶片202將所接收到的處理後的第一數據信號和處理後的第二數據信號採用BLE通信方式發送至移動接收端。

即在此例子中，無線適配器可以接收Modbus協議的數據信息，將該數據信息轉換成藍牙通信晶片能夠識別的數據信息，採用BLE通信方式發送至移動接收端。

在另一個例子中，所述藍牙通信晶片202，還用於採用藍牙低功耗BLE通信方式接收第三數據信號，將所述第三數據信號發送至所述Modbus協議處理晶片301。

所述Modbus協議處理晶片301，用戶還可以將所述第三數據信號處理後發送至所述Modbus-RTU接口302和/或所述Modbus-TCP接口303。

所述Modbus-RTU接口302，還用於輸出所述Modbus協議處理晶片301處理後的第三數據信號。

所述Modbus-TCP接口303，還用於輸出所述Modbus協議處理晶片301處理後的第三數據信號。

藍牙通信晶片202還可以將採用BLE通信方式接收的第三數據信息發送至Modbus協議處理晶片301。Modbus協議處理晶片301對該第三數據信息進行處理，轉換成能夠採用Modbus的RTU模式發送的第三數據信息，將處理後的第三數據信息發送至Modbus-RTU接口302。Modbus協議處理晶片301對該第三數據信息進行處理，還可以轉換成能夠採用Modbus的TCP模式發送的第三數據信息，將處理後的第三數據信息發送至Modbus-TCP接口303。

即在此例子中，無線適配器可以接收採用BLE通信方式傳輸的數據信息，將該數據信息進行處理，轉換成Modbus協議的數據信息，採用數據信息所需的模式發送至Modbus-RTU接口302或Modbus-TCP接口303。

也就是說，本實用新型實施例所提供的無線適配器，能夠實現將Modbus協議傳輸的數據信息轉換成藍牙數據信息發送，也可以實現將藍牙數據信息轉換成Modbus協議傳輸的數據信息發送。

在一個例子中，如圖4所示，所述外部接口103包括：

0～10V接口401，0～20mA接口402，熱電阻接口403，以及熱電偶接口404中的任意一個或多個外部子接口。

外部接口103可以根據實際需要自行設定，無線適配器可以僅包含0～10V接口401，0～20mA接口402，熱電阻接口403，以及熱電偶接口404中的任意一個接口，僅作為能夠接入某一種傳感器的無線適配器。舉例說明，若該無線適配器僅包含熱電阻403接口，則該無線適配器是一個僅能夠接入熱電阻的無線適配器。無線適配器上僅設置一個其他的接口，實現方法類似，僅僅是該無線適配器所能夠接入的傳感器類型不同。

該無線適配器還可以包含0～10V接口401，0～20mA接口402，熱電阻接口403，熱電偶接口404，以及UART串口405中的多個外部子接口。無線適配器設置了0～10V接口401，即能夠接收0～10V的信號；設置了0～20mA接口402，即能夠接收0～20mA的信號；設置了熱電阻接口403，則能夠接入熱電阻；設置了熱電偶接口404，則能夠接入熱電偶。

可以理解的是，無線適配器中設置的外接子接口越多，就能夠將更多種類的傳感器信號轉換成藍牙信號採用BLE藍牙傳輸方式輸出。

在一個例子中，所述模數轉換晶片102包括：

一個模數轉換晶片，所有外部子接口與一個模數轉換晶片相連；

或者，

多個模數轉換晶片，每個模數轉換晶片與至少一個外部子接口相連。

如圖4所示，當無線適配器中，外部接口103與模數轉換晶片102相連，當無線適配器中設置有0～10V接口401，0～20mA接口402，熱電阻接口403，熱電偶接口404中的多個外部子接口時，若無線適配器中僅設置有一個模數轉換晶片，則上述多個外部子接口都與該模式轉換晶片相連。

如圖5所示，當無線適配器中，設置有多個模數轉換晶片，並且設置有多個外部子接口時，每個模數轉換晶片與至少一個外部子接口相連。0～10V接口401和0～20mA接口402與一個模數轉換晶片相連，熱電阻接口403和熱電偶接口404與一個模數轉換晶片相連。

並且，模數轉換晶片可採用高精度ADC模數轉換晶片。例如：型號為AD7794的低功耗高解析度ADC(ADC不低於16Bit精度)，根據實際需要選擇合適的ADC。

在一個例子中，如圖6所示，所述外部接口還包括：

UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用異步收發傳輸器串口)601和/或SPI(Serial Peripheral Interface高速同步串行口)602。

所述UART 601通過第一隔離電路603與所述處理晶片101相連；

所述SPI 602通過所述第二隔離電路604與所述處理晶片101相連。

UART 601以及SPI 602則能夠接入測量溫度、溼度、可燃氣體、以及角速度等各種傳感器。

在一個例子中，如圖7所示，所述無線適配器還包括：

分路電路701，所述分路電路一端分別與所述0～10V接口401，以及所述0～20mA接402相連，另一端與所述模數轉換晶片相連；

所述0～10V接口401，用於將所接收的0～10V的第四數據信號發送至所述分路電路601。

所述0～20mA接口402，用於將所接收的0～20mA的第五數據信號發送至所述分路電路701。

所述分路電路701，用於根據所述第四數據信號生成第六數據信號和第七數據信號，將第六數據信號發送至所述模數轉換晶片102，輸出第七數據信號，所述第六數據信號與所述第七數據信號與所述第四數據信號相同；

或者，

用於根據所述第五數據信號生成第八數據信號和第九數據信號，將第八數據信號發送至所述模數轉換晶片102，輸出第九數據信號，所述第五數據信號與所述第八數據信號與所述第九數據信號相同。

分路電路701與0～10V接口401相連，將0～10V接口401接收的第四數據信號分路處理，獲得第六數據信號和第七數據信號，該第六數據信號與第七數據信號與第四數據信號相同，將第六數據信號發送至模數轉換晶片102，最終採用BLE通信方式發送。將第七數據信號直接輸出至無線適配器外的其他接收端設備。這樣，在對第四數據信號進行藍牙輸出的同時，原0-10V信號可以並行傳輸給其他信號接收設備。

同理，分路電路701與0～20mA接口402相連，將0～20mA接口402接收的第五數據信號分路處理，獲得第八數據信號和第九數據信號，該第八數據信號與第九數據信號與第五數據信號相同，將第八數據信號發送至模數轉換晶片102，最終採用BLE通信方式發送。將第九數據信號直接輸出至無限適配器外的其他接收端設備。這樣，在對第五數據信號進行藍牙輸出的同時，原0～20mA信號可以並行傳輸給其他信號接收設備。

可以理解的是，上述例子提供的無線適配器，接入一個輸出0～10V信號或者0～20mA的設備後，將該設備輸出的數據信號進行分路處理，一路發送至模數轉換晶片102，最終採用藍牙發送；另一路與原數據信號相同，直接輸出至外部其他接收設備。也就是說，接入無線適配器的設備輸出的數據信號不僅可以採用藍牙方式輸出，還可以輸出原數據信號，不影響原數據信號的精度和傳輸需求。

在一個例子中，所述電源裝置104包括：

兩組電池槽和兩組電池，每組電池槽中安裝有一組電池。

該電源裝置104，用於給無線適配器中的各個用電裝置進行供電。比如給處理晶片，模數轉換晶片等進行供電。

本實用新型實施例中提供的無線適配器還可以採用雙電池模式，設置兩組電池槽，每組電池槽中安裝有一組電池(一般情況下，包括兩節電池)。這樣，一組電池沒電後，更換電池時，另一組電池可以給無線適配器供電，保證無線適配器不斷電。具體實現時，可以採用CR2032紐扣電池，或者其他微型電池，以減小無線適配器的體積。

在一個例子中，所述通信天線105包括：

安裝在所述處理晶片上的微型天線，或者採用外接饋線的天線。

無線適配器中採用安裝在處理晶片上的微型天線時，可以減小無線適配器的體積。若需要長距離的傳輸時，還可以採用外接天線，根據實際需要具體設置即可，這裡不進行具體限定。

此外，本實用新型實施例提供的無線適配器，還可以設置預留串口，方便後期接入GPS,加速計、陀螺儀等傳感器。

這裡需要說明的是，本實用新型中所提到的外部接收端設備，是與無線適配器採用BLE通信方式進行藍牙通信的接收端設備，可以是移動接收端設備，如手機，平板電腦，無人機等，也可以是PLC控制器，PC接收端設備，這裡不進行具體限定。

以上所述僅是本實用新型的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護範圍。