一种低功耗数采模块的制作方法

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1.本实用新型涉及工业通信设备技术领域，具体涉及一种低功耗数采模块。

背景技术：

2.数字化车间现已成为装备制造业技术发展的必然趋势，其是信息技术和先进制造技术的有机结合，其通过网络及信息系统实现生产设备、检测设备、运输设备以及机器人等数控自动化设备的互联互通，自动感知物料、人员、设备、生产工艺与环境等制造过程信息，进而通过实时数据分析，进行车间运营的自主决策和快速自组织生产。
3.而要想实现信息的互联互通，都需要对各项设备的实时信息进行有效采集，及时进行备份传输。现在大都依赖于通过传感器的数据信息采集系统对设备数据进行实时采集。但现在采用的数据采集模块所用功耗较高，待机时长较短；若设备安装在偏远地区，网络环境不理想的情况下，采集模块待机时间短，且在有限的待机时间内无法及时将数据送出，容易使数据丢失，造成无效采集。
4.因此，为了解决数据采集模块功耗高，待机时间短的问题，现在需要提供一种低功耗数采模块。

技术实现要素：

5.本实用新型意在提供一种低功耗数采模块，解决数采模块功耗高，待机时间短的问题。
6.为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
7.本实用新型主要用于降低数采模块功耗，延长数采模块待机时长。具体为提供一种低功耗数采模块，包括连接板；所述连接板上设有控制单元、数据传输单元和采集单元；所述控制单元设于连接板的右端；所述控制单元用于处理并存储数据，所述控制单元包括主控芯片，以及与主控芯片分别连接的存储结构、同步结构、数据收发结构和电源管理结构；所述存储结构设于所述主控芯片左侧，所述同步结构设于所述主控芯片右下方；所述数据收发结构设于所述主控芯片右侧；所述电源管理结构设于所述数据收发结构右侧；所述电源管理结构包括至少一个电源组。
8.本方案的原理及优点是：通过将控制单元、数据传输单元和采集单元在连接板上进行合理位置布局，以降低内部占用体积，减少占用空间，优化内部线路走线，从而提高内部散热性能，有效降低内部能耗。同时通过对电源管理结构进行分组，合理分配电源使用，减少电源功耗，节省电量，以延长电源使用寿命，增加待机时长，从而更利于偏远地区的安装和使用，提高数据采集效率，保证数据采集的稳定性。
9.进一步的，所述连接板用于承载连接各单元电路；所述数据传输单元与所述控制单元连接，用于将数据传输至控制单元；所述采集单元与所述数据传输单元连接，用于将采集的数据传输至所述数据传输单元。
10.进一步的，所述主控芯片为myc_y6ull核心板。采用高可靠主控芯片运行linux系
统，能处理高速usb，以太网数据，拥有强大的数据处理功能，一台终端能够同时外接32台传感器，使用高达4mbps的modbus总线通信，降低数据传送时间。
11.进一步的，所述连接板包括依次连接的横向部和纵向部，所述主控芯片设于所述横向部上，所述数据收发结构设于所述横向部与纵向部的交界处；所述电源管理结构设于所述纵向部上。通过对连接板结构的合理布局设置，将各结构精准布局，以此减少占用体积，简化内部线路，增加采集箱内空间，从而利于内部散热，降低功耗。
12.进一步的，所述电源管理结构包括外置电源组和内置电源组，所述内置电源组包括三块，分别为常态供电块、断电供电块和紧急供电块。所述常态供电块电量占内置电源组总电量的60％-70％；所述断电供电块电量占内置电源组总电量的10％-20％；所述紧急供电块电量占内置电源组总电量的5％-10％。通过对内置电源组电量的合理分配，在保证充足的供电需求的同时减少电源消耗，从而降低模块功耗，有效节省整体能耗，从而延长模块待机时长，延长使用寿命。
13.进一步的，所述纵向部下端设有多个连接口。通过合理布局，可将连接板上线路汇集于一个方向，并于一端设置连接口，便于内部连接走线，优化内部结构的走线，减少内部占用空间，同时使采集模块安装连接更简洁。
14.进一步的，所述存储结构包括与主控芯片连接的sd卡连接器，在主控芯片与sd卡连接器引脚之间还并联有多个电阻和二极管，所述电阻另一端连接电源，所述二极管另一端接地。通过sd卡连接器可在内部安装大容量的sd卡进行数据存储，实现存储长达一个月的本地数据，保证数据不会丢失。
15.进一步的，所述同步结构包括一颗rtc时钟芯片，以及与rtc时钟芯片连接的内置电源组和电容，所述电容和内置电源组另一端分别接地。通过时钟芯片保证数据采集模块在未采集数据时也能时刻保持时间同步，从而保证数据的准确性和有效性。
16.进一步的，在各个所述连接口的接口处设有保护电路单元；所述保护电路单元包括自恢复保险丝和保护二极管。在各个与外界连接的接口处设置保护电路单元，以保护设备，防止损坏，提高采集模块安全性。
附图说明
17.图1为本实用新型一种低功耗数采模块实施例一的结构视图；
18.图2为本实用新型一种低功耗数采模块中主控芯片连接示意图；
19.图3为本实用新型一种低功耗数采模块中存储结构示意图；
20.图4为本实用新型一种低功耗数采模块中同步结构示意图；
21.图5为本实用新型一种低功耗数采模块中实施例二保护电路单元结构示意图。
具体实施方式
22.下面通过具体实施方式进一步详细说明：
23.说明书附图中的附图标记包括：连接板2、横向部21、纵向部22、控制单元201、数据传输单元202、采集单元203、主控芯片211、存储结构212、同步结构213、数据收发结构214、电源管理结构215。
24.实施例一
25.基本如附图1所示：一种低功耗数采模块，用于采集现场设备的振动和温度数据，并通过移动网络或者以太网将数据传输至云端。包括连接板2，所述连接板2包括一体成型的横向部21和纵向部22。所述连接板2上分布设有依次连接的控制单元201、数据传输单元202(dtu)和采集单元203。所述控制单元201设于所述连接板2的右端；所述控制单元201用于处理并存储数据。所述控制单元201包括主控芯片211，与主控芯片211各引脚连接的存储结构212、同步结构213、数据收发结构214以及电源管理结构215。所述主控芯片211设于所述横向部21上，所述存储结构212设于所述主控芯片211左侧；所述同步结构213设于所述主控芯片211右下方；所述数据收发结构214设于所述主控芯片211右侧，并位于所述横向部21与纵向部22交界处；所述电源管理结构215设于所述纵向部22上。
26.具体的，在所述连接板2的纵向部下端设有多个连接口，分别用作usb接口、网络接口以及电源接口。所述连接板2上的电源线路沿着连接板2下侧边汇集于纵向部下端的接口处，以减少线路用量，同时降低线路占用面积，提高连接板2散热性能，有效降低连接板2的热量，减少内部功耗。
27.具体的，如附图2所示，所述主控芯片211为myc_y6ull核心板，内部运行linux系统，以提升模块在外接多台数据采集器时的数据处理能力，同时通过4mbps的modbus(网络通讯协议)总线与所述数据收发结构214连接，将数据传输至云端，进而降低数据传输时间，提升传输效率。
28.具体的，如附图3所示，所述存储结构212包括与主控芯片211连接的sd卡连接器(mro1a-01211)；其中所述sd卡连接器的sd_cd引脚与所述主控芯片211的53引脚连接，sd卡连接器的sd1_data0至sd1_data3引脚依次与主控芯片211引脚125至122连接的；所述sd卡连接器的sd1_cmd和sd1_clk依次与主控芯片211引脚126和127连接。其中在每个引脚连接端还分别并联有电阻和二极管，所述电阻另一端连接电源，所述二极管另一端接地，用于保护sd卡连接器的连接端口，防止静电过大，损坏器件，达到静电保护的作用。同时通过设置sd卡连接器可安装大容量的sd卡，在偏远地区网络不理想的情况下，可实现存储长达一个月的本地数据，待网络联通后自动同步网络，并进行数据传输，更利于数据保存，防止数据丢失。
29.具体的，所述电源管理结构215包括外置电源组和内置电源组，所述外置电源组用于作为模块备用电源；所述内置电源组用于维持模块内部供电。所述内置电源组包括三块，分别为常态供电块、断电供电块和紧急供电块。所述常态供电块用于为采集单元203提供常规供电，其电量占总电量的60％-70％，当采集单元203唤醒时，常态供电块为采集单元203供电采集数据，当不需要采集数据时，常态供电块为休眠状态，以此使采集单元203处于休眠状态，以降低电量消耗的同时保证足够的供电需求。所述断电供电块用于当采集单元203未采集数据时，为模块提供必须的供电需求，其电量占总电量的10％-20％，如为同步结构213提供必要的供电需求，在尽可能降低电量消耗的前提下保证数据稳定精准。所述紧急供电块用于当采集单元203在采集数据时出现断电、异常等情况时，为采集单元203提供紧急的供电需求，完成数据采集存储，并便于模块发送故障信息，其电量占总电量的5％-10％。通过对内置电源组总电量的合理分配，保证电源组的有效使用，减少电量消耗，节省电量使用，以延长电池组使用寿命。
30.具体的，如附图4所示，所述同步结构213包括一颗rtc时钟芯片，以及与rtc时钟芯
片连接的内置电源组和电容，所述电容和内置电源组另一端分别接地。rtc时钟芯片由电源管理结构215的内置电源组供电，以保证同步结构213能够时刻同步时间，而不会出现数据混乱。所述数据收发结构214用于将数据进行转换处理后传输至云端设备，所述数据收发结构214包括与所述主控芯片211连接的4g组件，以及与4g组件连接的天线和sim卡。
31.具体的，所述数据传输单元202设于所述控制单元201左侧，并通过传输协议将数据传输至所述控制单元201，所述采集单元203通过sr-485总线与所述数据传输单元202连接，并将采集的数据传输至所述数据传输单元202。
32.具体的，所述采集单元203包括用于采集设备温度的温度传感器，用于采集设备振动数据的振动传感器；所述温度传感器与采集箱内表面抵接，所述采集单元203将采集的数据传输至数据传输单元202，数据传输单元202将数据进行转换处理后传输至所述控制单元201。同时采用modbus总线可对采集单元203配置独立的设备地址，进行ota固件升级，实现无缝替换升级，避免固件失效，防止数据丢失。
33.本实施例中，通过对各个结构的合理布局减少结构的占用面积，减少模块体积，更便于安装使用，同时有效减少内部结构的走线，增加模块内部空间，利于提升散热效果，降低模块内部温度，以此降低内部能源消耗。同时将电源按照实际使用需求分为三组，在保证基本数据采集需求的同时，减少不必要的电量消耗，节省电池能源，降低功耗，延长待机时长，更利于在偏远地区安装使用，达到有效的数据采集传输。
34.实施例二
35.与实施例一不同的是，本实施例中，在每个与外界连接的接口处还设有保护电路单元，所述保护电路单元包括静电保护结构和过流保护结构。如附图5所示，其中f1为自恢复保险丝，当输入过大时，保险丝形成高阻状态，对电路进行限制和保护，避免损坏设备；当输入正常时，f1恢复为低阻状态正常工作。从而完成对电路的保护，无需再进行更换处理。同时，d2为tvs保护二极管，当电路正常工作时，tvs工作在反向截止区(高阻态)，当有大的瞬间干扰时，tvs会瞬间转到反向击穿区(即低阻态)，当干扰结束时，又会迅速转到反向截止区，以达到静电保护的作用，从而保护设备，以保证数据采集时的安全性和稳定性。
36.同时，本实施例中，在易受静电干扰的部位都增设静电保护结构，具体为设置1-8个不等的保护二极管，防止静电过大，损坏设备。
37.本实施例中，通过在各个外界连接口设置静电保护和过流保护电路，从而对电路进行保护，以此防止静电干扰或电流过载等情况损坏设备。保证数据采集的准确性和稳定性，同时保证数据采集时设备的稳定和安全，提升数据采集可靠性。
38.以上所述的仅是本实用新型的实施例，方案中公知的具体技术方案和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围，这些都不会影响本实用新型实施的效果和专利的实用性。本技术要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

技术特征：

1.一种低功耗数采模块，其特征在于：包括连接板；所述连接板上设有控制单元、数据传输单元和采集单元；所述控制单元设于连接板的右端；所述控制单元用于处理并存储数据，所述控制单元包括主控芯片，以及与主控芯片分别连接的存储结构、同步结构、数据收发结构和电源管理结构；所述存储结构设于所述主控芯片左侧，所述同步结构设于所述主控芯片右下方；所述数据收发结构设于所述主控芯片右侧；所述电源管理结构设于所述数据收发结构右侧；所述电源管理结构包括至少一个电源组。2.根据权利要求1所述的一种低功耗数采模块，其特征在于：所述连接板用于承载连接各单元电路；所述数据传输单元与所述控制单元连接，用于将数据传输至控制单元；所述采集单元与所述数据传输单元连接，用于将采集的数据传输至所述数据传输单元。3.根据权利要求1所述的一种低功耗数采模块，其特征在于：所述主控芯片为myc_y6ull核心板。4.根据权利要求1所述的一种低功耗数采模块，其特征在于：所述连接板包括依次连接的横向部和纵向部，所述主控芯片设于所述横向部上，所述数据收发结构设于所述横向部与纵向部的交界处；所述电源管理结构设于所述纵向部上。5.根据权利要求4所述的一种低功耗数采模块，其特征在于：所述电源管理结构包括外置电源组和内置电源组，所述内置电源组包括三块，分别为常态供电块、断电供电块和紧急供电块。6.根据权利要求5所述的一种低功耗数采模块，其特征在于：所述常态供电块电量占内置电源组总电量的60％-70％；所述断电供电块电量占内置电源组总电量的10％-20％；所述紧急供电块电量占内置电源组总电量的5％-10％。7.根据权利要求4所述的一种低功耗数采模块，其特征在于：所述纵向部下端设有多个连接口。8.根据权利要求3所述的一种低功耗数采模块，其特征在于：所述存储结构包括与主控芯片连接的sd卡连接器，在主控芯片与sd卡连接器引脚之间还并联有多个电阻和二极管，所述电阻另一端连接电源，所述二极管另一端接地。9.根据权利要求5所述的一种低功耗数采模块，其特征在于：所述同步结构包括一颗rtc时钟芯片，以及与rtc时钟芯片连接的内置电源组和电容，所述电容和内置电源组另一端分别接地。10.根据权利要求7所述的一种低功耗数采模块，其特征在于：在各个所述连接口的接口处设有保护电路单元；所述保护电路单元包括自恢复保险丝和保护二极管。

技术总结

本实用新型涉及工业通信设备技术领域，具体公开了一种低功耗数采模块，包括连接板；所述连接板上设有控制单元、数据传输单元和采集单元；控制单元设于连接板的右端；控制单元包括主控芯片，以及与主控芯片分别连接的存储结构、同步结构、数据收发结构和电源管理结构；存储结构设于主控芯片左侧，同步结构设于主控芯片右下方；数据收发结构设于主控芯片右侧；电源管理结构设于数据收发结构右侧；电源管理结构包括至少一个电源组。本申请降低内部占用体积，提高散热性能，降低能耗。同时合理分配电源使用，减少电源功耗，延长电源使用寿命，更利于偏远地区的安装和使用，提高数据采集效率，保证数据采集稳定性。证数据采集稳定性。证数据采集稳定性。