[發明專利]應用于盾構機滾刀狀態監測的無線通信系統及方法

有效

• 申請號: 201711249244.3
• 申請日: 2017-12-01
• 公開（公告）號: CN107911802B
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 殷謙;謝紅武;張必波;陳東海
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第二十二研究所
• 主分類號: H04W4/38
• 分類號: H04W4/38;H04L29/08;G08C17/02;H04L12/10;H04L29/06
• 代理公司: 鄭州大通專利商標代理有限公司 41111
• 代理人: 陳勇

1.一種應用于盾構機滾刀狀態監測的無線通信系統，其特征在于，包括終端節點、主節點、轉換模塊和上位機；所述終端節點與主節點構成星形網絡拓撲結構；

所述終端節點，用于接收、采集及處理傳感器的信號，處理后的傳感器信號為數字信號，并將數字信號通過無線傳輸發送到主節點，無線傳輸包括高頻通信和低頻通信；所述低頻通信，工作頻段為甚低頻和低頻頻段，載波頻率15KHz-150KHz；所述高頻通信，工作頻段為ISM頻段；每個所述終端節點均包括終端節點電路、電池組和無線通信天線；

所述終端節點電路還包括第一電源管理單元、傳感器信號采集預處理單元、第一微處理器單元、第一高頻無線收發單元和第一低頻無線收發單元；

所述第一電源管理單元，用于對為終端節點提供電源的電池組進行統一管理；

所述傳感器信號采集預處理單元，用于對傳感器采集到的信號進行預處理，并將預處理后的信號發送至第一微處理器單元；

所述第一微處理器單元，用于對接收到的信號進行處理；

所述第一高頻無線收發單元，用于通過無線通信天線接收和發送高頻無線信號；

所述第一低頻無線收發單元，用于通過無線通信天線接收和發送低頻無線信號，并將信號發送至第一微處理器單元；

所述電池組，用于為終端節點提供電源；

所述主節點，用于接收從終端節點傳輸的數字信號，對數字信號進行處理后，發送控制命令及數據傳輸；所述主節點，還包括：第二微處理器單元、第二低頻無線收發單元、第二高頻無線收發單元、第一RS485總線接口單元、第二電源管理單元和無線通信天線；

所述第二微處理器單元，用于根據通信協議生成數據幀與命令幀，實現對RS485總線的通信，切換高頻無線通信與低頻無線通信，并接收和發送與終端節點的無線傳輸信號；

所述第二低頻無線收發單元，用于對需要發出的信號進行調制，并將調制信號通過無線通信天線進行發射，同時接收并放大終端節點的低頻無線信號，然后對接收信號進行解調；

所述第二高頻無線收發單元，用于通過無線通信天線接收和發送高頻信號，通過串口與第二微處理器單元進行數據通信；

所述第一RS485總線接口單元，用于實現RS485總線接口通信，將第二微處理器的串口信號轉換為RS485總線數據，實現RS485總線上的數據收發；

所述第二電源管理單元，用于為整個主節點電路提供電源，根據各個功能單元的供電需要，提供不同的電源電壓；

所述轉換模塊，用于將主節點發送過來的RS485總線數據信號進行轉換，將其轉換為RS232總線數據信號與上位機進行數據通信，同時為主節點提供電源；

所述上位機為帶有RS232總線接口的工業控制計算機，用于接收從轉換模塊發送的數據，根據通信協議，對終端節點采集的數據進行最終接收及處理。

2.根據權利要求1所述的應用于盾構機滾刀狀態監測的無線通信系統，其特征在于，所述低頻通信，調制方式采用ASK調制，解調方式采用快速包絡檢波與慢速包絡檢波相結合，傳輸數據采用曼徹斯特碼進行編解碼；

所述無線傳輸均通過無線通信天線進行傳輸，所述無線通信天線包括線圈天線和鞭形天線，所述低頻通信采用線圈天線，所述高頻通信采用鞭形天線。

3.根據權利要求1所述的應用于盾構機滾刀狀態監測的無線通信系統，其特征在于，所述轉換模塊，還包括：總線接口轉換單元、RS232總線接口單元、第二RS485總線接口單元和第三電源管理單元；

所述總線接口轉換單元，用于將RS485總線數據信號接收后轉換為RS232總線數據信號；

所述RS232總線接口單元，用于通過RS232總線實現與上位機的數據通信功能；

所述第二RS485總線接口單元，用于通過RS485總線實現與主節點的數據通信功能；

所述第三電源管理單元，用于實現AC-DC轉換功能，將220V AC電源轉換為DC電源，為其余各個單元供電，同時為主節點提供電源。