基于SMS可搭载MODBUSRTU协议数据的物机

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基于SMS可搭载MODBUS RTU协议数据的物机\n技术领域\n[0001] 本实用新型涉及物联网中的智能器件，具体涉及一种基于SMS可搭载MODBUS RTU协议数据的物机。 \n背景技术\n[0002] “物联网概念”是在“互联网概念”的基础上，将其用户端延伸和扩展到任何物品与物品之间，进行信息交换和通信的一种网络概念，实现人与物、物与物之间信息互通。把传感器装备到各种真实物体上使其具有智慧形成智慧物体。 \n[0003] 不仅智慧物体本身具有与人、物进行信息交流的欲望，而且人对物的掌握和控制更需要与物进行信息交流。因此，随着信息化进程的飞速发展，使得互联网拓展到物联网。\n从智慧地球概念具体到人们关心的细小物体，都在朝着智慧化进化。实现人与物、物与物之间信息互通的产品和系统已得到了空前的发展。 \n[0004] 智慧物体使用RS422／485总线、现场总线、CAN 总线、WIFI、ZigBee技术等连接智能化终端构建成一个智能化的局域物联系统，给局域物联系统配置相应的互联网接口，连接到互联网上，便实现互联网向物联网的拓展。 \n[0005] 短信服务（SMS）不仅廉价、快速，而且适用于所有手机和2G、3G网络，已成为人与人之间常用的一种通信手段。随着GSM网络的快速发展，推出的移动数据增殖业务也在不断升级，GPRS、CDMA和3G的应用越来越广，在GPRS、CDMA和3G的DTU产品中MODBUS协议得到了普遍应用，但其应用的方式是采用上位机（计算机）实现集中控制,并且需要公网IP才能完成数据交换，不能直接实现端（手机）到端（手机），必须是端（手机）--网站（公网IP）--端（手机）的信息链。这种模式由于一次投资大，只适用于专业的应用，不适用低数据量的应用场所。而SMS能够实现端（手机）到端（手机），尤其是针对智能家居电器设备控制之类信息量较小的应用具有明显的优势，智能手机的出现使手机替代计算机使用MODBUS成为可能，因此，物机这种将手机拓展应用到智慧物体的通信终端呼之欲出。如何将手机方便、快捷拓展应用到智慧物体，这是本领域技术研究的方向。 \n[0006] 物机是手机拓展应用到智慧物体的产物，其固定安装于智慧物体之上，随智慧物体的移动而移动，具有相对固定的特点；智慧物体与物机之间以数据通信为主，兼顾语音和视频；由于现阶段智慧物体主要是在真实物体上加装带通信接口的传感器来实现，不具有人使用手机的智慧，因此，物机需要具备自检测GSM网络、电源的能力，对故障能实现自修复或报警，尤其要具有多主能力，也就是说，物机需要自解析主叫号码和操作传感器的命令，将传感器的操作命令发送给传感器，收集传感器的应答后反馈给主叫，且主叫不是固定的。 \n[0007] 已知物机的技术有GSM短信猫和GPRS/CDMA/3G DTU，它们都提供RS232或RS485接口与智能设备连接，作为智能设备的一种远程通信外设，不具备自检测、自修复和多主能力。 \n实用新型内容\n[0008] 针对以上问题本实用新型提供了一种具备自检测、自修复和多主能力的基于SMS可搭载MODBUS RTU协议数据的物机。 \n[0009] 为了解决以上问题本实用新型提供了一种基于SMS可搭载MODBUS RTU协议数据的物机，其特征在于：包括电源系统、微处理器、GSM模块、485模块、Zigbee模块、WIFI模块、三极管隔离电路； \n[0010] 电源系统为微处理器、GSM模块、485模块、Zigbee模块、WIFI模块、三极管隔离电路提供电源，GSM模块采用基于SMS搭载MODBUS RTU协议数据实现485模块、WIFI模块和Zigbee模块与计算机、智能手机、物机之间的信息传输；\n[0011] GSM模块的UART、控制信号和状态信号与三极管隔离电路的一边相连，三极管隔离电路的另一边与微处理器UART、控制信号和状态信号相连，由三极管隔离电路解决GSM模块和微处理器之间信号电平匹配，微处理器通过监测GSM模块的状态信号掌握GSM模块运行情况，发现GSM模块通信异常及时通过控制信号进行处理，包括对GSM模块实施冷启动；微处理器与485模块、Zigbee模块、WIFI模块之间采用的UART和控制信号连接。\n[0012] 所述的基于SMS 搭载MODBUS RTU协议数据方式为：对数据进行PDU编码，PDU编码模式包括：短消息中心地址长度、短消息中心号码类型、短消息中心号码、文件头字节、信息类型、被叫号码长度、被叫号码类型、被叫号码、协议标识、数据编码方式、有效期、用户数据长度、用户数据区；将MODBUS RTU协议数据放到用户数据区并正确填写用户数据区数据长度。 \n[0013] 所述的数据编码方式为UTF7，或者UTF8，或者UCS2。 \n[0014] 所述的电源系统包括电源端子、电源适配模块、超级电容管理模块、电压监测电路、复位电路、降压电路、选择电路； \n[0015] 外接电源通过电源端子输入到电源适配模块，电源适配模块输出稳定的5V到超级电容管理模块、电压监测电路、复位电路和降压电路； 超级电容管理模块向微处理器、三极管隔离电路和选择电路提供不间断的恒压电源3.3V，通过微处理器控制输出满足GSM模块和三极管隔离电路所需的VBAT3.6-4.2V；电压监测电路输出电源适配模块的输出状态到微处理器；复位电路根据电源适配模块的输出产生微处理器的复位信号；降压电路在电源适配模块输出时提供恒压电源3.3V给选择电路；选择电路通过微处理器控制选择不间断的恒压电源3.3V或恒压电源3.3V作为485模块、Zugbee模块和WIFI模块的电源。\n[0016] 所述的485模块由光电隔离电路、DC/DC隔离电路、485芯片、接口、485端子组成，选择电路输出的电源与DC/DC隔离电路的输入和光电隔离电路相连； DC/DC隔离电路的输出与光电隔离电路、485芯片和接口相连；光电隔离电路的信号输入与微处理器相连，光电隔离电路的信号输出与485芯片的信号输入相连；485芯片的输出与接口的输入相连；接口的输出与485端子相连，485端子与地相连。 \n[0017] 所述的微处理器由SIPEX的SP6650提供稳定3.3V，SP6650的电压输入范围为\n2.7V到6.5V，微处理器选用STC12LE32S2。 \n[0018] 所述的超级电容管理模块包括充电电路、平衡电路、超级电容、稳压电路、自动切换模块、控制开关、恒压电路； \n[0019] 5V与充电电路、稳压电路和自动切换模块相连，充电电路的输出与平衡电路相连，平衡电路的输出与超级电容和自动切换模块相连；稳压电路的输出与控制开关、恒压电路和自动切换模块相连；控制开关的输出VBAT是受控制的；恒压电路输出恒定的3.3V。\n[0020] 所述的充电电路采用CN3068、稳压电路采用MIC29302BU、自动切换模块和控制开关采用RF7416、恒压电路采用SP6650、平衡电路采用XC61CN2202MR和XP161A1355PR，CN3068采用内部固定4.2V的恒压充电电压模式，单节超级电容选择为30F。 [0021] 有益效果：本实用新型的基于SMS搭载MODBUS RTU协议数据的方法适用于对数据量较小的应用，有利于智能手机替代计算机作为用户移动监控终端。采用智能手机和住宅物机实现的住宅电器远程监控系统，不仅运营成本低，而且操作简便。 \n[0022] 物机电源系统采用超能电容而不是锂电池进行储能；物机集成了充电电路，不像手机与充电器分离；物机具有与传感器或智慧物体连接的485接口、WIFI接口和Zigbee接口；物机实时监测其输入电源的状态，一旦发现输入电源失电，能使用储能向管理者手机或电脑及时发送异常报警信息，一旦输入电源得电，能向管理者手机或电脑及时报告恢复正常信息。 \n附图说明\n[0023] 图1为本实用新型物机的组成框图。 \n[0024] 图2为超级电容管理模块的组成框图\n[0025] 图3为具体实施案例的组成框图\n具体实施方式\n[0026] 下面结合附图对本实用新型作进一步的描述。 \n[0027] 如图1所示，一种基于SMS可搭载MODBUS RTU协议数据的物机，包括电源系统、微处理器、GSM模块、485模块、Zigbee模块、WIFI模块、三极管隔离电路； [0028] 电源系统为微处理器、GSM模块、485模块、Zigbee模块、WIFI模块、三极管隔离电路提供电源，GSM模块采用基于SMS搭载MODBUS RTU协议数据实现485模块、WIFI模块和Zigbee模块与计算机、智能手机、物机之间的信息传输；\n[0029] GSM模块的UART、控制信号和状态信号与三极管隔离电路的一边相连，三极管隔离电路的另一边与微处理器UART、控制信号和状态信号相连，由三极管隔离电路解决GSM模块和微处理器之间信号电平匹配，微处理器通过监测GSM模块的状态信号掌握GSM模块运行情况，发现GSM模块通信异常及时通过控制信号进行处理，包括对GSM模块实施冷启动。\n[0030] 微处理器与485模块、Zigbee模块、WIFI模块之间采用的UART和控制信号连接。 [0031] 所述的基于SMS 搭载MODBUS RTU协议数据方式为：对数据进行PDU编码，一般PDU编码模式包括：短消息中心地址长度、短消息中心号码类型、短消息中心号码、文件头字节、信息类型、被叫号码长度、被叫号码类型、被叫号码、协议标识、数据编码方式、有效期、用户数据长度、用户数据区；将MODBUS RTU协议数据放到用户数据区并正确填写用户数据区数据长度。 \n[0032] 所述的数据编码方式为UTF7，或者UTF8，或者UCS2。 \n[0033] MODBUS协议是1978年由MODICON公司制定的应用于电子控制器上的一种通用语言，用来实现控制器之间、控制器经网络（例如以太网）和其它设备之间的通信。它是一种应用层报文传输协议，与底层的物理接口及电气规范无关，支持传统的RS-232/422/485设备和最新发展出来的以太网设备等。从功能上看，它可以认为是一种现场总线，不同厂商生产的控制设备通过MODBUS接口可以相互连成工业网络，进行整个系统的集中监控，因而得到了广泛应用。 \n[0034] 所述的电源系统包括电源端子、电源适配模块、超级电容管理模块、电压监测电路、复位电路、降压电路、选择电路； \n[0035] 外接电源通过电源端子输入到电源适配模块，电源适配模块输出稳定的5V到超级电容管理模块、电压监测电路、复位电路和降压电路； 超级电容管理模块向微处理器、三极管隔离电路和选择电路提供不间断的恒压电源（3.3V），通过微处理器控制输出满足GSM模块和三极管隔离电路所需的VBAT(3.6-4.2V)；电压监测电路输出电源适配模块的输出状态到微处理器；复位电路根据电源适配模块的输出产生微处理器的复位信号；降压电路在电源适配模块输出时提供恒压电源（3.3V）给选择电路；选择电路通过微处理器控制选择不间断的恒压电源（3.3V）或恒压电源（3.3V）作为485模块、Zugbee模块和WIFI模块的电源。\n[0036] 485模块由光电隔离电路、DC/DC隔离电路、485芯片、接口、485端子组成，选择电路输出的电源与DC/DC隔离电路的输入和光电隔离电路相连； DC/DC隔离电路的输出与光电隔离电路、485芯片和接口相连；光电隔离电路的信号输入与微处理器相连，光电隔离电路的信号输出与485芯片的信号输入相连；485芯片的输出与接口的输入相连；接口的输出与485端子相连，485端子与地相连。 \n[0037] 微处理器：微处理器由SIPEX的SP6650提供稳定3.3V，SP6650的电压输入范围为2.7V到6.5V。微处理器选用STC12LE32S2，其省电模式所需电流在2mA。当超级电容供电，发送报警短信后超级电容的电压为3.6V，可用于微处理器待机的超级电容容量为：\n15Fx(3.6V-2.7V)=13.5As；因此，微处理器的待机时间为：.5As/2mA=13.5*1000/2=6750s=1.87H。 \n[0038] 所述的超级电容管理模块包括充电电路、平衡电路、超级电容、稳压电路、自动切换模块、控制开关、恒压电路； \n[0039] 5V与充电电路、稳压电路和自动切换模块相连，充电电路的输出与平衡电路相连，平衡电路的输出与超级电容和自动切换模块相连；稳压电路的输出与控制开关、恒压电路和自动切换模块相连；控制开关的输出VBAT是受控制的；恒压电路输出恒定的3.3V。\n[0040] 超级电容管理模块各部分的主要IC型号是：充电电路（CN3068）、稳压电路（MIC29302BU）、自动切换模块和控制开关（IRF7416）、恒压电路（SP6650）、平衡电路（XC61CN2202MR和XP161A1355PR）。在本实用新型中采用CN3068内部固定4.2V的恒压充电电压模式。单节超级电容选择为30F。 \n[0041] 以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不限制于本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。