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一种多通道异构数据变送传输智能终端

阅读:962发布:2024-01-14

专利汇可以提供一种多通道异构数据变送传输智能终端专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本实用新型公开了一种多通道异构数据变送传输智能终端,包括核心 单片机 U16、有线传输模 块 、无线传输模块、电源模块,所述有线传输模块包括RS485传输通道、RS232传输通道、通道扩展单元,所述RS485传输通道的数据端组连接所述通道扩展单元的485传输端组,所述RS232传输通道的数据端组连接所述通道扩展单元的232传输端组,所述通道扩展单元的数据传输端组连接所述核心单片机U16的有线传输端组,所述核心单片机U16的无线通信控制端组连接所述无线传输模块的无线通信控制端组。有益效果:通过多种传输通道的 硬件 设计来实现对不同通信方式/协议的兼容,操作简单,适应性强。,下面是一种多通道异构数据变送传输智能终端专利的具体信息内容。

1.一种多通道异构数据变送传输智能终端,特征在于:包括核心单片机U16、有线传输模、无线传输模块、电源模块,所述有线传输模块包括RS485传输通道、RS232传输通道、通道扩展单元,所述RS485传输通道的数据端组连接所述通道扩展单元的485传输端组,所述RS232传输通道的数据端组连接所述通道扩展单元的232传输端组,所述通道扩展单元的数据传输端组连接所述核心单片机U16的有线传输端组,所述核心单片机U16的无线通信控制端组连接所述无线传输模块的无线通信控制端组;
所述电源模块分别为所述RS485传输通道、RS232传输通道、通道扩展单元、核心单片机U16、无线传输模块提供独立电源。
2.根据权利要求1所述的一种多通道异构数据变送传输智能终端,特征在于:还包括系统状态监测控制模块,该系统状态监测控制模块设置有看狗MCU,所述看门狗MCU的系统监测数据端组连接核心单片机U16的看门狗数据端组,所述看门狗MCU所需电源C3V6由所述电源模块独立供应。
3.根据权利要求1所述的一种多通道异构数据变送传输智能终端,特征在于:所述无线传输模块包括无线通信控制MCU,所述无线通信控制MCU的无线通信控制端组连接核心单片机U16的无线通信控制端组,所述无线通信控制MCU还分别连接有Sub-1G通信单元、蓝牙通信单元、WIFI通信单元、NB-Iot通信单元、4G通信单元,所述无线通信控制MCU、Sub-1G通信单元、蓝牙通信单元、WIFI通信单元、NB-Iot通信单元、4G通信单元所需电源S3V6均由所述电源模块独立供应。
4.根据权利要求1所述的一种多通道异构数据变送传输智能终端,特征在于:所述RS485传输通道包括a路结构一致的485通道单元,每路所述485通道单元均设置有485接口
485芯片U10,所述485接口的电源脚4接电压VCC-485,所述485接口的地脚1接地,所述电源脚4与地脚1之间串接有双向TVS管D17,所述485接口的信号脚2与信号脚3分别连接有气体放电管G10的2个放电电极,该气体放电管G10的接地电极接地,所述信号脚2与信号脚3之间串接有双向TVS管D16,所述信号脚2串接双向TVS管D15后接地,所述信号脚3串接双向TVS管D14后接地;
所述信号脚2串接保险管F11后接所述485芯片U10的同相脚A,该同相脚A串接第一九电阻R19后连接电压485IC-3V3,所述485接口的信号脚3串接保险管F10后接所述485芯片U10的反向脚B,该反向脚B串接第一八电阻R18后接地,所述485芯片U10的电源脚VCC接电压
485IC-3V3,所述485芯片U10的地脚GND接地,该地脚GND与电源脚VCC之间还串接有第十电容C10;
所述485芯片U10的接收器输出脚RO串接第十电阻R10后连接通道扩展单元的485接收脚RX,所述接收器输出脚RO还串接第一一电阻R11后接地,所述485芯片U10的接收器使能脚串接第一二电阻R12后连接核心单片机U16的485接收器使能脚,所述接收器使能脚 还串接第一三电阻R13后连接电压485IC-3V3,所述485芯片U10的驱动器使能脚DE串接第一四电阻R14后连接核心单片机U16的485驱动器使能脚,所述驱动器使能脚DE还串接第一五电阻R15后接地,所述485芯片U10的驱动器输入脚DI串接第一六电阻R16后连接通道扩展单元的485输出脚TX,所述驱动器输入脚DI还串接第一七电阻R17后接地。
5.根据权利要求1所述的一种多通道异构数据变送传输智能终端,特征在于:所述RS232传输通道包括b路结构一致的232通道单元,每路所述232通道单元均设置有232接口,所述232接口的信号脚2与信号脚3分别连接有气体放电管G5的2个放电电极,该气体放电管G5的接地电极接地,所述信号脚2与信号脚3之间串接有双向TVS管D51,所述信号脚2串接双向TVS管D50后接地,所述信号脚3串接双向TVS管D52后接地;
所述信号脚2依次串接保险管F50、第六一电阻R61后接有232芯片U11的脚R1OUT,所述信号脚3依次串接保险管F51、第六十电阻R60后接所述232芯片U11的脚T1IN,所述232芯片U11的脚T1OUT连接通道扩展单元的232输入脚RX,所述232芯片U11的脚R1IN连接通道扩展单元的232输出脚TX;
所述232芯片U11的第一外接电容脚C1+、C1-分别连接第六十电容C60的两端,第二外接电容脚C2+、C2-分别连接第六一电容C61的两端,所述232芯片U11的电源脚VCC连接电压
232IC-3V3,该电源脚VCC还串接第六二电容C62后接地,所述232芯片U11的地脚GND接地。
6.根据权利要求1所述的一种多通道异构数据变送传输智能终端,特征在于:所述有线传输模块还包括模拟信号采集通道,该模拟信号采集通道包括c路结构一致的模拟电流通道单元和d路结构一致的模拟电压通道单元;
其中,每路所述模拟电流通道单元均设置有GVS电流接口,该GVS电流接口的电源脚1连接电压VCC-GVS,所述GVS电流接口的地脚3接地,所述GVS电流接口的信号脚2连接开关二极管E7的阴极,所述开关二极管E7的阳极接地,所述GVS电流接口的信号脚2还依次串接双向TVS管D70、第七七电阻R77后接地;
所述信号脚2还串接保险管F70后连接运算放大器U7A的反相输入端,所述运算放大器U7A的反相输入端串接第七六电阻R76后接地,所述运算放大器U7A的同相输入端串接第七电阻R7后接地,所述运算放大器U7A的输出端与其反相输入端之间串接有第七十电阻R70,所述第七十电阻R70两端并联有第七十电容C70,所述运算放大器U7A的输出端连接有运算放大器U7B的同相输入端,所述运算放大器U7B的反相输入端串接第七二电阻R72后接地,所述运算放大器U7B的反相输入端还与其输出端之间串接有第七一电阻R71,所述运算放大器U7B的输出端连接核心单片机U16的模拟电流数据脚;
每路所述模拟电压通道单元均设置有GVS电压接口,该GVS电压接口的电源脚3连接电压VCC-GVS,所述GVS电压接口的地脚1接地,所述GVS电压接口的信号脚2串接双向TVS管D90后接地,所述GVS电压接口的信号脚2还串接保险管F90后连接稳压二极管Z90的阴极,所述稳压二极管Z90的阳极接地,所述稳压二极管Z90的两端并联有第九一四电容电容C914、第九一电容C91,所述稳压二极管Z90的阴极依次串接第九十电阻R90、第九二电阻R92后连接核心单片机U16的模拟电压数据脚,所述第九十电阻R90与第九二电阻R92的公共端还串接第九一电阻R91后接地,所述核心单片机U16的模拟电压数据脚还串接第九十电容C90后接地。
7.根据权利要求1所述的一种多通道异构数据变送传输智能终端,特征在于:所述电源模块包括输入电压转换单元、单片机电源管理单元、485电源管理单元、232电源管理单元、无线模块电源管理单元,所述输入电压转换单元包括VLO转换单元、VCC5转换单元、VCC12转换单元,其中,所述VLO转换单元用于将输入电压VIN转换为电压VLO,所述VCC5转换单元用于将电压VLO转换为电压VCC5,所述VCC12转换单元用于将电压VLO转换为电压VCC12;
所述单片机电源管理单元用于将电压VLO转换为电压M3V6,所述485电源管理单元用于将电压VCC5或电压VCC12转换为电压VCC-485与电压485IC-3V3,所述232电源管理单元用于将电压VCC5或电压VCC12转换为电压VCC-232与电压232IC-3V3,所述无线模块电源管理单元用于将电压VLO转换为电压S3V6。
8.根据权利要求7所述的一种多通道异构数据变送传输智能终端,特征在于:所述VLO转换单元的输入端连接输入电压VIN,所述输入电压VIN依次串接双向TVS管MOV、气体放电管G1后接地,所述输入电压VIN还串接双向TVS管D1后接地,所述输入电压VIN连接有共模电感NF1的4脚,该共模电感NF1的1脚与2脚接地,其3脚依次串接第十一电阻R11、第十电容C10后接地,所述第十一电阻R11两端还并联有第十电阻R10;
所述共模电感NF1的3脚还串接保险管F1后连接第十一二极管D11的阳极,该第十一二极管D11的阳极还依次串接有第一电阻R1、第二电阻R2后接地,所述第一电阻R1与第二电阻R2的公共端连接核心单片机U16的输入电压检测点端脚,该公共端还串接有第三电容C3后接地,所述第十一二极管D11的阴极为电压VCC输出端,所述第十一二极管D11的阴极串接第十二电容C12后接地;
所述第十一二极管D11的阴极连接稳压二极管Z1的阴极,该稳压二极管Z1的阳极连接继电器U1的线圈脚L1,所述稳压二极管Z1的两端还并联有第十三电容C13、第十三电阻R13,所述继电器U1的线圈脚L2连接有N型MOS管M7的漏极,所述N型MOS管M7的源极接地,所述N型MOS管M7的栅极串接第十四电阻R14后连接核心单片机U16的负载开关控制端脚,所述N型MOS管M7的栅极还串接第十五电阻R15后接地,所述继电器U1的开关脚SW2-连接所述第十一二极管D11的阴极,所述继电器U1的开关脚SW1+为电压VLO输出端,所述开关脚SW1+还连接有稳压二极管Z5的阴极,所述稳压二极管Z5的阳极接地;
所述VCC5转换单元设置有电压转换芯片U4,该电压转换芯片U4的电压输入脚VIN接入电压VLO,所述电压转换芯片U4的电压输入脚VIN分别串接第四一电容C41、第四二电容C42后接地,所述电压转换芯片U4的电压输入脚VIN与其使能脚EN之间串接有第四十电阻R40,所述电压转换芯片U4的使能脚EN连接核心单片机U16的5V电压开关脚,所述电压转换芯片U4的使能脚EN还连接有稳压二极管Z40的阴极,该稳压二极管Z40的阳极接地,所述稳压二极管Z40的两端并联有第四一电阻R41,所述电压转换芯片U4的输出脚SW串接第四十电感L40后接第四二极管D4的阳极,该第四二极管D4的阴极为电压VCC5输出端;
所述第四二极管D4的阳极分别串接第四四电容C44、第四五电容C45后接地,所述第四二极管D4的阳极还依次串接有第四三电阻R43、第四四电阻R44、第四五电阻R45后接地,其中第四三电阻R43与第四四电阻R44的公共端串接第四六电容C46后接所述电压转换芯片U4的反馈脚FB,所述电压转换芯片U4的反馈脚FB还连接第四四电阻R44与第四五电阻R45的公共端,所述第四二极管D4的阴极还串接第四七电容C47后接地;
所述VCC12转换单元包括VCC5转VCC12子单元与VLO转VCC12子单元,所述VCC5转VCC12子单元设置有第一高低电压切换NMOS管M2,该第一高低电压切换NMOS管M2的源极接地,其栅极连接核心单片机U16的高低电压切换控制脚,其漏极连接PMOS管M1的栅极,所述PMOS管M1的源极接入所述电压VCC5,所述PMOS管M1的栅极与源极之间串接有第六十电阻R60,所述PMOS管M1的源极还串接第五十电容C50后接地,所述PMOS管M1的漏极连接有PMOS管M3的源极,所述PMOS管M3的栅极连接有第一12V电源启用NMOS管M4的漏极,所述第一12V电源启用NMOS管M4的栅极连接核心单片机U16的12V电源控制脚,所述第一12V电源启用NMOS管M4的源极接地,所述PMOS管M3的栅极与源极之间还串接有第六四电阻R64;
所述PMOS管M3的漏极连接升压芯片U6的输入脚VIN,所述升压芯片U6的输入脚VIN串接有第六一电容C61后接地,所述升压芯片U6的输入脚VIN与脚 之间串接有第六三电阻R63,所述升压芯片U6的输入脚VIN还串接第六十电感L60后接其输出脚SW,所述升压芯片U6的输出脚SW与其反馈脚FB之间串接有第六七电阻R67,该第六七电阻R67两端并联有第六二电容C62,所述升压芯片U6的反馈脚FB还串接第六八电阻R68后接地,所述升压芯片U6的输出脚SW还连接有第六十二极管D60的阳极,所述第六十二极管D60的阴极为电压VCC12输出端,所述第六十二极管D60的阴极还串接第六三电容C63后接地;
所述VLO转VCC12子单元设置有第二高低电压切换NMOS管M5,该第二高低电压切换NMOS管M5的栅极连接核心单片机U16的高低电压切换控制脚,其源极接地,其漏极串接第五十电阻R50后连接电压转换芯片U5的使能脚EN,所述电压转换芯片U5的使能脚EN连接有核心单片机U16的12V电源控制脚,所述电压转换芯片U5的使能脚EN还串接第五一电阻R51后接地,其中,第五一电阻R51的阻值至少为第五十电阻R50阻值的10倍,所述电压转换芯片U5的使能脚EN还连接有稳压二极管Z50的阴极,所述稳压二极管Z50的阳极接地;
所述电压转换芯片U5的输入脚VIN接入电压VLO,所述电压转换芯片U5的输入脚VIN还串接第五一电容C51后接地,所述电压转换芯片U5的输出脚SW串接第五十电感L50后连接第五二极管D5的阳极,所述第五二极管D5的阴极为电压VCC12输出端;
所述第五二极管D5的阳极串接第五三电容C53后接地,所述第五二极管D5的阳极还依次串接有第五四电阻R54、第五五电阻R55后接地,所述第五二极管D5的阳极还串接第五五电容C55后接所述电压转换芯片U5的反馈脚FB,所述电压转换芯片U5的反馈脚FB还连接第五四电阻R54与第五五电阻R55的公共端,所述第五二极管D5的阴极还串接第五六电容C56后接地。
9.根据权利要求7所述的一种多通道异构数据变送传输智能终端,特征在于:所述485电源管理单元包括485串口供电子单元与485通信IC供电子单元,所述485串口供电子单元设置有VCC5转换VCC-485电路与VCC12转换VCC-485电路,所述VCC5转换VCC-485电路包括开关NMOS管M13,所述开关NMOS管M13的源极接地,其栅极连接核心单片机U16的485通道5V开关控制脚,所述开关NMOS管M13的栅极还串接第一一五电阻R115后接地,所述开关NMOS管M13的漏极连接有PMOS管M12的栅极,所述PMOS管M12的源极接入电压VCC5,其漏极为电压VCC-485输出端,所述PMOS管M12的源极还串接第一一二电容C112后接地,所述PMOS管M12的源极与栅极之间串接有第一一三电阻R113,所述PMOS管M12的漏极还串接有第一一三电容C113后接地;
所述VCC12转换VCC-485电路包括开关NMOS管M11,所述开关NMOS管M11的源极接地,其栅极连接核心单片机U16的485通道12V开关控制脚,所述开关NMOS管M11的栅极还串接第一一二电阻R112后接地,所述开关NMOS管M11的漏极连接有PMOS管M10的栅极,所述PMOS管M10的源极接入电压VCC12,其漏极为电压VCC-485输出端,所述PMOS管M10的源极还串接第一一一电容C111后接地,所述PMOS管M10的源极与栅极之间串接有第一一零电阻R110,所述PMOS管M10的漏极还串接有第一一零电容C110后接地;
所述485通信IC供电子单元包括电压转换芯片U8,该电压转换芯片U8的输入脚IN接入电源VCC5,所述电压转换芯片U8的输入脚IN还串接第八十电容C80后接地,所述电压转换芯片U8的地脚接地,所述电压转换芯片U8的使能脚EN连接核心单片机U16的485IC电压控制脚,所述电压转换芯片U8的使能脚EN还串接第八十电阻R80后接地,所述电压转换芯片U8的输出脚OUT为485IC-3V3输出端,所述电压转换芯片U8的输出脚OUT还串接第八二电容C82后接地;
所述232电源管理单元包括232串口供电子单元与232通信IC供电子单元,所述232串口供电子单元设置有VCC5转换VCC-232电路与VCC12转换VCC-232电路,所述VCC5转换VCC-232电路包括开关NMOS管M23,所述开关NMOS管M23的源极接地,其栅极连接核心单片机U16的
232通道5V开关控制脚,所述开关NMOS管M23的栅极还串接第二一五电阻R215后接地,所述开关NMOS管M23的漏极连接有PMOS管M22的栅极,所述PMOS管M22的源极接入电压VCC5,其漏极为电压VCC-232输出端,所述PMOS管M22的源极还串接第二一二电容C212后接地,所述PMOS管M22的源极与栅极之间串接有第二一三电阻R213,所述PMOS管M22的漏极还串接有第二一三电容C213后接地;
所述VCC12转换VCC-232电路包括开关NMOS管M21,所述开关NMOS管M21的源极接地,其栅极连接核心单片机U16的232通道12V开关控制脚,所述开关NMOS管M21的栅极还串接第二一二电阻R212后接地,所述开关NMOS管M21的漏极连接有PMOS管M20的栅极,所述PMOS管M20的源极接入电压VCC12,其漏极为电压VCC-232输出端,所述PMOS管M20的源极还串接第二一一电容C211后接地,所述PMOS管M20的源极与栅极之间串接有第二一零电阻R210,所述PMOS管M20的漏极还串接有第二一零电容C210后接地;
所述232通信IC供电子单元包括电压转换芯片U9,该电压转换芯片U9的输入脚IN接入电源VCC5,所述电压转换芯片U9的输入脚IN还串接第九一电容C91后接地,所述电压转换芯片U9的地脚接地,所述电压转换芯片U9的使能脚EN连接核心单片机U16的232IC电压控制脚,所述电压转换芯片U9的使能脚EN还串接第九十电阻R90后接地,所述电压转换芯片U9的输出脚OUT为232IC-3V3输出端,所述电压转换芯片U9的输出脚OUT还串接第九二电容C92后接地。
10.根据权利要求7所述的一种多通道异构数据变送传输智能终端,特征在于:所述电源模块还包括模拟信号通道电源管理单元,用于将电压VCC5或电压VCC12转换为电压VCC-GVS;
所述模拟信号通道电源管理单元设置有VCC5转换VCC-GVS电路与VCC12转换VCC-GVS电路,所述VCC5转换VCC-GVS电路包括开关NMOS管M33,所述开关NMOS管M33的源极接地,其栅极连接核心单片机U16的GVS通道5V开关控制脚,所述开关NMOS管M33的栅极还串接第三一五电阻R315后接地,所述开关NMOS管M33的漏极连接有PMOS管M32的栅极,所述PMOS管M32的源极接入电压VCC5,其漏极为电压VCC-GVS输出端,所述PMOS管M32的源极还串接第三一二电容C312后接地,所述PMOS管M32的源极与栅极之间串接有第三一三电阻R313,所述PMOS管M32的漏极还串接有第三一三电容C313后接地;
所述VCC12转换VCC-GVS电路包括开关NMOS管M31,所述开关NMOS管M31的源极接地,其栅极连接核心单片机U16的GVS通道12V开关控制脚,所述开关NMOS管M31的栅极还串接第三一二电阻R312后接地,所述开关NMOS管M31的漏极连接有PMOS管M30的栅极,所述PMOS管M30的源极接入电压VCC12,其漏极为电压VCC-GVS输出端,所述PMOS管M30的源极还串接第三一一电容C311后接地,所述PMOS管M30的源极与栅极之间串接有第三一零电阻R310,所述PMOS管M30的漏极还串接有第三一零电容C310后接地。

说明书全文

一种多通道异构数据变送传输智能终端

技术领域

[0001] 本实用新型涉及数据传输终端技术领域,具体涉及一种多通道异构数据变送传输智能终端。

背景技术

[0002] 随着智能制造与物联网技术的快速发展,越来越多的传感器设备需要从前端采集数据后,接入到各个大数据平台。当前,市面上存在不同通信协议、不同通信方式的诸多传感设备。在集成使用此类设备时,需要针对某一类或某个厂家的传感设备配备一台数传终端,往往使得项目成本变得高昂、系统变得复杂、维护变得困难;并且,同一厂家不同传感器之间,其传感器数据协议不尽相同,使得每变换或新增一次传感设备,就会出现程序变更,使得研发变得频繁与复杂。同时,在不同的应用场景中,南北向传输的链路需求不尽相同,这也对数据传输终端的兼容性提出更高的要求。当前市场上,传输终端存在两种,一种是采集传输简单化,基本上单台设备会匹配一台对应传输协议的终端,可复用性低;另一种需要根据不同协议进行程序定制化,程序需要反复设计再写入,极大的增大研发的投入,性价比很低。
[0003] 现有技术缺陷:无法对多种传输协议、传输通道的数据快速兼容、适应。实用新型内容
[0004] 针对上述问题,本实用新型提供了一种多通道异构数据变送传输智能终端,通过多种传输通道的硬件设计来实现对不同通信方式/协议的兼容,可实现有线输入、有线输出,无线输入、有线输出,无线输入、无线输出,有线输入、无线输出,并且转换协议时,核心单片机的处理程序无需重写,只需将数据的包头、包尾、校验方式、数据字节偏移等信息通过上位机对其进行适应性配置,就能在切换传输通道或改变数据协议后快速适应,操作简单,适应性强。
[0005] 其技术方案如下:
[0006] 一种多通道异构数据变送传输智能终端,包括核心单片机U16、有线传输模、无线传输模块、电源模块,所述有线传输模块包括RS485传输通道、RS232传输通道、通道扩展单元,所述RS485传输通道的数据端组连接所述通道扩展单元的485传输端组,所述RS232传输通道的数据端组连接所述通道扩展单元的232传输端组,所述通道扩展单元的数据传输端组连接所述核心单片机U16的有线传输端组,所述核心单片机U16的无线通信控制端组连接所述无线传输模块的无线通信控制端组;
[0007] 所述电源模块分别为所述RS485传输通道、RS232传输通道、通道扩展单元、核心单片机U16、无线传输模块提供独立电源。
[0008] 通过上述设计,可以兼容485串口、232串口以及无线通信协议的数据传输,有线/无线输入均能有线/无线输出,同时,RS485传输通道和RS232传输通道均通过通道扩展单元接入单片机,可以在有限的单片机接脚上扩展连接多路并行的传输单元,又通过各模块独立供电,可选择性开断需要的模块,实现分模块控制,并且低功耗运行。
[0009] 进一步设计,还包括系统状态监测控制模块,该系统状态监测控制模块设置有看狗MCU,所述看门狗MCU的系统监测数据端组连接核心单片机U16的看门狗数据端组,所述看门狗MCU所需电源C3V6由所述电源模块独立供应。
[0010] 终端的实际运行情况可由系统状态监测控制模块实时监控,一旦终端运行故障,看门狗MCU会发出提醒,并强制重启终端,以恢复正常工作状态。
[0011] 进一步设计,所述无线传输模块包括无线通信控制MCU,所述无线通信控制MCU的无线通信控制端组连接核心单片机U16的无线通信控制端组,所述无线通信控制MCU还分别连接有Sub-1G通信单元、蓝牙通信单元、WIFI通信单元、NB-Iot通信单元、4G通信单元,所述无线通信控制MCU、Sub-1G通信单元、蓝牙通信单元、WIFI通信单元、NB-Iot通信单元、4G通信单元所需电源S3V6均由所述电源模块独立供应。
[0012] 通过上述设计,终端支持Sub-1G、蓝牙、WIFI、NB-Iot和4G的通信方式,对多种不同无线传输协议的物联网单元都适用,并能把不同协议的数据转换为指定传输协议的数据进行通信。
[0013] 进一步设计,所述有线传输模块还包括模拟信号采集通道,该模拟信号采集通道包括c路结构一致的模拟电流通道单元和d路结构一致的模拟电压通道单元。
[0014] 通过上述设计,终端对于模拟信号的采集也能配有专用的采集通道,扩展性更强。
[0015] 更进一步设计,所述电源模块包括输入电压转换单元、单片机电源管理单元、485电源管理单元、232电源管理单元、无线模块电源管理单元,所述输入电压转换单元包括VLO转换单元、VCC5转换单元、VCC12转换单元,其中,所述VLO转换单元用于将输入电压VIN转换为电压VLO,所述VCC5转换单元用于将电压VLO转换为电压VCC5,所述VCC12转换单元用于将电压VLO转换为电压VCC12;
[0016] 所述单片机电源管理单元用于将电压VLO转换为电压M3V6,所述485电源管理单元用于将电压VCC5或电压VCC12转换为电压VCC-485与电压485IC-3V3,所述232电源管理单元用于将电压VCC5或电压VCC12转换为电压VCC-232与电压232IC-3V3,所述无线模块电源管理单元用于将电压VLO转换为电压S3V6。
[0017] 各模块的电源独立供应,可分别开关,实现分模块节能控制,使终端功耗减小,在待机状态下整机功耗可保持在uA级,续航更久。
[0018] 与现有技术相比,本实用新型的有益效果:支持数据全向传输,可实现有线输入、有线输出,无线输入、有线输出,无线输入、无线输出,有线输入、无线输出;支持电流模拟信号、电压模拟信号、RS485、RS232等有线传输,和SUB-1G、Bluetooth、4G、WIFI、NB-IoT等无线传输同时工作;支持数据透明传输与预处理传输混合,采集数据完成后,若需要透明传输,不对数据进行处理,直接将数据发送至对应的平台,若需要进行预处理,终端在采集数据后,将按照配置好的包头、包尾和校验方式对数据帧进行校验之后解析数据,在按照配置好的输出协议对数据进行打包处理后上传至平台。附图说明
[0019] 图1为实施例电路框图
[0020] 图2为485通道单元的示意图;
[0021] 图3为232通道单元的示意图;
[0022] 图4为通道扩展芯片的电路连接示意图;
[0023] 图5为模拟电流通道单元的示意图;
[0024] 图6为模拟电压通道单元的示意图;
[0025] 图7为外接串口与USB扩展单元的示意图;
[0026] 图8为核心单片机U16的连接示意图;
[0027] 图9为系统状态监测控制模块的示意图;
[0028] 图10为人机交互单元的示意图;
[0029] 图11为无线传输模块的示意图;
[0030] 图12为VLO转换单元的示意图;
[0031] 图13为VCC5转换单元的示意图;
[0032] 图14为VCC12转换单元的示意图;
[0033] 图15为485串口供电子单元的示意图;
[0034] 图16为232串口供电子单元的示意图;
[0035] 图17为485通信IC供电子单元与232通信IC供电子单元的示意图;
[0036] 图18为模拟信号通道电源管理单元的示意图;
[0037] 图19为单片机电源管理单元的示意图;
[0038] 图20为无线模块电源管理单元的示意图。

具体实施方式

[0039] 以下结合实施例和附图对本实用新型作进一步说明。
[0040] 一种多通道异构数据变送传输智能终端,如图1所示,包括核心单片机U16、有线传输模块、无线传输模块、系统状态监测控制模块、电源模块;
[0041] 所述有线传输模块包括RS485传输通道、RS232传输通道、通道扩展单元,所述RS485传输通道优选为a路结构一致的485通道单元,每路所述485通道单元如图2所示,均设置有485接口、485芯片U10,所述485接口的电源脚4接电压VCC-485,所述485接口的地脚1接地,所述电源脚4与地脚1之间串接有双向TVS管D17,所述485接口的信号脚2与信号脚3分别连接有气体放电管G10的2个放电电极,该气体放电管G10的接地电极接地,所述信号脚2与信号脚3之间串接有双向TVS管D16,所述信号脚2串接双向TVS管D15后接地,所述信号脚3串接双向TVS管D14后接地;
[0042] 所述信号脚2串接保险管F11后接所述485芯片U10的同相脚A,该同相脚A串接第一九电阻R19后连接电压485IC-3V3,所述485接口的信号脚3串接保险管F10后接所述485芯片U10的反向脚B,该反向脚B串接第一八电阻R18后接地,所述485芯片U10的电源脚VCC接电压485IC-3V3,所述485芯片U10的地脚GND接地,该地脚GND与电源脚VCC之间还串接有第十电容C10;
[0043] 所述485芯片U10的接收器输出脚RO串接第十电阻R10后连接通道扩展单元的485接收脚RX,所述接收器输出脚RO还串接第一一电阻R11后接地,所述485芯片U10的接收器使能脚 串接第一二电阻R12后连接核心单片机U16的485接收器使能脚,所述接收器使能脚还串接第一三电阻R13后连接电压485IC-3V3,所述485芯片U10的驱动器使能脚DE串接第一四电阻R14后连接核心单片机U16的485驱动器使能脚,所述驱动器使能脚DE还串接第一五电阻R15后接地,所述485芯片U10的驱动器输入脚DI串接第一六电阻R16后连接通道扩展单元的485输出脚TX,所述驱动器输入脚DI还串接第一七电阻R17后接地。
[0044] 本实施例中,通道扩展单元选用2块图4所示的芯片WK2X,其中一块为485传输的扩展芯片,另一块为232传输的扩展芯片,2块扩展芯片的外围设计一致,只需将供电电源对应接入485IC-3V3或232IC-3V3即可;
[0045] 由于每块扩展芯片具有4组下行的RX脚和TX脚,以及1组上行的MRX脚和MTX脚,而每路485通道单元有2脚需连接通道扩展单元,则1个扩展芯片可扩展4路485通道单元,4路485通道单元分别接入1组RX脚和TX脚即可。
[0046] 通过上述设计,485接口与485芯片U10的电源是独立的,因此可以分别关断该部分的供电,实现接口与芯片的单独控制,且每一路485通道单元的RS485数据分别接入通道扩展单元,能同时传输多路的RS485数据。
[0047] 所述RS232传输通道包括2路结构一致的232通道单元,每路所述232通道单元如图3所示,均设置有232接口,所述232接口的信号脚2与信号脚3分别连接有气体放电管G5的2个放电电极,该气体放电管G5的接地电极接地,所述信号脚2与信号脚3之间串接有双向TVS管D51,所述信号脚2串接双向TVS管D50后接地,所述信号脚3串接双向TVS管D52后接地;
[0048] 所述信号脚2依次串接保险管F50、第六一电阻R61后接有232芯片U11的脚R1OUT,所述信号脚3依次串接保险管F51、第六十电阻R60后接所述232芯片U11的脚T1IN,所述232芯片U11的脚T1OUT连接通道扩展单元的232输入脚RX,所述232芯片U11的脚R1IN连接通道扩展单元的232输出脚TX;
[0049] 实施例优选的232芯片U11具有2组传输脚:T1IN、R1OUT、T1OUT、R1IN和T2IN、R2OUT、T2OUT、R2IN,可T1IN、R1OUT接入1路232通道单元,T2IN、R2OUT接入第2路232通道单元,而T1OUT、R1IN、T2OUT、R2IN接入扩展芯片的2组下行RX脚和TX脚,该扩展芯片的另2组下行脚接入图7所示外接串口与USB扩展单元的串口数据DEBUG-TX、DEBUG-RX、USB通信数据USB-TX、USB-RX,因此本实施例还能扩展应用USB数据通信。
[0050] 所述232芯片U11的第一外接电容脚C1+、C1-分别连接第六十电容C60的两端,第二外接电容脚C2+、C2-分别连接第六一电容C61的两端,所述232芯片U11的电源脚VCC连接电压232IC-3V3,该电源脚VCC还串接第六二电容C62后接地,所述232芯片U11的地脚GND接地。
[0051] 232接口与232芯片U11的电源也是独立的,可以分别关断该部分的供电,实现接口与芯片的单独控制,且每一路232通道单元的RS232数据分别接入通道扩展单元,能同时传输多路的RS232数据。
[0052] 每路所述模拟电流通道单元如图5所示,均设置有GVS电流接口,该GVS电流接口的电源脚1连接电压VCC-GVS,所述GVS电流接口的地脚3接地,所述GVS电流接口的信号脚2连接开关二极管E7的阴极,所述开关二极管E7的阳极接地,所述GVS电流接口的信号脚2还依次串接双向TVS管D70、第七七电阻R77后接地;
[0053] 所述信号脚2还串接保险管F70后连接运算放大器U7A的反相输入端,所述运算放大器U7A的反相输入端串接第七六电阻R76后接地,所述运算放大器U7A的同相输入端串接第七电阻R7后接地,所述运算放大器U7A的输出端与其反相输入端之间串接有第七十电阻R70,所述第七十电阻R70两端并联有第七十电容C70,所述运算放大器U7A的输出端连接有运算放大器U7B的同相输入端,所述运算放大器U7B的反相输入端串接第七二电阻R72后接地,所述运算放大器U7B的反相输入端还与其输出端之间串接有第七一电阻R71,所述运算放大器U7B的输出端连接核心单片机U16的模拟电流数据脚;
[0054] 每路所述模拟电压通道单元如图6所示,均设置有GVS电压接口,该GVS电压接口的电源脚3连接电压VCC-GVS,所述GVS电压接口的地脚1接地,所述GVS电压接口的信号脚2串接双向TVS管D90后接地,所述GVS电压接口的信号脚2还串接保险管F90后连接稳压二极管Z90的阴极,所述稳压二极管Z90的阳极接地,所述稳压二极管Z90的两端并联有第九一四电容电容C914、第九一电容C91,所述稳压二极管Z90的阴极依次串接第九十电阻R90、第九二电阻R92后连接核心单片机U16的模拟电压数据脚,所述第九十电阻R90与第九二电阻R92的公共端还串接第九一电阻R91后接地,所述核心单片机U16的模拟电压数据脚还串接第九十电容C90后接地。
[0055] 本实施例的核心单片机U16连接示意图如图8所示,实施例的终端还设置有如图10所示的LED提示与警报模块,实现人机交互,即通过LED灯或警报声直观观察到终端工作状态。
[0056] 所述系统状态监测控制模块如图9所示,设置有看门狗MCU,所述看门狗MCU的系统监测数据端组连接核心单片机U16的看门狗数据端组,所述看门狗MCU所需电源C3V6如图19下半部分所示的电路供应。
[0057] 所述无线传输模块如图11所示,包括无线通信控制MCU,所述无线通信控制MCU的无线通信控制端组连接核心单片机U16的无线通信控制端组,所述无线通信控制MCU还分别连接有Sub-1G通信单元、蓝牙通信单元、WIFI通信单元、NB-Iot通信单元、4G通信单元,所述无线通信控制MCU、Sub-1G通信单元、蓝牙通信单元、WIFI通信单元、NB-Iot通信单元、4G通信单元所需电源S3V6如图20所示的电路供应。
[0058] 如图12所示,所述VLO转换单元的输入端连接输入电压VIN,所述输入电压VIN依次串接双向TVS管MOV、气体放电管G1后接地,所述输入电压VIN还串接双向TVS管D1后接地,所述输入电压VIN连接有共模电感NF1的4脚,该共模电感NF1的1脚与2脚接地,其3脚依次串接第十一电阻R11、第十电容C10后接地,所述第十一电阻R11两端还并联有第十电阻R10;
[0059] 所述共模电感NF1的3脚还串接保险管F1后连接第十一二极管D11的阳极,该第十一二极管D11的阳极还依次串接有第一电阻R1、第二电阻R2后接地,所述第一电阻R1与第二电阻R2的公共端连接核心单片机U16的输入电压检测点端脚,该公共端还串接有第三电容C3后接地,所述第十一二极管D11的阴极为电压VCC输出端,所述第十一二极管D11的阴极串接第十二电容C12后接地;
[0060] 所述第十一二极管D11的阴极连接稳压二极管Z1的阴极,该稳压二极管Z1的阳极连接继电器U1的线圈脚L1,所述稳压二极管Z1的两端还并联有第十三电容C13、第十三电阻R13,所述继电器U1的线圈脚L2连接有N型MOS管M7的漏极,所述N型MOS管M7的源极接地,所述N型MOS管M7的栅极串接第十四电阻R14后连接核心单片机U16的负载开关控制端脚,所述N型MOS管M7的栅极还串接第十五电阻R15后接地,所述继电器U1的开关脚SW2-连接所述第十一二极管D11的阴极,所述继电器U1的开关脚SW1+为电压VLO输出端,所述开关脚SW1+还连接有稳压二极管Z5的阴极,所述稳压二极管Z5的阳极接地;
[0061] 所述VCC5转换单元如图13所示,设置有电压转换芯片U4,该电压转换芯片U4的电压输入脚VIN接入电压VLO,所述电压转换芯片U4的电压输入脚VIN分别串接第四一电容C41、第四二电容C42后接地,所述电压转换芯片U4的电压输入脚VIN与其使能脚EN之间串接有第四十电阻R40,所述电压转换芯片U4的使能脚EN连接核心单片机U16的5V电压开关脚,所述电压转换芯片U4的使能脚EN还连接有稳压二极管Z40的阴极,该稳压二极管Z40的阳极接地,所述稳压二极管Z40的两端并联有第四一电阻R41,所述电压转换芯片U4的输出脚SW串接第四十电感L40后接第四二极管D4的阳极,该第四二极管D4的阴极为电压VCC5输出端;
[0062] 所述第四二极管D4的阳极分别串接第四四电容C44、第四五电容C45后接地,所述第四二极管D4的阳极还依次串接有第四三电阻R43、第四四电阻R44、第四五电阻R45后接地,其中第四三电阻R43与第四四电阻R44的公共端串接第四六电容C46后接所述电压转换芯片U4的反馈脚FB,所述电压转换芯片U4的反馈脚FB还连接第四四电阻R44与第四五电阻R45的公共端,所述第四二极管D4的阴极还串接第四七电容C47后接地;
[0063] 所述VCC12转换单元如图14所示,包括VCC5转VCC12子单元与VLO转VCC12子单元,所述VCC5转VCC12子单元如图中上半部分示意的,设置有第一高低电压切换NMOS管M2,该第一高低电压切换NMOS管M2的源极接地,其栅极连接核心单片机U16的高低电压切换控制脚,其漏极连接PMOS管M1的栅极,所述PMOS管M1的源极接入所述电压VCC5,所述PMOS管M1的栅极与源极之间串接有第六十电阻R60,所述PMOS管M1的源极还串接第五十电容C50后接地,所述PMOS管M1的漏极连接有PMOS管M3的源极,所述PMOS管M3的栅极连接有第一12V电源启用NMOS管M4的漏极,所述第一12V电源启用NMOS管M4的栅极连接核心单片机U16的12V电源控制脚,所述第一12V电源启用NMOS管M4的源极接地,所述PMOS管M3的栅极与源极之间还串接有第六四电阻R64;
[0064] 所述PMOS管M3的漏极连接升压芯片U6的输入脚VIN,所述升压芯片U6的输入脚VIN串接有第六一电容C61后接地,所述升压芯片U6的输入脚VIN与脚 之间串接有第六三电阻R63,所述升压芯片U6的输入脚VIN还串接第六十电感L60后接其输出脚SW,所述升压芯片U6的输出脚SW与其反馈脚FB之间串接有第六七电阻R67,该第六七电阻R67两端并联有第六二电容C62,所述升压芯片U6的反馈脚FB还串接第六八电阻R68后接地,所述升压芯片U6的输出脚SW还连接有第六十二极管D60的阳极,所述第六十二极管D60的阴极为电压VCC12输出端,所述第六十二极管D60的阴极还串接第六三电容C63后接地;
[0065] 所述VLO转VCC12子单元如图14下半部分示意的,设置有第二高低电压切换NMOS管M5,该第二高低电压切换NMOS管M5的栅极连接核心单片机U16的高低电压切换控制脚,其源极接地,其漏极串接第五十电阻R50后连接电压转换芯片U5的使能脚EN,所述电压转换芯片U5的使能脚EN连接有核心单片机U16的12V电源控制脚,所述电压转换芯片U5的使能脚EN还串接第五一电阻R51后接地,其中,第五一电阻R51的阻值至少为第五十电阻R50阻值的10倍,所述电压转换芯片U5的使能脚EN还连接有稳压二极管Z50的阴极,所述稳压二极管Z50的阳极接地;
[0066] 所述电压转换芯片U5的输入脚VIN接入电压VLO,所述电压转换芯片U5的输入脚VIN还串接第五一电容C51后接地,所述电压转换芯片U5的输出脚SW串接第五十电感L50后连接第五二极管D5的阳极,所述第五二极管D5的阴极为电压VCC12输出端;
[0067] 所述第五二极管D5的阳极串接第五三电容C53后接地,所述第五二极管D5的阳极还依次串接有第五四电阻R54、第五五电阻R55后接地,所述第五二极管D5的阳极还串接第五五电容C55后接所述电压转换芯片U5的反馈脚FB,所述电压转换芯片U5的反馈脚FB还连接第五四电阻R54与第五五电阻R55的公共端,所述第五二极管D5的阴极还串接第五六电容C56后接地。
[0068] 图14所示意的两部分通过高低电压切换信号进行切换,当信号为高电平时,只有上半部分的VCC5转VCC12子单元工作,当信号为低电平时才为VLO转VCC12子单元工作。可适应不同电压需求的元件,且由于输入电压VIN为5-24V适用,当高于12V时,直接使用VLO转VCC12子单元即可,若低于12V,则需由电压VCC5拉高为12V,此时就需要VCC5转VCC12子单元工作。
[0069] 所述485串口供电子单元如图15所示,设置有VCC5转换VCC-485电路与VCC12转换VCC-485电路,其中,图15右半部分表示所述VCC5转换VCC-485电路,包括开关NMOS管M13,所述开关NMOS管M13的源极接地,其栅极连接核心单片机U16的485通道5V开关控制脚,所述开关NMOS管M13的栅极还串接第一一五电阻R115后接地,所述开关NMOS管M13的漏极连接有PMOS管M12的栅极,所述PMOS管M12的源极接入电压VCC5,其漏极为电压VCC-485输出端,所述PMOS管M12的源极还串接第一一二电容C112后接地,所述PMOS管M12的源极与栅极之间串接有第一一三电阻R113,所述PMOS管M12的漏极还串接有第一一三电容C113后接地;
[0070] 图15的左半部分表示所述VCC12转换VCC-485电路,包括开关NMOS管M11,所述开关NMOS管M11的源极接地,其栅极连接核心单片机U16的485通道12V开关控制脚,所述开关NMOS管M11的栅极还串接第一一二电阻R112后接地,所述开关NMOS管M11的漏极连接有PMOS管M10的栅极,所述PMOS管M10的源极接入电压VCC12,其漏极为电压VCC-485输出端,所述PMOS管M10的源极还串接第一一一电容C111后接地,所述PMOS管M10的源极与栅极之间串接有第一一零电阻R110,所述PMOS管M10的漏极还串接有第一一零电容C110后接地;
[0071] 如图16所示的232串口供电子单元设置有VCC5转换VCC-232电路与VCC12转换VCC-232电路,其中,VCC5转换VCC-232电路由图16的右半部分所示意,包括开关NMOS管M23,所述开关NMOS管M23的源极接地,其栅极连接核心单片机U16的232通道5V开关控制脚,所述开关NMOS管M23的栅极还串接第二一五电阻R215后接地,所述开关NMOS管M23的漏极连接有PMOS管M22的栅极,所述PMOS管M22的源极接入电压VCC5,其漏极为电压VCC-232输出端,所述PMOS管M22的源极还串接第二一二电容C212后接地,所述PMOS管M22的源极与栅极之间串接有第二一三电阻R213,所述PMOS管M22的漏极还串接有第二一三电容C213后接地;
[0072] 所述VCC12转换VCC-232电路由图16的左半部分示意,包括开关NMOS管M21,所述开关NMOS管M21的源极接地,其栅极连接核心单片机U16的232通道12V开关控制脚,所述开关NMOS管M21的栅极还串接第二一二电阻R212后接地,所述开关NMOS管M21的漏极连接有PMOS管M20的栅极,所述PMOS管M20的源极接入电压VCC12,其漏极为电压VCC-232输出端,所述PMOS管M20的源极还串接第二一一电容C211后接地,所述PMOS管M20的源极与栅极之间串接有第二一零电阻R210,所述PMOS管M20的漏极还串接有第二一零电容C210后接地;
[0073] 如图17,所述485通信IC供电子单元包括电压转换芯片U8,该电压转换芯片U8的输入脚IN接入电源VCC5,所述电压转换芯片U8的输入脚IN还串接第八十电容C80后接地,所述电压转换芯片U8的地脚接地,所述电压转换芯片U8的使能脚EN连接核心单片机U16的485IC电压控制脚,所述电压转换芯片U8的使能脚EN还串接第八十电阻R80后接地,所述电压转换芯片U8的输出脚OUT为485IC-3V3输出端,所述电压转换芯片U8的输出脚OUT还串接第八二电容C82后接地;
[0074] 所述232通信IC供电子单元包括电压转换芯片U9,该电压转换芯片U9的输入脚IN接入电源VCC5,所述电压转换芯片U9的输入脚IN还串接第九一电容C91后接地,所述电压转换芯片U9的地脚接地,所述电压转换芯片U9的使能脚EN连接核心单片机U16的232IC电压控制脚,所述电压转换芯片U9的使能脚EN还串接第九十电阻R90后接地,所述电压转换芯片U9的输出脚OUT为232IC-3V3输出端,所述电压转换芯片U9的输出脚OUT还串接第九二电容C92后接地。
[0075] 如图18,所述模拟信号通道电源管理单元设置有VCC5转换VCC-GVS电路与VCC12转换VCC-GVS电路,其中,所述VCC5转换VCC-GVS电路为图18的右半部分,包括开关NMOS管M33,所述开关NMOS管M33的源极接地,其栅极连接核心单片机U16的GVS通道5V开关控制脚,所述开关NMOS管M33的栅极还串接第三一五电阻R315后接地,所述开关NMOS管M33的漏极连接有PMOS管M32的栅极,所述PMOS管M32的源极接入电压VCC5,其漏极为电压VCC-GVS输出端,所述PMOS管M32的源极还串接第三一二电容C312后接地,所述PMOS管M32的源极与栅极之间串接有第三一三电阻R313,所述PMOS管M32的漏极还串接有第三一三电容C313后接地;
[0076] 所述VCC12转换VCC-GVS电路为图18的左半部分,包括开关NMOS管M31,所述开关NMOS管M31的源极接地,其栅极连接核心单片机U16的GVS通道12V开关控制脚,所述开关NMOS管M31的栅极还串接第三一二电阻R312后接地,所述开关NMOS管M31的漏极连接有PMOS管M30的栅极,所述PMOS管M30的源极接入电压VCC12,其漏极为电压VCC-GVS输出端,所述PMOS管M30的源极还串接第三一一电容C311后接地,所述PMOS管M30的源极与栅极之间串接有第三一零电阻R310,所述PMOS管M30的漏极还串接有第三一零电容C310后接地。
[0077] 所述单片机电源管理单元如图19所示;
[0078] 且图19中还包括了电压C3V6的电压转换电路,该电路由VCC直接转换C3V6,结合图12中VCC位于继电器U1前端,则可控制负载开关控制关闭电压VLO的供应,则整个终端除看门狗MCU外,其他模块全部断电,系统状态监测控制模块继续工作,可以此实现终端的重启与恢复。
[0079] 本实用新型的工作原理为:
[0080] 终端上电后,VLO转换单元中的输入电压检测点将判定输入电压范围合理性,并自动切换至单片机电源管理单元,核心单片机U16上电开机并进行初始化,核心单片机U16根据配置信息配置有线传输模块、无线传输模块,并将监测信息写入系统状态监测控制模块,写入完成后,系统自动重启并进入运行模式。
[0081] 系统状态监测控制模块将监测系统运行状态,若系统运行报告异常,看门狗MCU将执行设备重启。
[0082] 系统进入运行模式:有线传输模块、无线传输模块根据配置信息执行前端传感设备数据采集(或发送),并根据配置信息进行数据解析、转码、打包,之后通过有线传输模块、无线传输模块将打包完毕的数据传至指定平台或其余设备。系统单次任务运行完毕后,根据配置要求,关闭对应的采集传输通道,进入低功耗状态,以节约能耗。
[0083] 系统进入配置模式:按照要求将设备与配置上位机通过有线连接成功之后,通过上位机指定按钮发出配置命令,设备进入配置模式。进入该模式后,用户可在上位机软件中配置各个通道数据采集的时间间隔、从机设备地址、数据寄存器地址、预处理方式、传输方式、输出电压值、通道采集超时间等信。同时用户可根据上位机的格式要求自行输入数据解析协议、数据打包协议。各项配置打包完成之后,配置上位机将配置信息写入核心单片机U16,要求设备重启,完成配置过程。
[0084] 最后需要说明的是,上述描述仅仅为本实用新型的优选实施例,本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下,在不违背本实用新型宗旨及权利要求的前提下,可以做出多种类似的表示,这样的变换均落入本实用新型的保护范围之内。
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