多通道數(shù)字傳感器并行采集系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種多通道數(shù)字傳感器并行采集系統(tǒng)，屬于工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著近些年科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，我國已經(jīng)全面進(jìn)入信息電子化時(shí)代。在工業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、智能家居等各個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中，自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，功能越來越強(qiáng)大，并且自動(dòng)化程度也越來越高。而數(shù)據(jù)信號的采集作為自動(dòng)化控制技術(shù)中重要的一部分，已經(jīng)越來越受到人們的重視與研宄。
[0003]外界的各種各樣的物理參數(shù)，就像水位、壓力、溫度、ph值等這些非電信號量，都是自動(dòng)化控制系統(tǒng)當(dāng)中需要進(jìn)行采集的各種信號狀態(tài)量。將這些信號通過傳感器轉(zhuǎn)換成芯片處理的電信號，接著再將信號調(diào)理轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)能夠采集的電壓信號，然后每隔固定的時(shí)間對其信號進(jìn)行采樣、保持、量化、編碼四個(gè)步驟轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，電子系統(tǒng)才能識別和處理這種數(shù)字信號，這個(gè)過程就是數(shù)據(jù)信號的采集。
[0004]在傳統(tǒng)的自動(dòng)化控制設(shè)備中，數(shù)據(jù)信號的采集都是集成在控制設(shè)備中的一部分。但是現(xiàn)在市場上不同品牌的傳感器的通訊協(xié)議不盡相同，整個(gè)控制系統(tǒng)為了匹配不同傳感器的通訊協(xié)議而需要不斷地被修改，這會(huì)使一個(gè)自控工程變得復(fù)雜與不穩(wěn)定，也極大地增加了工程師的工作量。這時(shí)候，一個(gè)能將通訊協(xié)議上的差異屏蔽掉，并且功能強(qiáng)大、性能優(yōu)良的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)就會(huì)更加顯示其應(yīng)用的必要性。本發(fā)明準(zhǔn)備基于STC15W408AS芯片，設(shè)計(jì)一種通用性強(qiáng)、精度高、能自動(dòng)識別傳感器類型的多通道數(shù)字傳感器并行采集系統(tǒng)，將數(shù)據(jù)采集的工作獨(dú)立出來，完成對不同數(shù)字傳感器之間的通訊協(xié)議差異的屏蔽，從而提高數(shù)據(jù)信號采集的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性與工程的穩(wěn)定性。如果這個(gè)產(chǎn)品能夠應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中，將會(huì)有很好的發(fā)展前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種通用性強(qiáng)、精度高、能自動(dòng)識別傳感器類型的多通道數(shù)字傳感器并行采集系統(tǒng)。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下方案為多通道數(shù)字傳感器并行采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)的硬件包括以下幾個(gè)部分:主處理器、從處理器、RS485接收模塊、電源模塊；其中，計(jì)算機(jī)或單片機(jī)等控制器通過RS485接收模塊與主處理器相連接，主處理器和4個(gè)從處理器通過SPI接口以一主四從的方式連接，4個(gè)從處理器分別通過RS485接收模塊與數(shù)字傳感器連接，電源模塊與主處理器和從處理器相連接。
[0007]下面詳細(xì)闡述該系統(tǒng)整體構(gòu)造及其各部分具體實(shí)現(xiàn)過程。
[0008]主處理器與從處理器都選用型號為STC15W408AS的芯片。主處理器通過SPI將時(shí)鐘信號與要采集的傳感器地址按時(shí)序依次發(fā)送到每個(gè)從處理器，并將從處理器相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集并儲(chǔ)存到片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器里；當(dāng)主處理器通過RS485模塊接收到控制器下達(dá)的數(shù)據(jù)采集命令時(shí)，它會(huì)讀取片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器里相應(yīng)地址傳感器的數(shù)據(jù)并上傳到控制器。4個(gè)從處理器每路最多支持16個(gè)數(shù)字傳感器的接入；從處理器能夠通過輪詢問答自動(dòng)識別接入的數(shù)字傳感器的數(shù)量、地址、類型等信息；從處理器進(jìn)入工作狀態(tài)后，開始不停的通過RS485模塊與所接入的數(shù)字傳感器進(jìn)行通信，然后將所采集的數(shù)據(jù)解析出來并按照modbus RTU協(xié)議重組成幀，當(dāng)主處理器通過SPI查詢傳感器數(shù)據(jù)時(shí)把相應(yīng)的幀上傳到主處理器。電源模塊能夠?qū)?4V輸入電壓轉(zhuǎn)換成5V輸出電壓。每個(gè)處理器配有I個(gè)TTL下載接口，能夠在系統(tǒng)運(yùn)行前對每個(gè)處理器中的數(shù)字傳感器查詢指令表進(jìn)行配置，已達(dá)到自動(dòng)識別數(shù)字傳感器類型的目的。5個(gè)處理器通過SPI —主四從的方式連接實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的并行，能夠提高數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)性；RS485模塊中設(shè)計(jì)了濾波保護(hù)電路，能夠提高數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性。
[0009]基于以上硬件設(shè)計(jì)，本系統(tǒng)的軟件內(nèi)容包括主處理器部分和從處理器部分。主處理器包括查詢模塊與應(yīng)答模塊；從處理器包括查詢模塊、應(yīng)答模塊與指令解析模塊。
[0010]其中，主處理器的查詢模塊的功能是通過SPI協(xié)議與從處理器通信，實(shí)現(xiàn)對從處理器中最新數(shù)字傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集；主處理器的應(yīng)答模塊實(shí)現(xiàn)與控制器的通信，在串口中斷中將數(shù)據(jù)第一時(shí)間上傳。另一方面，從處理器查詢模塊包括傳感器自動(dòng)識別功能與數(shù)據(jù)采集功能。其中，自動(dòng)識別功能是從處理器按照提前配置好的傳感器信息對接入的數(shù)字傳感器進(jìn)行輪詢發(fā)送指令，當(dāng)接到應(yīng)答后將相應(yīng)的傳感器類型、通信格式、地址等信息儲(chǔ)存在傳感器通道使能表里；數(shù)據(jù)采集功能按照修改后的傳感器通道使能表進(jìn)行輪詢查詢，不斷的采集最新的傳感器數(shù)據(jù)。從處理器的指令解析模塊實(shí)現(xiàn)對所采集的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行校驗(yàn)并解析出數(shù)據(jù)的功能，然后將所采集的數(shù)據(jù)按照modbus RTU協(xié)議進(jìn)行重組并保存到數(shù)組中等待主處理器的查詢。當(dāng)從處理器接到主處理器的片選信號后進(jìn)入SPI中斷，將主處理器所查詢地址的傳感器數(shù)據(jù)幀進(jìn)行上傳，這是從處理器的應(yīng)答模塊。
[0011]綜合硬件與軟件的設(shè)計(jì)，本系統(tǒng)具有以下特征:
[0012]通過通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換功能能夠屏蔽不同傳感器之間的通訊差異。通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換功能實(shí)現(xiàn)的兩個(gè)步驟:首先數(shù)據(jù)處理部分把不同通訊協(xié)議下的數(shù)據(jù)幀中的有效數(shù)據(jù)提取出來，并保證數(shù)據(jù)的完整性，不缺幀漏幀。然后數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換部分把已提取出的有效數(shù)據(jù)進(jìn)行重組并寫入新的數(shù)據(jù)幀，單片機(jī)或者計(jì)算機(jī)可以直接讀取到統(tǒng)一格式的數(shù)據(jù)信息。
[0013]自動(dòng)識別不同數(shù)字傳感器。同類型不同品牌的傳感器，同品牌不同類型的傳感器，其初始化命令也不盡相同。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果。
[0015]在實(shí)際生產(chǎn)中，工程師需要為不同的數(shù)字傳感器在控制端編寫相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)才能實(shí)現(xiàn)其功能，這不僅耗時(shí)耗力，也導(dǎo)致整個(gè)工程無法適應(yīng)不同的生產(chǎn)環(huán)境。本發(fā)明在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中提前配置大量不同數(shù)字傳感器的驅(qū)動(dòng)信息，以達(dá)到傳感器自動(dòng)識別，即插即用的效果O
【附圖說明】
[0016]圖1:多通道數(shù)字傳感器并行采集系統(tǒng)正面圖。
[0017]圖2:多通道數(shù)字傳感器并行采集系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖。
[0018]圖3:多通道數(shù)字傳感器并行采集系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖。
[0019]圖4:多通道數(shù)字傳感器并行采集系統(tǒng)主處理器流程圖。
[0020]圖5:多通道數(shù)字傳感器并行采集系統(tǒng)從處理器流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]結(jié)合圖1到圖5部分，在以下部分對這些圖示進(jìn)行詳細(xì)描述:
[0022]如圖1所示，在工業(yè)自動(dòng)化控制工程中，將不同數(shù)字傳感器連接到B3-B10這4組RS485接口，每組接口最多能接16路數(shù)字傳感器，實(shí)現(xiàn)對數(shù)字傳感器信息的采集。A9、AlO為24V電源輸入，通過電源模塊的轉(zhuǎn)換，BUB2為5V電源輸出。A7、A8連接計(jì)算機(jī)、單片機(jī)或PLC等控制器，實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)和上位機(jī)的通信。A1-A6為擴(kuò)展接口，可以實(shí)現(xiàn)其他功能模塊的后期接入。I個(gè)主處理器，4個(gè)從處理器按照樹狀連接，旁邊配有工作指示燈可以觀察到整個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)。
[0023]如圖2所示，多通道數(shù)字傳感器并行采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流如下:數(shù)字傳感器接收