一種多MCU數據交互智能採集的裝置和方法與流程
2023-09-16 21:19:55 1
本發明涉及工業控制技術領域，特別涉及一種多mcu數據交互智能採集的裝置和方法。
背景技術：
在物聯網行業發展迅速的今天，越來越多的傳感器和智能化設備被應用於機房、農業等領域；怎樣及時地對這些設備的參數和狀態進行採集就成為了一個重要課題。對於智能化設備採集，多採用串口和網絡的形式，以modbus協議或者tcp/ip協議進行數據的傳輸。因此，採集數據會佔用一個mcu的很多接口資源。如採用單網口資源的核心晶片進行底層傳感器的網絡交互，則該傳感器的網口將無法再和上位機進行通信，pc端將無法將採集的數據反饋給維護人員。因此，為了採集數據的最大化，需要將系統分為採集和處理兩個部分，由負責採集的mcu(microcontrollerunit，多微控制單元)和主mcu之間進行數據交互和通信，即一個主mcu某一時刻只與多個從mcu中的一個從mcu通信，並且從mcu之間不進行通信。這種通信通常都是由主mcu發起，與某個從mcu進行問答式的通信，從mcu通常不主動發起通信。這種通信方式常見於一個設備上存在多個電路板，並且有多個電路板上均具有自己的mcu，其中有一個電路板作為主控電路板，控制和協調其他的電路板進行工作。則主控電路板上的mcu為主mcu，其他電路板上的mcu為從mcu。再由主mcu與上位機進行交互，實現數據的顯示和存儲。
針對多mcu數據交互智能採集的方法，目前已有一些發明專利提出了解決方案。如cn101957808a提出了一種基於共享內存空間和中斷方式的mcu數據傳遞方法，該專利預先規劃出一片內存區域用於進行內存共享，當有數據時，將數據存放於共享內存區域，並發出中斷信號。與上位機交互的mcu接收到中斷信號時，讀取數據，並將數據上發。又如專利cn106200454a中提出了一種通過串口通信線進行數據交互的方法，系統是級聯的架構，每個mcu攜帶自身標識，通過身份識別和轉發功能完成數據的傳遞。又如cn103529807中提出的採集系統，分為了數據處理單元和數據採集單元兩部分，單元之間和人機互動均採用rs485總線。又如cn103345455a提出的基於spi總線的dma模式，系統按固定頻率進行內存的搬運，搬運過程無需mcu幹預，可以實現高速採集。
目前專利中提出的多mcu數據交互智能採集多採用內部共享內存、內存搬運和串口總線傳遞數據的形式。多mcu時訪問共享內存區域，雖然從mcu有數據時會用中斷方式通知主cpu，但當有多個從cpu時，臨界資源不能實現同時讀寫，其過程需要介入自旋鎖或者原子鎖的阻塞等待機制，影響採集數據的實時性。內存dma搬運雖無mcu幹預，但主cpu無法監測dma搬運狀態，給數據的穩定性形成幹擾。串口傳遞數據的方法連線簡單，但接口佔用過多，且效率低下，不適於大數據量的採集系統。
技術實現要素：
本發明要解決的技術問題是：提供一種多mcu數據交互智能採集的裝置和方法，其不會佔用採集數據的串口和網口資源，也不會存在訪問臨界資源而造成的自旋等待、影響系統的實時性的情況。
本發明的解決方案是這樣實現的：一種多mcu數據交互智能採集的裝置，包括：
主mcu處理模塊，用於進行廣播包的發送，以及與從mcu採集模塊和與上位機之間的數據交互；
從mcu採集模塊，用於採集智能設備的數據，並將數據緩存後給主mcu處理模塊反饋數據包；
底層模塊，包括各種智能化採集設備。
本發明的另一技術方案在於在上述基礎之上，所述主mcu處理模塊與從mcu採集模塊之間通過iic總線進行通訊。
本發明的另一技術方案在於在上述基礎之上，所述主mcu處理模塊與上位機之間通過乙太網進行通訊。
本發明的另一技術方案在於在上述基礎之上，所述從mcu採集模塊包括兩個以上的從mcu，每個mcu的從地址中有3位是固定值，其餘4位由硬體撥碼開關確定。
本發明的另一技術方案在於在上述基礎之上，所述從mcu採集模塊對智能設備的數據採集通過網口和串口實現。
本發明的另一技術方案在於在上述基礎之上，所述智能化採集設備至少包括網絡支持設備或串口支持設備。
本發明的另一技術方案在於在上述基礎之上，所述從mcu採集模塊採集到智能設備的數據後，將數據放置一個環形隊列中進行緩存，直至收到主mcu處理模塊發來的廣播包後，再將環形隊列中數據進行打包和上發操作。
本發明的另一技術方案在於在上述基礎之上，根據所述從mcu採集模塊中每個mcu的從地址量形成一個唯一的延時時間值，使得從mcu採集模塊在主mcu處理模塊發送廣播包後，延時不同的時間後進行數據傳輸，實現分時傳輸。
本發明的另一技術方案在於在上述基礎之上，還提供了一種多mcu數據交互智能採集的方法，其包括以下步驟：
主mcu處理模塊進行廣播包的發送，並採用iic總線與從mcu採集模塊進行數據交互，通過乙太網與上位機之間進行數據交互；
從mcu採集模塊採集智能設備的數據，並將數據緩存後給主mcu處理模塊反饋數據包；其中，
所述從mcu採集模塊包括兩個以上的從mcu，每個mcu設置不同的從地址，所述主mcu處理模塊通過不同的從地址來和每個負責採集的mcu進行通訊。
本發明的另一技術方案在於在上述基礎之上，所述從mcu採集模塊採集智能設備數據的方法具體為：
(1)初始化，讀取從mcu的撥碼開關值對應的唯一從地址；
(2)通過延時參數生成函數和從地址量形成一個唯一的延時參數；
(3)通過配置好的串口和網口及相應協議實現基本的傳感器數據採集功能，並將採集的數據存入環形隊列；
(4)當所述從mcu採集模塊接收到主mcu處理模塊發送的iic數據時，將進入iic接收中斷，在中斷中將對數據進行判斷，如果是所述主mcu採集模塊發來的廣播包，則以延時參數為定時器延時量設置定時器，設置完成後，退出iic接收中斷；
(5)當定時器時間來到時，進入定時器中斷，將flag標誌位置1，清中斷標誌後將定時器中斷關閉；
(6)主函數將判斷flag標誌是否為1，如果為1且環形隊列非空，則通過iic總線進行數據的發送；否則，跳回步驟(3)繼續進行底層數據的採集。
從以上技術方案可以看出，本發明實施例具有以下優點：
在本發明提供的實施例中，提出一種多mcu數據交互智能採集的裝置和方法，採集模塊負責對傳感器的數據進行採集、初步處理和打包，處理模塊負責整合採集模塊的數據，並進行進一步處理，最後與上位機部分共同實現人際交互功能。模塊之間採用iic總線分時傳輸的方式進行交互，不會佔用採集數據的串口和網口資源，也不會存在訪問臨界資源而造成的自旋等待、影響系統的實時性的情況，而且能夠保證數據的正確性。具體地，其通過將數據採集和數據處理、交互進行結構上的分層，以mcu之間通信的方式進行數據傳遞，保證了整個數據採集系統的實時性。所述多mcu數據交互智能採集的裝置和方法並不通過串口或者網絡等資源緊張的接口進行通信，而是採用iic總線的機制進行通信，每個mcu設置不同的從地址，主mcu通過從地址的不同來和每個負責採集的mcu進行通訊。一方面使得連線更加簡單，去除了因外接通訊模塊而增加的成本；另一方面，採用iic總線，並未佔用串口和網口資源，使得mcu的接口資源得以保證。另外，通過撥碼開關的選擇可以使負責採集的mcu具備不同的iic從地址，這種由硬體確定從地址的方法可以有效地避免因從地址不同而造成的軟體版本多樣化，減少軟體維護的困難。而且，通過每臺設備從地址的值經過算法處理可以產生一個唯一的延時時間值，該值可以使得從mcu在主mcu發送廣播包後，延時不同的時間後進行基於iic總線的數據傳輸，即分時傳輸。因此，這種方式可以減少iic中繼器的引入，節約了系統的成本，具體延時由內部定時器實現，不會影響系統的實時性。
附圖說明
構成本發明的一部分的附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用於解釋本發明，並不構成對本發明的不當限定。
圖1為本發明一種實施方式中多mcu數據交互智能採集的裝置的結構框圖；
圖2為發明一種實施方式中多mcu數據交互智能採集的裝置的結構示意圖；
圖3為本發明一種實施方式中多mcu數據交互智能採集方法中從mcu採集模塊採集智能設備數據的方法流程圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明進行詳細描述，本部分的描述僅是示範性和解釋性，不應對本發明的保護範圍有任何的限制作用。此外，本領域技術人員根據本文件的描述，可以對本文件中實施例中以及不同實施例中的特徵進行相應組合。
本發明的說明書和權利要求書及上述附圖中的術語「第一」、「第二」、「第三」「第四」等(如果存在)是用於區別類似的對象，而不必用於描述特定的順序或先後次序。應該理解這樣使用的數據在適當情況下可以互換，以便這裡描述的本發明的實施例，例如能夠以除了在這裡圖示或描述的那些以外的順序實施。此外，術語「包括」和「具有」以及他們的任何變形，意圖在於覆蓋不排他的包含，例如，包含了一系列步驟或單元的過程、方法、系統、產品或設備不必限於清楚地列出的那些步驟或單元，而是可包括沒有清楚地列出的或對於這些過程、方法、產品或設備固有的其它步驟或單元。所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用於解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。相反，本發明的實施例包括落入所附加權利要求書的精神和內涵範圍內的所有變化、修改和等同物。本部分的描述僅是示範性和解釋性，不應對本發明的保護範圍有任何的限制作用。此外，本領域技術人員根據本文件的描述，可以對本文件中實施例中以及不同實施例中的特徵進行相應組合。在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語「相連」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連。對於本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。此外，在本發明的描述中，除非另有說明，「多個」的含義是兩個或兩個以上。流程圖中或在此以其他方式描述的任何過程或方法描述可以被理解為，表示包括一個或更多個用於實現特定邏輯功能或過程的步驟的可執行指令的代碼的模塊、片段或部分，並且本發明的優選實施方式的範圍包括另外的實現，其中可以不按所示出或討論的順序，包括根據所涉及的功能按基本同時的方式或按相反的順序，來執行功能，這應被本發明的實施例所屬技術領域的技術人員所理解。
本發明實施例如下，如圖1所示，一種多mcu數據交互智能採集的裝置，包括：
主mcu處理模塊，用於進行廣播包的發送，以及與從mcu採集模塊和與上位機之間的數據交互；
從mcu採集模塊，用於採集智能設備的數據，並將數據緩存後給主mcu處理模塊反饋數據包；
底層模塊，包括各種智能化採集設備。
優選的是，所述主mcu處理模塊與從mcu採集模塊之間通過iic總線進行通訊。所述主mcu處理模塊與上位機之間通過乙太網進行通訊。所述從mcu採集模塊包括兩個以上的從mcu，每個mcu的從地址中有3位是固定值，其餘4位由硬體撥碼開關確定。所述從mcu採集模塊對智能設備的數據採集通過網口和串口實現。所述智能化採集設備至少包括網絡支持設備或串口支持設備。優選的是，所述從mcu採集模塊採集到智能設備的數據後，將數據放置一個環形隊列中進行緩存，直至收到主mcu處理模塊發來的廣播包後，再將環形隊列中數據進行打包和上發操作。根據所述從mcu採集模塊中每個mcu的從地址量形成一個唯一的延時時間值，使得從mcu採集模塊在主mcu處理模塊發送廣播包後，延時不同的時間後進行數據傳輸，實現分時傳輸。
如圖2所示，為以一個負責處理的主mcu和以八個負責採集的從設備為例的採集裝置示意圖。需要說明的是，圖2中以八個從mcu為例進行說明僅是示意性的，本發明中負責採集的從mcu數量並無限制，以八個從mcu為例僅是為了清楚起見。其中，
mcu0是通訊的發起者(廣播包)，即iic的主設備。當需要採集數據時，mcu0將發起廣播包，採集模塊的從機收到廣播包後將對數據進行分時發送。mcu0接收到數據後，將進行數據的整理和打包，與上位機進行數據傳輸和交互。
mcu1-mcu8是iic通訊的響應者，即iic的從設備。每個iic的從地址是由3位固定值和4個硬體撥碼開關一起確定。從地址確認後，將通過算法形成一個唯一的延時參數，以供接收到廣播包後分時發送的延時值。發送的數據來自於mcu1-mcu8的採集過程，採集通過串口和網口共同實現；採集後的數據放置於一個環形隊列以供讀取。
在上述實施例的基礎上，本發明另一實施例中，還提供了一種多mcu數據交互智能採集的方法，其包括以下步驟：
主mcu處理模塊進行廣播包的發送，並採用iic總線與從mcu採集模塊進行數據交互，通過乙太網與上位機之間進行數據交互；
從mcu採集模塊採集智能設備的數據，並將數據緩存後給主mcu處理模塊反饋數據包；其中，
所述從mcu採集模塊包括兩個以上的從mcu，每個mcu設置不同的從地址，所述主mcu處理模塊通過不同的從地址來和每個負責採集的mcu進行通訊。
在上述實施例的基礎上，本發明另一實施例中，如圖3所示，所述從mcu採集模塊採集智能設備數據的方法具體為：
(1)初始化，讀取從mcu的撥碼開關值對應的唯一從地址；將讀取撥碼開關連接輸入引腳的io量，形成一個與撥碼開關對應的唯一從地址，並進行串口、網口等硬體初始化工作；
(2)通過unique_delay_create延時參數生成函數和從地址量形成一個唯一的延時參數；
(3)通過配置好的串口和網口及相應協議實現基本的傳感器數據採集功能，並將採集的數據存入環形隊列；
(4)當所述從mcu採集模塊接收到主mcu處理模塊發送的iic數據時，將進入iic接收中斷，在中斷中將對數據進行判斷，如果是所述主mcu採集模塊發來的廣播包，則以延時參數為定時器延時量設置定時器，設置完成後，退出iic接收中斷；
(5)當定時器時間來到時，進入定時器中斷，將flag標誌位置1，清中斷標誌後將定時器中斷關閉；
(6)主函數將判斷flag標誌是否為1，如果為1且環形隊列非空，則通過iic總線進行數據的發送；否則，跳回步驟(3)繼續進行底層數據的採集。
從以上技術方案可以看出，本發明所述多mcu數據交互智能採集的裝置和方法具有以下優點：
1、通過將數據採集和數據處理、交互進行結構上的分層，以mcu之間通信的方式進行數據傳遞，保證了整個數據採集系統的實時性。
2、並不通過串口或者網絡等資源緊張的接口進行通信，而是採用iic總線的機制進行通信，每個mcu設置不同的從地址，主mcu通過從地址的不同來和每個負責採集的mcu進行通訊。一方面使得連線更加簡單，去除了因外接通訊模塊而增加的成本；另一方面，採用iic總線，並未佔用串口和網口資源，使得mcu的接口資源得以保證。
3、通過撥碼開關的選擇可以使負責採集的mcu具備不同的iic從地址，這種由硬體確定從地址的方法可以有效地避免因從地址不同而造成的軟體版本多樣化，減少軟體維護的困難。
4、通過每臺設備從地址的值經過算法處理可以產生一個唯一的延時時間值，該值可以使得從mcu在主mcu發送廣播包後，延時不同的時間後進行基於iic總線的數據傳輸，即分時傳輸。因此，這種方式可以減少iic中繼器的引入，節約了系統的成本，具體延時由內部定時器實現，不會影響系統的實時性。
以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。