用於網絡測控的ip傳感器的製作方法

2023-08-10 11:05:31

專利名稱：用於網絡測控的ip傳感器的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於測控技術領域，具體地說，本實用新型涉及一種能方便接入Internet 網絡的IP傳感器。
技術背景
目前，在測控領域，存在著大量的儀表和設備，採集來自現場的壓力、流量、位移、 溫度等物理量，這些物理量通過各種傳感器如溫度傳感器、壓力傳感器以及位移傳感 器等等，轉換成電信號，進行處理後通過RS-232、 RS-485、 RS-422等數字接口傳送到 上位設備中去。但採用這些接口存在著一些不足(1)傳輸距離有限；(2)與PC機進 行串行通信， 一臺PC機最多可掛接89個此類傳感器，從而對傳感器系統的擴充也是個 致命的限制；(3)在遠距離傳輸信號時很容易受線路幹擾及環境噪聲的影響，還會造成 信號衰減，且布線複雜；並且其所傳輸的數據量將受到影響，速度慢，數據傳輸實時性 受到限制。另外，許多大公司都推出了自己的現場總線(Fieldbus)標準，如Intel公司 推出Bitbus、美國Rosemount公司推出HART、德國Bosch公司推出Canbus、 Siemens 公司推出Profibus、 Foundation Fieldbus、以及美國Echelon公司推出LonWorks等。這 些總線形式已經被廣泛運用於現場總線控制系統，構成傳輸各類傳感器信息的數字式、 雙向、多分支結構的通訊網絡。由於現場總線形式的繁多，傳輸信息的方式不一樣，所 以它們之間是不可以互相連接的。
而Internet自誕生以來，就以其可以連接位於任何地方的任何形式終端的優點牢牢 佔據了人類的生活，基於TCP/IP協議的乙太網逐漸滲入到社會生活的各個角落並延伸 到工業自動化系統。將傳感器採集的各類信息數位化後傳輸到Internet上，使工作人員 在任何能連上Internet的終端上都能查看現場的狀況。但由於傳感器的類型繁多，其輸 入輸出量、量程等參數都不相同，因此在對傳感器的數據進行量化時，操作複雜。本實 用新型就是介紹了一種能方便接入Internet網絡的IP傳感器。 發明內容
本實用新型針對上述問題提供了一種新的技術手段。就是結合傳感技術和Internet 技術，將傳感器製成網絡產品，並實現網絡通信協議，使之具有網絡通信功能，成為網 絡中的一個節點而直接與計算機網絡進行數據通信，實現在網絡上任何節點對網絡傳感
3器進行遠程數據訪問，信息實時發布與共享，以及對網絡傳感器的在線編程；藉助因特 網的低成本接入技術，確保將各類傳統傳感器的數據傳輸到Internet上，並通過動態網 頁提交傳感器信息，進而可對不同的傳感器進行不同的量化處理以實現傳感器的自適應 功能，構建具有更高性能價格比的測控自動化系統。 本實用新型所採用的技術方案如下-
一種用於網絡測控的IP傳感器，其包括傳感元件前端部分、A/D及微信號處理部分、 中央微處理器、TCP/IP通訊接口模塊。所述傳感元件前端部分用於採集所要測試的物理 參量，並將該採集的信號輸入至A/D及微信號處理部分，所述A/D及微信號處理部分對 傳感元件前端部分所輸入的信號進行提取和A/D轉換，並將轉換後的數位訊號傳輸至中 央微處理器，經過中央微處理器的數據處理後輸出至TCP/IP通訊接口模塊，在TCP/IP 通訊接口模塊中，由TCP/IP協議實現TCP/IP數據包的封裝並完成與網絡數據交換。
本實用新型所公開的一種用於網絡測控的IP傳感器本質上為網絡中的一個節點， 它通過設置各自獨立的IP位址來實現網絡識別，突破了傳統傳感器所受的時空局限， 更便於擴展、系統的集成和遠程測控的實現。基於IP傳感器構建的網絡化測控系統具 有易擴展、處理速度快、長距離傳輸、可靠性高、成本低等特點，為傳統測控系統注入 了生機和活力。


圖1為本實用新型的整個IP傳感器系統框圖； 圖2為本實用新型的TCP/IP協議的網絡接口裝置； 圖3為本實用新型的IP傳感器模型圖。
具體實施方式
下面根據說明書附圖對本實用新型的技術方案進一步詳細表述。 本實用新型主要由傳感元件前端部分、A/D及微信號處理部分、中央微處理器部分、 TCP/IP通訊接口模塊和基於虛擬儀器技術的人機界面化及後臺資料庫監測系統平臺等 組成。其中傳感元件前端部分主要檢測所要測試的物理參量和為後續電路提供處理信 號；A/D及微信號處理部分主要用於對所要處理的信號進行提取、A/D轉換並進行微信 號處理成為中央微處理系統的所需要的信號；中央微處理器部分主要對所採取的信號進 行軟體濾波、溫度補償及多任務等處理；TCP/IP通訊接口模塊主要用於對中央微處理器 處理完的信號進行TCP/IP數據包發送，完成與網絡數據交換。
本實用新型的系統框圖如圖1虛線框部分所示，包括傳感元件前端部分、A/D及微信號處理部分、中央微處理器部分、TCP/IP通訊接口模塊。將被測參量轉換為電信號， 並經過電信號調理和A/D採集轉換為數位訊號，再經過微處理器的數據處理(包括零位 漂移、溫度漂移的補償、濾波及校準後)，由TCP/IP協議實現TCP/IP數據包的封裝， 最後通過乙太網接口模塊完成與網絡數據交換。IP傳感器是通過設置各自獨立的IP地 址來實現網絡識別，因此與傳統傳感器相比能夠更好的便於擴展，以及系統的集成和遠 程測控的實現。另外，圖1中的測試對象和PC機或其它網絡節點兩部分不是IP傳感器 的組成部分，圖1中的測試對象是IP傳感器的測試信號來源，PC機或其它網絡節點可 以和IP傳感器進行數據交互和信息共享，PC機還可以對IP傳感器的測試數據進行分析 處理。
圖2顯示了 IP傳感器模型。在硬體設計上將接口裝置分成兩大功能模塊網絡應
用模塊(Networking A卯liance Modular,應)和傳感器接口模塊(Transducer Interface Module, TIM),節點功能分為兩個模塊第一個模塊包括運行網絡協議和應用軟體的 NAM,第二個模塊包括換能器、邏輯控制和信號處理單元。圖2中傳感器接口模塊主要 負責與現實世界中的傳感元件前端部分對接，完成IP傳感器的信息採集、預處理、地
址邏輯選擇等功能，與圖1中的A/D及微信號處理部分相對應；圖2中網絡應用模塊由 通信接口、 MCU、擴展設備等部分組成，主要負責對TIM模塊的數據進行處理(包括零 位漂移、溫度漂移的補償、濾波及校準等)，以及數據包的封裝和網絡數據傳輸等功能， 與圖1中的TCP/IP通訊接口模塊、中央處理器部分相對應；圖2中的Sensor前端部分 與圖1中的傳感器元件前端部分對應。
圖3顯示了基於TCP/IP協議的網絡接口裝置各個模塊之間的相互關係、數據的流 向和總體控制。主要由兩大部分組成用於TCP/IP通訊的網絡應用處理器(上位機) 和用於埠管理控制的敏捷傳感器接口 (下位機)。兩部分之間基於中斷的方式進行數 據的交換。網絡應用處理器沒有作業系統的支持，網絡通訊是由TCP/IP主應用程式框 架來進行管理的，發送控制和接受控制用於具體實現IP傳感器與PC機或其它網絡節點 的數據傳輸和信息共享。事件可以來自網絡數據的控制信息、也可以來自下位機或者上 位機本身，由事件驅動邏輯統一管理。下位機在上位機的統一管理下協調工作，主要實 現1/0埠和功能函數的管理/控制1/0埠尋址邏輯、功能函數尋址，以及與上位機 的中斷通訊等等。圖3本質上是對圖2中絡應用模塊(Networking Appliance Modular, NAM)和傳感器接口模塊(Transducer Interface Module, TIM)的功能實現描述，圖3 中的實線框部分(TCP/IP主應用程式框架、發送控制、接收控制、嵌入式TCP/IP服務
5等)與圖2中的網絡應用模塊相對應，與圖1中的TCP/IP通訊接口模塊、中央處理器 部分相對應；圖3中的虛線框部分(數據捕獲、狀態捕獲、模擬輸入/輸出控制過程、 數字輸入/輸出控制過程等)與圖2中的傳感器接口模塊相對應，與圖1中的傳感元件 前端部分、A/D及微信號處理相對應。
權利要求1、一種用於網絡測控的IP傳感器，該傳感器包括傳感元件前端部分、A/D及微信號處理部分、中央微處理器系統、TCP/IP通訊接口模塊，其特徵為所述傳感元件前端部分用於採集測試對象的物理參量，並將該採集的信號輸入至A/D及微信號處理部分；所述A/D及微信號處理部分對傳感元件前端部分所輸入的信號進行提取和A/D轉換，並將轉換後的數位訊號傳輸至中央微處理器系統，經過中央微處理器系統的數據處理後輸出至TCP/IP通訊接口模塊，在TCP/IP通訊接口模塊中，由TCP/IP協議實現TCP/IP數據包的封裝並完成與網絡數據交換。
2、 根據權利要求1所述的IP傳感器，其特徵為所述傳感器的前端部分採集所要測試的物理參量，並將該參量轉換為電信號輸出至A/D及微信號處理部分。
3、 根據權利要求1所述的IP傳感器，其特徵為在中央微處理器系統中進行的數據處理包括零位漂移、溫度漂移的補償、濾波及校準。
4、 根據權利要求1所述的IP傳感器，其特徵為所述TCP/IP通訊接口模塊中還包括以 太網接口模塊，用於完成與網絡數據的交換；並在TCP/IP通訊接口模塊中通過設置獨立的 IP位址來實現各自IP傳感器的網絡識別。
5、 根據權利要求1所述的IP傳感器，其特徵為所述IP傳感器通過TCP/IP通訊接口模 塊可以與基於虛擬儀器技術的人機界面化及後臺資料庫監測系統平臺實現網絡數據交換。
6、 根據權利要求4所述的IP傳感器，其特徵為所述TCP/IP通訊接口模塊包括用於TCP/IP 通訊的網絡應用處理器部分和用於埠管理控制的敏捷傳感器接口部分，所述兩部分之間 基於中斷的方式進行數據的交換，網絡通訊是由TCP/IP主應用程式框架進行管理，用於端 口管理控制的敏捷傳感器接口部分在用於TCP/IP通訊的網絡應用處理器部分的統一管理 下協調工作。
7、 根據權利要求6所述的IP傳感器，其特徵為所述用於埠管理控制的敏捷傳感器接 口部分用於實現I/O埠和功能函數的管理和控制，包括I/0埠尋址邏輯、功能函數尋 址，以及與上位機的中斷通訊。
專利摘要本實用新型是一種用於網絡測控的IP傳感器，其包括傳感元件前端部分、A/D及微信號處理部分、中央微處理器、TCP/IP通訊接口模塊。它結合傳感技術和Internet技術，將傳感器製成網絡產品，並實現網絡通信協議，使之具有網絡通信功能，成為網絡中的一個節點而直接與計算機網絡進行數據通信，實現在網絡上任何節點對網絡傳感器進行遠程數據訪問，信息實時發布與共享，以及對網絡傳感器的在線編程；藉助網際網路的低成本接入技術，確保將各類傳統傳感器的數據傳輸到Internet上，並通過動態網頁提交傳感器信息，進而可對不同的傳感器進行不同的量化處理以實現傳感器的自適應功能，構建具有更高性能價格比的測控自動化系統。
文檔編號H04L12/24GK201243303SQ20082009824
公開日2009年5月20日 申請日期2008年5月9日 優先權日2008年5月9日
發明者餘成波, 張冬梅, 謝東坡 申請人:重慶工學院