專利名稱：一種基于注冊機(jī)制的多點(diǎn)測溫控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及單總線溫度傳感器多點(diǎn)測溫控制系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其設(shè)計(jì)了一種基于注冊機(jī)制的，方便管理和維護(hù)的單總線溫度傳感器多點(diǎn)測溫控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
單總線溫度傳感器多點(diǎn)測溫控制系統(tǒng)無論在工業(yè)制造領(lǐng)域還是生活領(lǐng)域中都扮演著重要的角色。與傳統(tǒng)的模擬信號遠(yuǎn)距離溫度測量系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)避免了引線誤差補(bǔ)償問題、多點(diǎn)測量切換誤差問題、放大電路零點(diǎn)漂移誤差等技術(shù)問題。譬如抗干擾能力強(qiáng)的數(shù)字式單總線溫度傳感器DS18B20，其造價(jià)成本相對低，體積小、精度高，可以直接將溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，且可以只使用單根電纜傳輸溫度數(shù)據(jù)，通信方便、傳輸距離遠(yuǎn)且抗干擾性好，使得該系統(tǒng)得以簡化，與傳統(tǒng)的溫度傳感器組成的多點(diǎn)測溫系統(tǒng)相比也節(jié)省了大量的電纜，且在實(shí)際的應(yīng)用中取得良好的測溫效果。因此DS18B20多點(diǎn)測溫控制系統(tǒng)具有非常大 的應(yīng)用市場。在產(chǎn)品制造領(lǐng)域中，DS18B20多點(diǎn)測溫控制系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)揮了巨大作用，廣泛地應(yīng)用于各種電子產(chǎn)品、電器產(chǎn)品的模擬工作環(huán)境測試，如很多生產(chǎn)電冰箱的廠家的生產(chǎn)線配套有冰箱溫度微機(jī)自動檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)原理基于DS18B20多點(diǎn)測溫控制系統(tǒng)，同時(shí)對多臺電冰箱降溫曲線進(jìn)行測試來判斷電冰箱是否合格等；在工業(yè)控制領(lǐng)域中，DS18B20多點(diǎn)測溫控制系統(tǒng)也發(fā)揮了巨大作用，尤其是在大型糧倉或倉庫、釀酒廠、食品加工廠、溫室、儀器儀表室等的溫度檢測和控制，是增加了安全的一種必不可少的措施。單總線溫度傳感器多點(diǎn)測溫控制系統(tǒng)在國內(nèi)外呈現(xiàn)蓬勃發(fā)展的趨勢，我國也不例夕卜，DS18B20多點(diǎn)測溫控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要有四類
一、以單片機(jī)為處理核心，每一個(gè)I/O口掛一個(gè)DS18B20這種方案設(shè)計(jì)雖然采樣的數(shù)據(jù)比較快，但是占用很多的I/O 口資源，擴(kuò)展性不好；
二、以單片機(jī)為處理核心，用撥動開關(guān)編碼的形式來選擇單總線上相應(yīng)的傳感器工作該設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)方案的硬件電路設(shè)計(jì)相對復(fù)雜，手動控制遠(yuǎn)不能滿足智能控制的要求，且擴(kuò)展性受到硬件資源的限制；
三、以單片機(jī)為處理核心，外接存儲器存儲保存DS18B20的ID號及對應(yīng)的位置編號，實(shí)現(xiàn)了單總線上傳感器的自動控制。但是此類系統(tǒng)在替換新的傳感器或新增測溫點(diǎn)時(shí)，需要重新固化程序即對單片機(jī)重新進(jìn)行編程或重新擦寫外部存儲器，維護(hù)極為不方便，達(dá)不到實(shí)時(shí)的控制的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于注冊機(jī)制的多點(diǎn)測溫控制系統(tǒng)，它可以根據(jù)用戶的需求，在上位機(jī)或注冊電路對傳感器ID進(jìn)行注冊或注銷，控制測溫點(diǎn)數(shù)量，實(shí)現(xiàn)資源的合理利用；同時(shí)通過注冊機(jī)制能夠無需重新固化程序就能及時(shí)迅速地更換出現(xiàn)故障、新增或刪減傳感器，為實(shí)際系統(tǒng)維護(hù)和管理提供了極大的方便。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是
一種基于注冊機(jī)制的多點(diǎn)測溫控制系統(tǒng)，包括主控CPU系統(tǒng)電路模塊、與CPU主控模塊連接的ROM外接存儲器模塊、USB通信電路模塊、串口 IXD顯示電路模塊、ID讀取電路、系統(tǒng)時(shí)鐘電路、矩陣鍵盤電路模塊及PC端上位機(jī)監(jiān)控和單總線溫度傳感器ID管理系統(tǒng)模塊等，與現(xiàn)有技術(shù)不同的是以ARM芯片為處理核心，通過與上位機(jī)通信，引入溫度傳感器ID注冊機(jī)制，在更換和增刪傳感器接點(diǎn)時(shí)，只需在上位機(jī)或注冊電路對傳感器ID進(jìn)行操作。所述的溫度傳感器采用星型和總線型拓補(bǔ)連接結(jié)構(gòu)。所述的注冊機(jī)制分為自動注冊電路和手動注冊電路，自動注冊電路由主控CPU和CPLD構(gòu)成，CPLD保證每一個(gè)傳感器對應(yīng)確定的一個(gè)地址(位置)取值，在監(jiān)控系統(tǒng)中完成自動注冊功能；手動注冊電路由串口 IXD顯示電路、矩陣鍵盤電路和主控CPU電路構(gòu)成，可以 通過串口 IXD顯示電路顯示主控CPU下掛溫度傳感器的ID，并通過矩陣鍵盤對ID和位置編碼進(jìn)行一一對應(yīng)，完成手動注冊功能。所述的監(jiān)控系統(tǒng)通過USB通信模塊與PC端上位機(jī)監(jiān)控及單總線溫度傳感器ID注冊管理系統(tǒng)進(jìn)行通信，上位機(jī)監(jiān)控及單總線溫度傳感器ID注冊管理系統(tǒng)軟件開啟時(shí)，會對監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)起獲取控制權(quán)的請求，正常運(yùn)行軟件后，監(jiān)控系統(tǒng)的LCD顯示電路和矩陣鍵盤電路會被屏蔽，所有傳感器ID的注冊、注銷操作，均由上位機(jī)軟件完成，并寫入外部存儲器中。本發(fā)明的有益效果是
I、采用了 ARM處理器技術(shù)結(jié)合RT-Thread操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和外圍結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)通信，實(shí)現(xiàn)多任務(wù)的協(xié)同工作，保證了數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)通信的精確性和可靠性。2、注冊機(jī)制的多點(diǎn)測溫控制系統(tǒng)采用星型和總線型拓?fù)溥B接結(jié)構(gòu)?？偩€型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，單條IO總線上理論能夠接駁128個(gè)單總線溫度傳感器；星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，每個(gè)IO接駁I個(gè)單總線溫度傳感器以對應(yīng)不同的地址碼，從而確定該傳感器對應(yīng)的位置。該系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，具備很強(qiáng)的溫度測量點(diǎn)擴(kuò)展能力。3、注冊機(jī)制的多點(diǎn)測溫控制系統(tǒng)采用手動注冊和自動注冊的溫度傳感器ID管理方式。手動注冊模式中，可在ID讀取電路中獲得傳感器ID并進(jìn)行ID信息和位置的注冊，并寫入外部存儲器；自動注冊模式中，可以根據(jù)不同的地址編碼，完成ID信息和位置的注冊，并寫入外部存儲器。4、于注冊機(jī)制的多點(diǎn)測溫控制系統(tǒng)采用PC端上位機(jī)監(jiān)控及單總線溫度傳感器ID注冊管理系統(tǒng)軟件和測溫系統(tǒng)自帶輸入設(shè)備進(jìn)行人機(jī)交互，交互方式靈活多樣、簡單明了。5、注冊機(jī)制的多點(diǎn)測溫控制系統(tǒng)引入注冊機(jī)制，通過上位機(jī)可以快速地完成出現(xiàn)故障傳感器的更換，使得用戶對系統(tǒng)的維護(hù)變得更加簡單；通過注冊或注銷ID來控制測溫點(diǎn)的數(shù)量，使得資源得以有效合理的利用，靈活的擴(kuò)展性給用戶對測量點(diǎn)的管理提供了方便。6、注冊機(jī)制的多點(diǎn)測溫控制系統(tǒng)上位機(jī)的監(jiān)控包括高溫或低溫報(bào)警提醒和出現(xiàn)故障報(bào)警提醒，能讓用戶及時(shí)地進(jìn)行處理，迅速恢復(fù)系統(tǒng)的正常工作。7、基于注冊機(jī)制的多點(diǎn)測溫控制系統(tǒng)采用單總線外部供電的方式，既有效避免了傳感器因供電不足而帶來的轉(zhuǎn)換誤差問題，保證了數(shù)據(jù)的精確性，又延長了數(shù)據(jù)傳輸?shù)木嚯x。


圖I是本發(fā)明基于注冊機(jī)制的多點(diǎn)測溫控制系統(tǒng)原理框 圖2是本發(fā)明基于注冊機(jī)制的多點(diǎn)測溫控制系統(tǒng)線程示意圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。如附圖I所示本發(fā)明基于注冊機(jī)制的多點(diǎn)測溫控制系統(tǒng)原理框圖，本專利系統(tǒng)裝置共分為五個(gè)部分·
1、CPU主控制系統(tǒng)該部分是整個(gè)系統(tǒng)的處理核心，負(fù)責(zé)采集回來的溫度數(shù)據(jù)的處理及傳感器ID的識別，然后將相應(yīng)的信息傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，并把上位機(jī)確認(rèn)過的信息保存在外接的存儲模塊；
2、自動注冊電路該部分用于注冊系統(tǒng)中星型聯(lián)接的傳感器ID，將CPU與CPLD相連的地址線與CPLD每個(gè)IO 口上的傳感器ID —一進(jìn)行關(guān)聯(lián)，該電路可以自動辨認(rèn)系統(tǒng)下掛傳感器ID所在位置；
3、手動注冊電路該部分主要用來注冊系統(tǒng)中單總線型聯(lián)接的傳感器ID，通過與系統(tǒng)時(shí)鐘產(chǎn)生電路的時(shí)鐘進(jìn)行關(guān)聯(lián)，將檢測到傳感器ID的時(shí)刻與傳感器位置進(jìn)行一一對應(yīng)；
4、ID讀取電路該部分主要用于將新增或更換的傳感器在遠(yuǎn)程控制端讀ID，并進(jìn)行離線注冊，完成離線注冊后，將傳感器拿到對應(yīng)位置進(jìn)行安裝并完成系統(tǒng)后續(xù)功能；
5、上位機(jī)通信該部分主要負(fù)責(zé)傳感器ID的注冊管理及監(jiān)控每一個(gè)傳感器的工作狀態(tài)，注冊管理包括傳感器ID的上報(bào)、注冊，監(jiān)控管理包括告警閾值設(shè)置、傳感器工作狀態(tài)等;
各電路連接方式
主控CPU模塊I為整個(gè)系統(tǒng)的核心部件，ROM存儲器2通過I2C協(xié)議總線與其連接，時(shí)鐘電路3通過SPI總線與其連接，USB通信電路通過通用串行總線與其連接，IXD顯示模塊5通過串行總線與其連接，矩陣鍵盤6通過P/S2協(xié)議總線與其連接，ID讀取電路7通過單個(gè)IO 口與其連接，CPLD自動注冊電路8通過單口數(shù)據(jù)線與多位地址線與其進(jìn)行連接，主控(PU模塊I直接下掛的傳感器節(jié)點(diǎn)為單總線型連接拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。此外，CPLD自動注冊電路下掛傳感器節(jié)點(diǎn)為星型連接拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。參照圖2，該控制系統(tǒng)的運(yùn)行線程包括下面幾個(gè)
I、系統(tǒng)主線程
該線程為系統(tǒng)的主要線程，構(gòu)成系統(tǒng)的基本流程結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)上電開始，進(jìn)行初始化，并根據(jù)監(jiān)控串口的上位機(jī)標(biāo)志位選擇交互方式，隨即啟動測溫線程和送顯線程；完成已注冊傳感器的溫度采集及送顯功能后，根據(jù)測溫線程中與外部存儲器比對的結(jié)果，確認(rèn)是否需要進(jìn)行注冊更新，若需要?jiǎng)t啟用注冊線程，若不需要?jiǎng)t根據(jù)測溫線程中與外部存儲器比對的結(jié)果，確認(rèn)是否需要注銷更新，若需要?jiǎng)t啟用注銷線程，若不需要?jiǎng)t主線程結(jié)束返回。2、測溫線程
該線程完成系統(tǒng)的ID掃描及緩存、測溫、已注冊ID與緩存ID的比對等功能。啟動測溫線程后，首先掃描掛載有溫度傳感器的IO端口，并將掃描到的傳感器ID進(jìn)行緩存；然后進(jìn)行傳感器溫度的采集，并與緩存中的ID進(jìn)行一一配對，完成溫度采集后，比對外部存儲器中存儲的已存儲注冊ID的信息，返回未注冊或者未注銷的傳感器ID及時(shí)間信息。3、送顯線程
該線程主要完成溫度閾值的比對，以及ID狀態(tài)、顯示、報(bào)警信號的生成和傳輸。啟動送顯線程后，比對外部存儲器中所設(shè)定的傳感器相關(guān)狀態(tài)信息，并根據(jù)交互方式發(fā)送至上位機(jī)軟件或者系統(tǒng)LCD屏顯示。4、注冊線程 該線程主要完成傳感器ID注冊功能。啟動注冊線程后，首先檢測2中返回的未注冊ID是否為自動注冊電路IO 口上報(bào)，若是，則將ID與地址碼進(jìn)行配對并送交互界面顯示，若否，則在該線程時(shí)間片等待手動注冊并送交互界面顯示；然后檢測注冊是否結(jié)束，若是，則返回進(jìn)行端口檢測，若否，就將改動的注冊信息送外部存儲器保存并將未改動的信息送交互界面顯示。5、注銷線程
該線程主要完成傳感器ID注銷功能。啟動該線程后，首先將2中返回的未注銷傳感器ID相關(guān)狀態(tài)信息在ROM中進(jìn)行刪除；然后檢測是否完成注銷，若否，則繼續(xù)刪除，若是，則線程掛起。系統(tǒng)工作過程說明
I、首次使用系統(tǒng)
①當(dāng)?shù)谝淮伟惭b系統(tǒng)及傳感器時(shí)，先將主控部分電路模塊開啟，再將單總線拓?fù)溥B接結(jié)構(gòu)下掛的傳感器依次上電，記錄下上電次序及對應(yīng)的測溫點(diǎn)地址信息，或者直接記錄星型拓?fù)溥B接結(jié)構(gòu)下掛的傳感器及對應(yīng)地址線信息。②在上位機(jī)運(yùn)行PC端軟件，此時(shí)軟件會顯示未注冊的傳感器ID及對應(yīng)的ID上報(bào)時(shí)刻或地址線取值信息，根據(jù)步驟①中記錄的上電次序和對應(yīng)的測溫點(diǎn)地址信息或者傳感器ID和對應(yīng)地址線信息，將所處位置、告警閾值等注冊信息進(jìn)行填寫，并點(diǎn)擊“注冊”按鈕完成注冊并將注冊信息送存儲器保存，完成注冊的傳感器開始正常顯示溫度和所設(shè)定的告警閾值。2、新增或更換故障傳感器
①需新增傳感器時(shí)，在ID讀取電路處連接單個(gè)傳感器，此時(shí)上位機(jī)監(jiān)控軟件會顯示未注冊的ID，填寫該傳感器所處位置及告警閾值等注冊信息，完成注冊后，就可以拿到對應(yīng)測溫點(diǎn)進(jìn)行安裝。②傳感器故障時(shí)，上位機(jī)軟件會提示故障并顯示離線?？梢园凑闸僦胁襟E進(jìn)行更換，或者直接在測溫點(diǎn)現(xiàn)場進(jìn)行更換，返回監(jiān)控端后直接更改故障傳感器ID為新安裝傳感器ID即可ο3、傳感器的注銷及刪除
需要注銷或刪除傳感器時(shí)，在上位機(jī)界面選擇對應(yīng)已注冊傳感器ID，并點(diǎn)擊“注銷”按鈕，即可完成注銷或刪除，若該傳感器為正常接入狀態(tài)，一段時(shí)間后該ID會繼續(xù)上報(bào)至上位機(jī)監(jiān)控軟件。4、界面選擇
本系統(tǒng)設(shè)定兩種顯示方式，上位機(jī)顯示及監(jiān)控模塊LCD顯示?？筛鶕?jù)實(shí)際需要，選擇對應(yīng)的顯示方式，ID注冊等相關(guān)操作亦可通過監(jiān)控模塊 自帶的鍵盤進(jìn)行操作。
權(quán)利要求
1.一種基于注冊機(jī)制的多點(diǎn)測溫控制系統(tǒng)，包括主控CPU系統(tǒng)電路模塊、與CPU主控模塊連接的ROM外接存儲器模塊、USB通信電路模塊、串口 IXD顯示電路模塊、ID讀取電路、系統(tǒng)時(shí)鐘電路、矩陣鍵盤電路模塊及PC端上位機(jī)監(jiān)控和單總線溫度傳感器ID管理系統(tǒng)模塊，其特征是以ARM芯片為處理核心，通過與上位機(jī)通信，引入溫度傳感器ID注冊機(jī)制，在更換和增刪傳感器接點(diǎn)時(shí)，只需在上位機(jī)或注冊電路對傳感器ID進(jìn)行操作。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征是所述的溫度傳感器采用星型和總線型拓補(bǔ)連接結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征是所述的注冊機(jī)制分為自動注冊電路和手動注冊電路，自動注冊電路由主控CPU和CPLD構(gòu)成，CPLD保證每一個(gè)傳感器對應(yīng)確定的一個(gè)地址(位置)取值，在監(jiān)控系統(tǒng)中完成自動注冊功能；手動注冊電路由串口 IXD顯示電路、矩陣鍵盤電路和主控CPU電路構(gòu)成,可以通過串口 LCD顯示電路顯示主控CPU下掛溫度傳感器的ID，并通過矩陣鍵盤對ID和位置編碼進(jìn)行一一對應(yīng)，完成手動注冊功能。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征是所述的監(jiān)控系統(tǒng)通過USB通信模塊與PC端上位機(jī)監(jiān)控及單總線溫度傳感器ID注冊管理系統(tǒng)進(jìn)行通信，上位機(jī)監(jiān)控及單總線溫度傳感器ID注冊管理系統(tǒng)軟件開啟時(shí)，會對監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)起獲取控制權(quán)的請求，正常運(yùn)行軟件后，監(jiān)控系統(tǒng)的LCD顯示電路和矩陣鍵盤電路會被屏蔽，所有傳感器ID的注冊、注銷操作，均由上位機(jī)軟件完成,并寫入外部存儲器中。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于注冊機(jī)制的多點(diǎn)測溫控制系統(tǒng)，以ARM芯片為處理核心，通過與上位機(jī)通信，引入溫度傳感器ID注冊機(jī)制，在更換和增刪傳感器接點(diǎn)時(shí)，只需在上位機(jī)或注冊電路對傳感器ID進(jìn)行操作。該系統(tǒng)可以根據(jù)用戶的需求，在上位機(jī)或注冊電路對傳感器ID進(jìn)行注冊或注銷，控制測溫點(diǎn)數(shù)量，實(shí)現(xiàn)資源的合理利用；同時(shí)通過注冊機(jī)制能夠無需重新固化程序就能及時(shí)迅速地更換出現(xiàn)故障、新增或刪減傳感器，為實(shí)際系統(tǒng)維護(hù)和管理提供了極大的方便。
文檔編號G01K1/02GK102901571SQ201210381580
公開日2013年1月30日 申請日期2012年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月10日
發(fā)明者廖晶晶, 鄭志偉, 唐智勇, 古軍海, 陳浩, 何婷婷, 譚浩廣 申請人:廣西師范大學(xué)