專利名稱：傳感器自適應(yīng)無縫接入Internet的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明應(yīng)用于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)外圍設(shè)備領(lǐng)域，具體地說，本發(fā)明涉及一種使各類傳感器自適應(yīng)無縫接入Internet的方法。
背景技術(shù)：
在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，存在著大量的儀表和設(shè)備，采集來自工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)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(zhuǎn)換成電信號(hào)，進(jìn)行處理后通過數(shù)字接口傳送到上位設(shè)備中去。由此產(chǎn)生了多種現(xiàn)場(chǎng)總線形式，如Profibus、CAN以及FF(Foundation Fieldbus)等等。這些總線形式已經(jīng)被廣泛運(yùn)用于現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)，構(gòu)成傳輸各類傳感器信息的數(shù)字式、雙向、多分支結(jié)構(gòu)的通訊網(wǎng)絡(luò)。
由于現(xiàn)場(chǎng)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至誕生以來，就以其可以連接位于任何地方的任何形式終端的優(yōu)點(diǎn)牢牢占據(jù)了人類的生活。將傳感器采集的各類信息數(shù)字化后傳輸?shù)絀nternet上，使工作人員在任何能連上Internet的終端上都能查看現(xiàn)場(chǎng)的狀況。但由于傳感器的類型繁多，其輸入輸出量、量程等參數(shù)都不相同，因此在對(duì)傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行量化時(shí)，操作復(fù)雜。本發(fā)明就是介紹了一種使各類傳感器自適應(yīng)地接入到Internet的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本應(yīng)用的目的在于提供一種使各類傳感器自適應(yīng)地接入到Internet的方法，確保將各類傳統(tǒng)傳感器的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絀nternet上，并通過動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)提交傳感器信息，進(jìn)而可對(duì)不同的傳感器進(jìn)行不同的量化處理以實(shí)現(xiàn)傳感器的自適應(yīng)功能。
本發(fā)明提供的一種傳感器自適應(yīng)無縫接入Internet的方法，在NetBox網(wǎng)絡(luò)開發(fā)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)，其處理步驟為(1)首先讀取預(yù)存在存儲(chǔ)介質(zhì)中的默認(rèn)參數(shù)設(shè)置，參數(shù)包括IP地址、子網(wǎng)掩碼、網(wǎng)關(guān)地址、傳感器的輸入輸出量類型以及傳感器的量程，并可在線修改傳感器的輸入輸出量類型以及傳感器的量程，使之與使用的傳感器相匹配；(2)將傳感器的輸出信號(hào)通過模數(shù)轉(zhuǎn)換后送入微控制器處理；(3)微控制器接收來自傳感器或Internet的任務(wù)，包括中斷、顯示、數(shù)據(jù)處理、網(wǎng)頁(yè)服務(wù)器，并按照規(guī)定的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行處理。其中，中斷子任務(wù)的處理步驟為首先屏蔽中斷，接著讀取最新的模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)并進(jìn)行計(jì)數(shù)，如計(jì)數(shù)未滿，就直接進(jìn)入下一步啟動(dòng)下一次模數(shù)轉(zhuǎn)換并開中斷；如計(jì)數(shù)已滿，就發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)已采集的消息，并清零計(jì)數(shù)值，再進(jìn)入下一步啟動(dòng)下一次模數(shù)轉(zhuǎn)換并開中斷；顯示子任務(wù)的處理步驟為等待數(shù)據(jù)處理完畢的消息，當(dāng)消息到來時(shí)，顯示該消息的內(nèi)容，否則繼續(xù)等待；數(shù)據(jù)處理子任務(wù)的處理步驟為首先啟動(dòng)一次數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，接著等待一個(gè)數(shù)據(jù)已采集的消息；當(dāng)消息到來時(shí)，對(duì)已采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波、量化處理，并發(fā)送數(shù)據(jù)已處理好的消息和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)已就緒的消息，如果消息未到，則繼續(xù)等待；網(wǎng)頁(yè)服務(wù)器子任務(wù)的處理步驟為首先完成網(wǎng)頁(yè)服務(wù)器設(shè)置，接著等待網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)已就緒的消息，如消息已到，則響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求，否則繼續(xù)等待；(4)重復(fù)步驟(3)，直至任務(wù)全部完成。
上述步驟(3)中還可包括Ftp服務(wù)器子任務(wù)，其處理步驟為首先完成Ftp服務(wù)器設(shè)置，接著等待數(shù)據(jù)已處理好的消息，如消息已到，就響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求，否則繼續(xù)等待。
本發(fā)明主要是基于嵌入式TCP/IP協(xié)議將各類傳感器接入到Internet。TCP/IP協(xié)議采用的不是OSI標(biāo)準(zhǔn)定義的七層結(jié)構(gòu)，而是只有三層結(jié)構(gòu)，即應(yīng)用層、運(yùn)輸層和網(wǎng)際層。網(wǎng)際層負(fù)責(zé)為互聯(lián)網(wǎng)上的不同主機(jī)提供通訊，主要運(yùn)用了IP協(xié)議。運(yùn)輸層是負(fù)責(zé)主機(jī)中兩個(gè)進(jìn)程之間的通訊，主要運(yùn)用了TCP協(xié)議。應(yīng)用層直接為用戶的應(yīng)用進(jìn)程提供服務(wù)。對(duì)于嵌入式TCP/IP協(xié)議，則是對(duì)整個(gè)TCP/IP協(xié)議族進(jìn)行精簡(jiǎn)，以適用資源緊張的環(huán)境。具體而言，本發(fā)明具有以下技術(shù)效果(1)使連接在此裝置上的傳感器成為Internet上的一個(gè)真實(shí)節(jié)點(diǎn)。各種現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)均可在網(wǎng)上實(shí)時(shí)發(fā)布和共享，任何網(wǎng)絡(luò)授權(quán)用戶均可通過瀏覽器進(jìn)行實(shí)時(shí)瀏覽，并可在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的任何位置根據(jù)實(shí)際使用情況對(duì)傳感器進(jìn)行在線控制、編程和組態(tài)等，為實(shí)現(xiàn)傳感器的智能功能和進(jìn)行遠(yuǎn)程操作開辟了新的途徑。
(2)對(duì)不同種傳感器，采用了網(wǎng)上提交傳感器參數(shù)信息來在線修改程序中的量化參數(shù)，正確對(duì)不同種類傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行量化處理。
總之，采用本方法，可實(shí)現(xiàn)多種傳感器自適應(yīng)地?zé)o縫連接到Internet上去，使現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)馗?、更?zhǔn)和更遠(yuǎn)。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例的主程序框圖；圖2子程序運(yùn)行過程圖，圖中I—中斷，A—數(shù)據(jù)處理子任務(wù)，B—顯示子任務(wù)，C—網(wǎng)頁(yè)服務(wù)器運(yùn)行子任務(wù)，D FTP服務(wù)器運(yùn)行子任務(wù)；圖3為動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)提交傳感器量化參數(shù)和顯示現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的過程示意圖；圖4為本應(yīng)用實(shí)施例的硬件結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
程序用C語(yǔ)言編制，具體功能和實(shí)現(xiàn)方法如下在圖1中，主程序首先讀取預(yù)存在電子盤中的默認(rèn)參數(shù)數(shù)據(jù)并按照參數(shù)數(shù)據(jù)初始化IP網(wǎng)絡(luò)接口和默認(rèn)的傳感器類型數(shù)據(jù)；參數(shù)數(shù)據(jù)至少包括IP地址、子網(wǎng)掩碼、網(wǎng)關(guān)地址、傳感器的輸入輸出量類型以及傳感器的量程，也可以包括傳感器的生產(chǎn)信息等。
接著主程序開始分配子任務(wù)，本程序分配了多個(gè)子任務(wù)，包括顯示子程序、數(shù)據(jù)處理子程序、網(wǎng)頁(yè)服務(wù)器運(yùn)行子程序和FTP(File TransferProtocol)運(yùn)行子程序。按各子任務(wù)的輕重緩急和處理時(shí)間，賦給各子任務(wù)一個(gè)優(yōu)先級(jí)，其中數(shù)據(jù)處理子程序優(yōu)先級(jí)最高，顯示子程序次之，網(wǎng)頁(yè)服務(wù)器運(yùn)行子程序再次之，F(xiàn)TP運(yùn)行子程序優(yōu)先級(jí)最低。每個(gè)子程序的運(yùn)行處理時(shí)間可采用如下方法估計(jì)分別在程序的運(yùn)行前和運(yùn)行后輸出即時(shí)時(shí)刻時(shí)間，用后者將去時(shí)刻時(shí)間減去前者時(shí)刻時(shí)間就能估計(jì)出此子任務(wù)處理時(shí)間。
顯示子程序主要顯示一些必要的提示信息。數(shù)據(jù)處理子程序包括對(duì)傳感器采集數(shù)據(jù)的濾波和量化處理，而量化參數(shù)是來自于網(wǎng)頁(yè)服務(wù)器發(fā)布的動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)提交的參數(shù)數(shù)據(jù)。網(wǎng)頁(yè)服務(wù)器運(yùn)行子程序主要用來發(fā)布動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)，通過動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)，在任何了能連上Internet的終端前都可查看現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，并隨時(shí)在線修改傳感器的量化參數(shù)。FTP運(yùn)行子程序是作為FTP服務(wù)器運(yùn)行的，任何終端可通過登陸此FTP服務(wù)器，下載已被保存為文件形式的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。
中斷程序在本程序中不是作為一個(gè)子任務(wù)存在的，因?yàn)閼?yīng)用子任務(wù)是并行的由操作系統(tǒng)同步調(diào)度，而中斷處理則是異步地執(zhí)行的，且不受操作系統(tǒng)的調(diào)度。
各子任務(wù)包括與中斷程序間是可通過郵箱形式傳遞消息和數(shù)據(jù)的。
圖2顯示了各個(gè)子任務(wù)的運(yùn)行過程圖。由于子任務(wù)的運(yùn)行時(shí)間和優(yōu)先級(jí)的不同，每個(gè)子任務(wù)的運(yùn)行過程是不同的。子任務(wù)A只被中斷程序中斷，待中斷程序完成后，子任務(wù)A接著運(yùn)行直至完成。子任務(wù)B能被優(yōu)先級(jí)高的子任務(wù)A中斷，同時(shí)也被中斷程序中斷，只到子任務(wù)A和中斷都完成時(shí)，子任務(wù)B才接著運(yùn)行。同理，子任務(wù)C能被優(yōu)先級(jí)高的子任務(wù)B和A以及中斷程序中斷，子任務(wù)D則能被子任務(wù)C、B和A以及中斷程序中斷。
圖3顯示的是動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)提交傳感器量化參數(shù)和顯示現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的過程。動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)發(fā)布在網(wǎng)絡(luò)上后，其它連接在網(wǎng)絡(luò)上的終端可通過網(wǎng)頁(yè)瀏覽器訪問此網(wǎng)頁(yè)。訪問者可通過此動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)提交一張傳感器量化參數(shù)表單，CGI函數(shù)響應(yīng)此提交過程，并將參數(shù)記錄下來，修正原先的量化參數(shù)，再傳遞給數(shù)據(jù)處理子程序。訪問者還可隨時(shí)查看現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理子程序?qū)?shù)據(jù)傳給CGI函數(shù)，再由CGI函數(shù)傳遞到動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)上刷新顯示。
硬件的連接方法如下
圖4為本應(yīng)用實(shí)施例的硬件結(jié)構(gòu)示意圖。圖中主要包括微控制器通過內(nèi)部總線連接以太網(wǎng)絡(luò)控制芯片和非易失性存儲(chǔ)器電子盤相連，又從以態(tài)網(wǎng)控制芯片引出標(biāo)準(zhǔn)的RJ45接口，同時(shí)從內(nèi)部總線引出一個(gè)擴(kuò)展總線接口，這幾部分是用NetBox網(wǎng)絡(luò)開發(fā)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)的。數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換電路通過擴(kuò)展總線接口把傳感器的輸出信號(hào)數(shù)字化處理后傳送給微控制器。具體介紹如下(1)微控制器采用的是Intel公司的嵌入式處理芯片386EX，功能較一般51系列單片機(jī)的功能強(qiáng)大，但功耗較小。
(2)以網(wǎng)控制芯片以太網(wǎng)控制芯片負(fù)責(zé)完成網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奈锢韺訁f(xié)議，如ARP和RARP即地址解析協(xié)議和逆地址解析協(xié)議。采用的是RTL8019芯片，它完全支持全雙工通訊，具有即插即用功能，完全適用于EthernetII和IEEE802.3 10Base5，10Base2，10BaseT。
(3)電子盤一種非易失性存儲(chǔ)器，可用Flash盤代用，本應(yīng)用實(shí)例采用的電子盤大小為4MB，用來存儲(chǔ)操作系統(tǒng)、程序文件和記錄文件等等。
(4)RJ45接口指的是由IEC(60)603-7標(biāo)準(zhǔn)化，使用由國(guó)際性的接插件標(biāo)準(zhǔn)定義的8個(gè)位置(8針)的模塊化插孔或者插頭，這里使用的是插孔，用來連接符合10BaseT的雙絞線。
(5)擴(kuò)展總線接口是直接從微控制器的內(nèi)部總線中引出的，包括10根地址線，8根數(shù)據(jù)線和8根控制線。
(6)數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換電路主要是將傳感器的輸出模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。采用分辨率較高的AD轉(zhuǎn)換器即可，如AD574A，具有12位轉(zhuǎn)換精度，最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為35μs。
上述敘述給出了本應(yīng)用的一個(gè)實(shí)施例，本應(yīng)用并不限于這些細(xì)節(jié)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可根據(jù)本應(yīng)用給出的方法和步驟進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷摹?br> 權(quán)利要求
1.一種傳感器自適應(yīng)無縫接入Internet的方法，在NetBox網(wǎng)絡(luò)開發(fā)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)，其處理步驟為(1)首先讀取預(yù)存在存儲(chǔ)介質(zhì)中的默認(rèn)參數(shù)設(shè)置，參數(shù)包括IP地址、子網(wǎng)掩碼、網(wǎng)關(guān)地址、傳感器的輸入輸出量類型以及傳感器的量程，并在線修改傳感器的輸入輸出量類型以及傳感器的量程，使之與使用的傳感器相匹配；(2)將傳感器的輸出信號(hào)通過模數(shù)轉(zhuǎn)換后送入微控制器處理；(3)微控制器接收來自傳感器或Internet的任務(wù)，包括中斷、顯示、數(shù)據(jù)處理、網(wǎng)頁(yè)服務(wù)器；并按照規(guī)定的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行處理；其中，中斷子任務(wù)的處理步驟為首先屏蔽中斷，接著讀取最新的模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)并進(jìn)行計(jì)數(shù)，如計(jì)數(shù)未滿，就直接進(jìn)入下一步啟動(dòng)下一次模數(shù)轉(zhuǎn)換并開中斷；如計(jì)數(shù)已滿，就發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)已采集的消息，并清零計(jì)數(shù)值，再進(jìn)入下一步啟動(dòng)下一次模數(shù)轉(zhuǎn)換并開中斷；顯示子任務(wù)的處理步驟為等待數(shù)據(jù)處理完畢的消息，當(dāng)消息到來時(shí)，顯示該消息的內(nèi)容，否則繼續(xù)等待；數(shù)據(jù)處理子任務(wù)的處理步驟為首先啟動(dòng)一次數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，接著等待一個(gè)數(shù)據(jù)已采集的消息；當(dāng)消息到來時(shí)，對(duì)已采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波、量化處理，并發(fā)送數(shù)據(jù)已處理好的消息和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)已就緒的消息，如果消息未到，則繼續(xù)等待；網(wǎng)頁(yè)服務(wù)器子任務(wù)的處理步驟為首先完成網(wǎng)頁(yè)服務(wù)器設(shè)置，接著等待網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)已就緒的消息，如消息已到，則響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求，否則繼續(xù)等待；(4)重復(fù)步驟(3)，直至任務(wù)全部完成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(3)中還包括Ftp服務(wù)器子任務(wù)，其處理步驟為首先完成Ftp服務(wù)器設(shè)置，接著等待數(shù)據(jù)已處理好的消息，如消息已到，就響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求，否則繼續(xù)等待。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種傳感器自適應(yīng)無縫接入Internet的方法，在Net Box網(wǎng)絡(luò)開發(fā)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)，首先讀取預(yù)存在存儲(chǔ)介質(zhì)中的默認(rèn)參數(shù)設(shè)置，并在線修改傳感器的輸入輸出量類型以及傳感器的量程；再將傳感器的輸出信號(hào)通過模數(shù)轉(zhuǎn)換后送入微控制器處理；微控制器接收來自傳感器或Internet的任務(wù)，包括中斷、顯示、數(shù)據(jù)處理、網(wǎng)頁(yè)服務(wù)器，并按照規(guī)定的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行處理，還可包括Ftp服務(wù)器子任務(wù)。本發(fā)明為三層結(jié)構(gòu)，網(wǎng)際層負(fù)責(zé)為互聯(lián)網(wǎng)上的不同主機(jī)提供通訊，主要運(yùn)用了IP協(xié)議。運(yùn)輸層是負(fù)責(zé)主機(jī)中兩個(gè)進(jìn)程之間的通訊，主要運(yùn)用了TCP協(xié)議。應(yīng)用層直接為用戶的應(yīng)用進(jìn)程提供服務(wù)。對(duì)于嵌入式TCP/IP協(xié)議，則是對(duì)整個(gè)TCP/IP協(xié)議族進(jìn)行精簡(jiǎn)，以適用資源緊張的環(huán)境。
文檔編號(hào)G06F9/46GK1561065SQ20041001281
公開日2005年1月5日 申請(qǐng)日期2004年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月4日
發(fā)明者張岡, 陳幼平, 周祖德, 朱濤, 余文勇, 謝經(jīng)明, 艾武, 張 岡 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)