專(zhuān)利名稱(chēng)：用于網(wǎng)絡(luò)測(cè)控的ip傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于測(cè)控技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)，本實(shí)用新型涉及一種能方便接入Internet 網(wǎng)絡(luò)的IP傳感器。
技術(shù)背景
目前，在測(cè)控領(lǐng)域，存在著大量的儀表和設(shè)備，采集來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)的壓力、流量、位移、 溫度等物理量，這些物理量通過(guò)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(guò)RS-232、 RS-485、 RS-422等數(shù)字接口傳送到 上位設(shè)備中去。但采用這些接口存在著一些不足(1)傳輸距離有限；(2)與PC機(jī)進(jìn) 行串行通信， 一臺(tái)PC機(jī)最多可掛接89個(gè)此類(lèi)傳感器，從而對(duì)傳感器系統(tǒng)的擴(kuò)充也是個(gè) 致命的限制；(3)在遠(yuǎn)距離傳輸信號(hào)時(shí)很容易受線(xiàn)路干擾及環(huán)境噪聲的影響，還會(huì)造成 信號(hào)衰減，且布線(xiàn)復(fù)雜；并且其所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量將受到影響，速度慢，數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時(shí)性 受到限制。另外，許多大公司都推出了自己的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)(Fieldbus)標(biāo)準(zhǔn)，如Intel公司 推出Bitbus、美國(guó)Rosemount公司推出HART、德國(guó)Bosch公司推出Canbus、 Siemens 公司推出Profibus、 Foundation Fieldbus、以及美國(guó)Echelon公司推出LonWorks等。這 些總線(xiàn)形式已經(jīng)被廣泛運(yùn)用于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)，構(gòu)成傳輸各類(lèi)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(xiàn)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(lái)，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(lèi)的生活，基于TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)逐漸滲入到社會(huì)生活的各個(gè)角落并延伸 到工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)。將傳感器采集的各類(lèi)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(lèi)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。本實(shí) 用新型就是介紹了一種能方便接入Internet網(wǎng)絡(luò)的IP傳感器。 發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型針對(duì)上述問(wèn)題提供了一種新的技術(shù)手段。就是結(jié)合傳感技術(shù)和Internet 技術(shù)，將傳感器制成網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品，并實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，使之具有網(wǎng)絡(luò)通信功能，成為網(wǎng) 絡(luò)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)而直接與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，實(shí)現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)上任何節(jié)點(diǎn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳感
3器進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)，信息實(shí)時(shí)發(fā)布與共享，以及對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳感器的在線(xiàn)編程；借助因特 網(wǎng)的低成本接入技術(shù)，確保將各類(lèi)傳統(tǒng)傳感器的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絀nternet上，并通過(guò)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，構(gòu)建具有更高性能價(jià)格比的測(cè)控自動(dòng)化系統(tǒng)。 本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案如下-
一種用于網(wǎng)絡(luò)測(cè)控的IP傳感器，其包括傳感元件前端部分、A/D及微信號(hào)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于采集所要測(cè)試的物理 參量，并將該采集的信號(hào)輸入至A/D及微信號(hào)處理部分，所述A/D及微信號(hào)處理部分對(duì) 傳感元件前端部分所輸入的信號(hào)進(jìn)行提取和A/D轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)傳輸至中 央微處理器，經(jīng)過(guò)中央微處理器的數(shù)據(jù)處理后輸出至TCP/IP通訊接口模塊，在TCP/IP 通訊接口模塊中，由TCP/IP協(xié)議實(shí)現(xiàn)TCP/IP數(shù)據(jù)包的封裝并完成與網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換。
本實(shí)用新型所公開(kāi)的一種用于網(wǎng)絡(luò)測(cè)控的IP傳感器本質(zhì)上為網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)， 它通過(guò)設(shè)置各自獨(dú)立的IP地址來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別，突破了傳統(tǒng)傳感器所受的時(shí)空局限， 更便于擴(kuò)展、系統(tǒng)的集成和遠(yuǎn)程測(cè)控的實(shí)現(xiàn)?；贗P傳感器構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控系統(tǒng)具 有易擴(kuò)展、處理速度快、長(zhǎng)距離傳輸、可靠性高、成本低等特點(diǎn)，為傳統(tǒng)測(cè)控系統(tǒng)注入 了生機(jī)和活力。


圖1為本實(shí)用新型的整個(gè)IP傳感器系統(tǒng)框圖； 圖2為本實(shí)用新型的TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)接口裝置； 圖3為本實(shí)用新型的IP傳感器模型圖。
具體實(shí)施方式
下面根據(jù)說(shuō)明書(shū)附圖對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)一步詳細(xì)表述。 本實(shí)用新型主要由傳感元件前端部分、A/D及微信號(hào)處理部分、中央微處理器部分、 TCP/IP通訊接口模塊和基于虛擬儀器技術(shù)的人機(jī)界面化及后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)平臺(tái)等 組成。其中傳感元件前端部分主要檢測(cè)所要測(cè)試的物理參量和為后續(xù)電路提供處理信 號(hào)；A/D及微信號(hào)處理部分主要用于對(duì)所要處理的信號(hào)進(jìn)行提取、A/D轉(zhuǎn)換并進(jìn)行微信 號(hào)處理成為中央微處理系統(tǒng)的所需要的信號(hào)；中央微處理器部分主要對(duì)所采取的信號(hào)進(jìn) 行軟件濾波、溫度補(bǔ)償及多任務(wù)等處理；TCP/IP通訊接口模塊主要用于對(duì)中央微處理器 處理完的信號(hào)進(jìn)行TCP/IP數(shù)據(jù)包發(fā)送，完成與網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換。
本實(shí)用新型的系統(tǒng)框圖如圖1虛線(xiàn)框部分所示，包括傳感元件前端部分、A/D及微信號(hào)處理部分、中央微處理器部分、TCP/IP通訊接口模塊。將被測(cè)參量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)， 并經(jīng)過(guò)電信號(hào)調(diào)理和A/D采集轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)過(guò)微處理器的數(shù)據(jù)處理(包括零位 漂移、溫度漂移的補(bǔ)償、濾波及校準(zhǔn)后)，由TCP/IP協(xié)議實(shí)現(xiàn)TCP/IP數(shù)據(jù)包的封裝， 最后通過(guò)以太網(wǎng)接口模塊完成與網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換。IP傳感器是通過(guò)設(shè)置各自獨(dú)立的IP地 址來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別，因此與傳統(tǒng)傳感器相比能夠更好的便于擴(kuò)展，以及系統(tǒng)的集成和遠(yuǎn) 程測(cè)控的實(shí)現(xiàn)。另外，圖1中的測(cè)試對(duì)象和PC機(jī)或其它網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)兩部分不是IP傳感器 的組成部分，圖1中的測(cè)試對(duì)象是IP傳感器的測(cè)試信號(hào)來(lái)源，PC機(jī)或其它網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可 以和IP傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互和信息共享，PC機(jī)還可以對(duì)IP傳感器的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析 處理。
圖2顯示了 IP傳感器模型。在硬件設(shè)計(jì)上將接口裝置分成兩大功能模塊網(wǎng)絡(luò)應(yīng)
用模塊(Networking A卯liance Modular,應(yīng))和傳感器接口模塊(Transducer Interface Module, TIM),節(jié)點(diǎn)功能分為兩個(gè)模塊第一個(gè)模塊包括運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和應(yīng)用軟件的 NAM,第二個(gè)模塊包括換能器、邏輯控制和信號(hào)處理單元。圖2中傳感器接口模塊主要 負(fù)責(zé)與現(xiàn)實(shí)世界中的傳感元件前端部分對(duì)接，完成IP傳感器的信息采集、預(yù)處理、地
址邏輯選擇等功能，與圖1中的A/D及微信號(hào)處理部分相對(duì)應(yīng)；圖2中網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用模塊由 通信接口、 MCU、擴(kuò)展設(shè)備等部分組成，主要負(fù)責(zé)對(duì)TIM模塊的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理(包括零 位漂移、溫度漂移的補(bǔ)償、濾波及校準(zhǔn)等)，以及數(shù)據(jù)包的封裝和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ埽?與圖1中的TCP/IP通訊接口模塊、中央處理器部分相對(duì)應(yīng)；圖2中的Sensor前端部分 與圖1中的傳感器元件前端部分對(duì)應(yīng)。
圖3顯示了基于TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)接口裝置各個(gè)模塊之間的相互關(guān)系、數(shù)據(jù)的流 向和總體控制。主要由兩大部分組成用于TCP/IP通訊的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用處理器(上位機(jī)) 和用于端口管理控制的敏捷傳感器接口 (下位機(jī))。兩部分之間基于中斷的方式進(jìn)行數(shù) 據(jù)的交換。網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用處理器沒(méi)有操作系統(tǒng)的支持，網(wǎng)絡(luò)通訊是由TCP/IP主應(yīng)用程序框 架來(lái)進(jìn)行管理的，發(fā)送控制和接受控制用于具體實(shí)現(xiàn)IP傳感器與PC機(jī)或其它網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn) 的數(shù)據(jù)傳輸和信息共享。事件可以來(lái)自網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的控制信息、也可以來(lái)自下位機(jī)或者上 位機(jī)本身，由事件驅(qū)動(dòng)邏輯統(tǒng)一管理。下位機(jī)在上位機(jī)的統(tǒng)一管理下協(xié)調(diào)工作，主要實(shí) 現(xiàn)1/0端口和功能函數(shù)的管理/控制1/0端口尋址邏輯、功能函數(shù)尋址，以及與上位機(jī) 的中斷通訊等等。圖3本質(zhì)上是對(duì)圖2中絡(luò)應(yīng)用模塊(Networking Appliance Modular, NAM)和傳感器接口模塊(Transducer Interface Module, TIM)的功能實(shí)現(xiàn)描述，圖3 中的實(shí)線(xiàn)框部分(TCP/IP主應(yīng)用程序框架、發(fā)送控制、接收控制、嵌入式TCP/IP服務(wù)
5等)與圖2中的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用模塊相對(duì)應(yīng)，與圖1中的TCP/IP通訊接口模塊、中央處理器 部分相對(duì)應(yīng)；圖3中的虛線(xiàn)框部分(數(shù)據(jù)捕獲、狀態(tài)捕獲、模擬輸入/輸出控制過(guò)程、 數(shù)字輸入/輸出控制過(guò)程等)與圖2中的傳感器接口模塊相對(duì)應(yīng)，與圖1中的傳感元件 前端部分、A/D及微信號(hào)處理相對(duì)應(yīng)。
權(quán)利要求1、一種用于網(wǎng)絡(luò)測(cè)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(hào)處理部分、中央微處理器系統(tǒng)、TCP/IP通訊接口模塊，其特征為所述傳感元件前端部分用于采集測(cè)試對(duì)象的物理參量，并將該采集的信號(hào)輸入至A/D及微信號(hào)處理部分；所述A/D及微信號(hào)處理部分對(duì)傳感元件前端部分所輸入的信號(hào)進(jìn)行提取和A/D轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)傳輸至中央微處理器系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)中央微處理器系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理后輸出至TCP/IP通訊接口模塊，在TCP/IP通訊接口模塊中，由TCP/IP協(xié)議實(shí)現(xiàn)TCP/IP數(shù)據(jù)包的封裝并完成與網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的IP傳感器，其特征為所述傳感器的前端部分采集所要測(cè)試的物理參量，并將該參量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出至A/D及微信號(hào)處理部分。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的IP傳感器，其特征為在中央微處理器系統(tǒng)中進(jìn)行的數(shù)據(jù)處理包括零位漂移、溫度漂移的補(bǔ)償、濾波及校準(zhǔn)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的IP傳感器，其特征為所述TCP/IP通訊接口模塊中還包括以 太網(wǎng)接口模塊，用于完成與網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的交換；并在TCP/IP通訊接口模塊中通過(guò)設(shè)置獨(dú)立的 IP地址來(lái)實(shí)現(xiàn)各自IP傳感器的網(wǎng)絡(luò)識(shí)別。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的IP傳感器，其特征為所述IP傳感器通過(guò)TCP/IP通訊接口模 塊可以與基于虛擬儀器技術(shù)的人機(jī)界面化及后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的IP傳感器，其特征為所述TCP/IP通訊接口模塊包括用于TCP/IP 通訊的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用處理器部分和用于端口管理控制的敏捷傳感器接口部分，所述兩部分之間 基于中斷的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換，網(wǎng)絡(luò)通訊是由TCP/IP主應(yīng)用程序框架進(jìn)行管理，用于端 口管理控制的敏捷傳感器接口部分在用于TCP/IP通訊的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用處理器部分的統(tǒng)一管理 下協(xié)調(diào)工作。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的IP傳感器，其特征為所述用于端口管理控制的敏捷傳感器接 口部分用于實(shí)現(xiàn)I/O端口和功能函數(shù)的管理和控制，包括I/0端口尋址邏輯、功能函數(shù)尋 址，以及與上位機(jī)的中斷通訊。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型是一種用于網(wǎng)絡(luò)測(cè)控的IP傳感器，其包括傳感元件前端部分、A/D及微信號(hào)處理部分、中央微處理器、TCP/IP通訊接口模塊。它結(jié)合傳感技術(shù)和Internet技術(shù)，將傳感器制成網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品，并實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，使之具有網(wǎng)絡(luò)通信功能，成為網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)而直接與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，實(shí)現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)上任何節(jié)點(diǎn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳感器進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)，信息實(shí)時(shí)發(fā)布與共享，以及對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳感器的在線(xiàn)編程；借助因特網(wǎng)的低成本接入技術(shù)，確保將各類(lèi)傳統(tǒng)傳感器的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絀nternet上，并通過(guò)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，構(gòu)建具有更高性能價(jià)格比的測(cè)控自動(dòng)化系統(tǒng)。
文檔編號(hào)H04L12/24GK201243303SQ20082009824
公開(kāi)日2009年5月20日 申請(qǐng)日期2008年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月9日
發(fā)明者余成波, 張冬梅, 謝東坡 申請(qǐng)人:重慶工學(xué)院