專利名稱：基于tcp／ip的智能網(wǎng)絡(luò)溫濕氣測控裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及環(huán)境因子測控裝置技術(shù)領(lǐng)域，具體是指一種基于TCP/IP的智能網(wǎng)絡(luò)溫濕氣測控裝置。
背景技術(shù)：
隨著計算機、網(wǎng)絡(luò)通信、測量控制等信息技術(shù)的不斷發(fā)展，對環(huán)境中溫濕氣等參數(shù)的測量已不僅僅是局限在某一測試點上的數(shù)據(jù)采集處理，在很多應(yīng)用場合上，要求能夠?qū)崿F(xiàn)多點測量并實現(xiàn)各測量點間數(shù)據(jù)的相互交換、遠程數(shù)據(jù)采集和集中處理。如倉庫儲存中為保證貨品能夠長期保存，需要對倉庫中各位置的溫濕氣等環(huán)境參數(shù)進行實時檢測并將溫濕氣等測量數(shù)據(jù)傳送到測控中心集中處理和監(jiān)控。另外，溫濕氣多點測控還廣泛的應(yīng)用于溫室和智能樓宇的環(huán)境監(jiān)控中。
為了滿足本地/異地、大范圍對監(jiān)控點進行多點測量和遠程采集的需要，目前，市場上有很多基于RS485/232工業(yè)總線的溫濕氣測控裝置。但由于485/232總線采用4～20mA的模擬信號傳輸方式，這種方法精度低、抗干擾性差，傳輸距離有限，很難滿足環(huán)境測控裝置遠程測控的需要。除了采用485/232總線進行數(shù)據(jù)傳輸外，還有采用其他基于現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境測控裝置。但由于現(xiàn)場總線的通信標(biāo)準(zhǔn)尚未統(tǒng)一，各廠商以各自的利益為目標(biāo)，為了使自己的技術(shù)和產(chǎn)品能夠占領(lǐng)整個世界市場，圍繞著現(xiàn)場總線技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化，展開了激烈競爭，由此使現(xiàn)場總線的標(biāo)準(zhǔn)各種各樣，使得各廠商的測控設(shè)備難以在不同的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)中兼容。此外，現(xiàn)場總線目前尚處于低速階段，難以滿足數(shù)據(jù)高速傳輸?shù)男枰?br>
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的就是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足之處，提供一種基于TCP/IP的具有高傳輸率、高可靠性、低成本、可遠程傳輸?shù)闹悄芫W(wǎng)絡(luò)溫濕氣測控裝置。
本實用新型所述一種基于TCP/IP的智能網(wǎng)絡(luò)溫濕氣測控裝置，通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)該裝置由殼體及其電路相互連接構(gòu)成，所述電路由溫濕氣傳感模塊、信號處理模塊、TCP/IP接口模塊、串口通訊模塊和電源模塊相互電氣連接組成，其中，溫濕氣傳感模塊、串口通訊模塊分別通過信號線與信號處理模塊相電氣連接，串口通訊模塊還通過信號線與TCP/IP接口模塊相電氣連接，并外接PC機，電源模塊分別與溫濕氣傳感模塊、信號處理模塊、TCP/IP接口模塊、串口通訊模塊相電氣連接。
為了更好地實現(xiàn)本實用新型，所述溫濕氣傳感模塊由濕溫傳感子模塊、二氧化碳傳感子模塊相互電氣連接組成；所述濕溫傳感子模塊由溫度傳感器、濕度傳感器和頻率轉(zhuǎn)換子模塊相互電氣連接組成；所述二氧化碳傳感子模塊由二氧化碳傳感器、信號處理電路、A/D轉(zhuǎn)換電路和單片機依次電氣連接組成；所述信號處理模塊包括LCD顯示子模塊、鍵盤輸入子模塊、多路輸出子模塊、第一單片機子模塊、第一片外數(shù)據(jù)存儲器和多路模擬開關(guān)，LCD顯示子模塊、鍵盤輸入子模塊、多路輸出子模塊、第一片外數(shù)據(jù)存儲器和多路模擬開關(guān)分別與第一單片機子模塊相電氣連接，第一單片機子模塊還分別與溫濕傳感子模塊、二氧化碳傳感子模塊相電氣連接；所述TCP/IP接口模塊包括第二單片機子模塊、PCI總線接口子模塊、通信控制器、串行通訊子模塊、串行EEPROM和第二片外數(shù)據(jù)存儲器，PCI總線接口子模塊、通信控制器、串行通訊子模塊、串行EEPROM和第二片外數(shù)據(jù)存儲器均與第二單片機子模塊電氣連接；所述電源模塊為各模塊電路提供5V輸出電源。
本實用新型的工作原理是本實用新型上電工作后，通過鍵盤操作可以設(shè)置裝置各采集通道的開關(guān)狀態(tài)。設(shè)置完成后，裝置開始正常工作，溫濕氣傳感模塊實時檢測環(huán)境中濕度、溫度和二氧化碳濃度的大小，將檢測到的各參數(shù)數(shù)值轉(zhuǎn)換成為相應(yīng)的頻率信號，并經(jīng)由多路模擬開關(guān)傳送到信號處理模塊中的第一單片機子模塊。單片機采用測頻測周方式測得頻率大小，對采集到的數(shù)據(jù)進行相應(yīng)的處理后，可以得出溫濕氣的實際數(shù)值，將這些測量數(shù)據(jù)傳送到LCD顯示子模塊進行實時顯示，同時通過串口通訊模塊將測量數(shù)值傳送到TCP/IP接口模塊，TCP/IP接口模塊將接收到的數(shù)據(jù)進行TCP數(shù)據(jù)打包，然后將其傳送到Internet上。在Internet上，測控中心實時接收各測控點上測控裝置發(fā)送上來的測量信息，對各測量點的測量數(shù)據(jù)進行實時處理后，再向各測控裝置發(fā)送相應(yīng)的控制命令。測控裝置接收到測控中心發(fā)送過來的控制命令后，執(zhí)行相應(yīng)的操作，實時地調(diào)節(jié)環(huán)境參數(shù)，使其保持在一個合適的范圍之內(nèi)。
本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點和有益效果1.本實用新型綜合地應(yīng)用計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、傳感器技術(shù)和數(shù)字信號處理技術(shù)等多學(xué)科知識，高度集成了溫濕氣多環(huán)境參數(shù)的測量。
2.本實用新型基于TCP/IP協(xié)議，利用以太網(wǎng)(Ethernet)的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)進行測量數(shù)據(jù)的傳送，相對于基于RS485/232工業(yè)總線的測控裝置，具有數(shù)據(jù)傳輸率高、可靠性高、易維護、可遠程傳輸、互操作性好等優(yōu)點，可以輕松實現(xiàn)多點測量并實現(xiàn)各測量點間數(shù)據(jù)的相互交換和遠程數(shù)據(jù)采集，集中處理。
3.本實用新型傳感模塊與信號處理模塊采用頻率信號進行數(shù)據(jù)的傳送，并提出一種軟件同步雙分界點的測頻測周集成的高精度測頻方法，傳感信號傳送具有高精度、低成本和高抗干擾性的特點。
4.本實用新型以單片機系統(tǒng)模塊為核心，利用單片機系統(tǒng)模塊編程靈活的特點，實現(xiàn)復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理和基于TCP/IP的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳送，具有極大的靈活性和可擴充性。


圖1是本實用新型的電路方框圖；圖2是本實用新型信號處理模塊中的信號處理主流程圖；圖3是本實用新型TCP/IP接口模塊的電路方框圖；圖4是本實用新型TCP/IP接口模塊的電路原理圖；圖5是本實用新型TCP/IP接口模塊中串行EEPROM的電路原理圖；圖6是本實用新型TCP/IP接口模塊中串行通訊子模塊的電路原理圖；圖7是本實用新型TCP/IP接口模塊中PCI總線接口子模塊的電路原理圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例，對本實用新型作進一步詳細的描述。但本實用新型的實施方式并不限于此。
如圖1所示，本實用新型的電路部分中，溫濕氣傳感模塊、串口通訊模塊分別通過信號線與信號處理模塊相電氣連接，串口通訊模塊還通過信號線與TCP/IP接口模塊相電氣連接，并外接PC機，電源模塊分別與溫濕氣傳感模塊、信號處理模塊、TCP/IP接口模塊、串口通訊模塊相電氣連接。
溫濕氣傳感模塊由濕溫傳感子模塊、二氧化碳傳感子模塊相互電氣連接組成；其中，濕溫傳感子模塊由溫度傳感器、濕度傳感器和頻率轉(zhuǎn)換子模塊相互電氣連接組成，溫度傳感器和濕度傳感器采用通用溫敏電阻和濕敏電阻，經(jīng)由555芯片把感應(yīng)電阻轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的頻率信號；二氧化碳傳感子模塊由二氧化碳傳感器、信號處理電路、A/D轉(zhuǎn)換電路和單片機依次電氣連接組成，二氧化碳傳感器采用的是日本Figaro公司生產(chǎn)的固態(tài)電解質(zhì)二氧化碳傳感器TGS-4161，信號處理電路采用由tlc271cp構(gòu)成的信號放大電路，A/D轉(zhuǎn)換電路采用tlc1543芯片，單片機采用AT89c52，采集A/D轉(zhuǎn)換電路發(fā)送過來的傳感數(shù)字信號，經(jīng)運算處理后轉(zhuǎn)換為與CO2濃度線性對應(yīng)的頻率信號輸出。
信號處理模塊包括LCD顯示子模塊、鍵盤輸入子模塊、多路輸出子模塊、第一單片機子模塊、第一片外數(shù)據(jù)存儲器和多路模擬開關(guān)。其中，LCD顯示子模塊采用通用LCD顯示模塊MGL(S)-12864，鍵盤輸入子模塊采用74LS244芯片作輸入鎖存器的四按鍵鍵盤，多路輸出子模塊由第一單片機I/O口控制、三極管驅(qū)動的、一組(4個)繼電器組成，繼電器型號為946H-1C-5D，第一單片機采用W78E58B芯片，第一片外數(shù)據(jù)存儲器采用2764，多路模擬開關(guān)采用單8通道模擬開關(guān)芯片74HC4051，實現(xiàn)裝置的采集通道選擇。
如圖2所示，信號處理模塊是本實用新型的控制中心，主要完成系統(tǒng)初始化、開機自檢、對各輸入通道進行信號采集，然后進行數(shù)據(jù)處理，上下限判斷，動態(tài)自檢，最后進行結(jié)果顯示。系統(tǒng)在完成初始化和自檢后，將進入多任務(wù)處理狀態(tài)，需要處理的任務(wù)包括數(shù)據(jù)采集及處理任務(wù)、按鍵中斷任務(wù)、LCD顯示任務(wù)、串口通信任務(wù)和以太網(wǎng)通信任務(wù)。
如圖3所示，TCP/IP接口模塊中，PCI總線接口子模塊、通信控制器、串行通訊子模塊、串行EEPROM和第二片外數(shù)據(jù)存儲器均與第二單片機子模塊電氣連接。
如圖4、5、6、7所示，第二單片機子模塊采用華邦的W78E58B芯片；串行EEPROM采用AT24C64芯片，AT24C64芯片與單片機間的數(shù)據(jù)傳輸是通過I2C總線實現(xiàn)的；串行通訊子模塊采用MAX232芯片實現(xiàn)單片機的串行通訊；PCI總線接口子模塊由CPLD芯片EPM7128實現(xiàn)，其中，P2.2～P2.7共6根為地址引腳，用來尋址CPLD里的10個寄存器，P0.0～P0.7共8條，為8位數(shù)據(jù)線，另外READ#、WRITE#為讀寫信號線。單片機對CPLD的接口是比較簡單的幾條線、6條地址、8條數(shù)據(jù)以及讀、寫、中斷。對時序沒有特別的要求，CPLD里的控制寄存器映射單片機的外部存儲器RAM空間。只要單片機能夠讀寫外部存儲器RAM，就可以用來驅(qū)動RTL8029AS網(wǎng)卡；通信控制器采用RTL8029以太網(wǎng)卡；第二片外數(shù)據(jù)存儲器采用6264芯片。單片機W78E58B作為8029芯片的控制器，負責(zé)通過UART把從信號處理模塊中接收到的串行數(shù)據(jù)封裝成IP包，經(jīng)PCI總線傳送到以太網(wǎng)接口8029芯片，再轉(zhuǎn)發(fā)到Internet，同時它又隨時檢測總線上傳輸?shù)男畔?，把指定的信息翻譯成主機所能識別的數(shù)據(jù)形式，并傳送給主機。CPLD芯片EPM7128主要是充當(dāng)中轉(zhuǎn)的角色，使得單片機能夠與PCI總線的RTL8029以太網(wǎng)卡進行通訊。RTL8029以太網(wǎng)卡是TCP/IP接口模塊構(gòu)成的核心部分，是主機與網(wǎng)絡(luò)相連接的通路，它承擔(dān)著網(wǎng)絡(luò)結(jié)點控制工作的主要任務(wù)，負責(zé)傳輸介質(zhì)的管理和提供鏈路層規(guī)范的硬件環(huán)境。第二片外數(shù)據(jù)存儲器6264負責(zé)存儲程序運行過程中的臨時數(shù)據(jù)。串行EEPROM芯片AT24C64用于保存系統(tǒng)設(shè)置參數(shù)，如本機IP地址、網(wǎng)關(guān)地址等。
本實用新型的信號處理模塊、TCP/IP接口模塊、串口通訊模塊和電源模塊一起封裝在長×寬×高為25cm×15cm×12cm的殼體中，構(gòu)成本實用新型的主體，溫濕氣傳感模塊外置，用兩個小盒子將溫濕傳感子模塊和二氧化碳傳感子模塊分別封裝。其中，殼體前面板有一片液晶顯示板和五個按鍵按鈕，五個按鈕分別是“復(fù)位”、“設(shè)置”、“確定”、“組合”和“選擇”五個按鍵；殼體后面板留有一個220V交流電源接口和四個方便拔插的航空接頭(型號是XS12J5Y)。溫濕氣傳感模塊中的溫濕傳感子模塊和二氧化碳傳感子模塊均附有航空接頭，溫濕氣傳感模塊通過航空接頭與本實用新型主體相連，實現(xiàn)傳感信號的傳輸。
如上所述，即可較好地實現(xiàn)本實用新型。
權(quán)利要求1.基于TCP/IP的智能網(wǎng)絡(luò)溫濕氣測控裝置，其特征是，該裝置由殼體及其電路相互連接構(gòu)成，所述電路由溫濕氣傳感模塊、信號處理模塊、TCP/IP接口模塊、串口通訊模塊和電源模塊相互電氣連接組成，其中，溫濕氣傳感模塊、串口通訊模塊分別通過信號線與信號處理模塊相電氣連接，串口通訊模塊還通過信號線與TCP/IP接口模塊相電氣連接，并外接PC機，電源模塊分別與溫濕氣傳感模塊、信號處理模塊、TCP/IP接口模塊、串口通訊模塊相電氣連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于TCP/IP的智能網(wǎng)絡(luò)溫濕氣測控裝置，其特征是，所述溫濕氣傳感模塊由濕溫傳感子模塊、二氧化碳傳感子模塊相互電氣連接組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于TCP/IP的智能網(wǎng)絡(luò)溫濕氣測控裝置，其特征是，所述濕溫傳感子模塊由溫度傳感器、濕度傳感器和頻率轉(zhuǎn)換子模塊相互電氣連接組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于TCP/IP的智能網(wǎng)絡(luò)溫濕氣測控裝置，其特征是，所述二氧化碳傳感子模塊由二氧化碳傳感器、信號處理電路、A/D轉(zhuǎn)換電路和單片機依次電氣連接組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于TCP/IP的智能網(wǎng)絡(luò)溫濕氣測控裝置，其特征是，所述信號處理模塊包括LCD顯示子模塊、鍵盤輸入子模塊、多路輸出子模塊、第一單片機子模塊、第一片外數(shù)據(jù)存儲器和多路模擬開關(guān)，LCD顯示子模塊、鍵盤輸入子模塊、多路輸出子模塊、第一片外數(shù)據(jù)存儲器和多路模擬開關(guān)分別與第一單片機子模塊相電氣連接，第一單片機子模塊還分別與溫濕傳感子模塊、二氧化碳傳感子模塊相電氣連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于TCP/IP的智能網(wǎng)絡(luò)溫濕氣測控裝置，其特征是，所述TCP/IP接口模塊包括第二單片機子模塊、PCI總線接口子模塊、通信控制器、串行通訊子模塊、串行EEPROM和第二片外數(shù)據(jù)存儲器，PCI總線接口子模塊、通信控制器、串行通訊子模塊、串行EEPROM和第二片外數(shù)據(jù)存儲器均與第二單片機子模塊電氣連接。
專利摘要本實用新型是一種基于TCP/IP的智能網(wǎng)絡(luò)溫濕氣測控裝置，該裝置由殼體及其電路相互連接構(gòu)成，所述電路由溫濕氣傳感模塊、信號處理模塊、TCP/IP接口模塊、串口通訊模塊和電源模塊組成，其中，溫濕氣傳感模塊、串口通訊模塊分別與信號處理模塊相電氣連接，串口通訊模塊還與TCP/IP接口模塊相電氣連接，電源模塊分別與溫濕氣傳感模塊、信號處理模塊、TCP/IP接口模塊、串口通訊模塊相電氣連接。本實用新型利用以太網(wǎng)的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)進行溫濕氣測量數(shù)據(jù)的傳送，具有數(shù)據(jù)傳輸率高、可靠性好、易維護、可遠程傳輸、互操作性好等優(yōu)點，可以輕松實現(xiàn)多點測量并實現(xiàn)各測量點間數(shù)據(jù)的相互交換、遠程數(shù)據(jù)采集和集中處理，使用方便，應(yīng)用范圍較廣。
文檔編號G01N35/00GK2660536SQ20032011912
公開日2004年12月1日 申請日期2003年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月12日
發(fā)明者劉桂雄, 呂藝行, 方曉東 申請人:華南理工大學(xué)