本發(fā)明涉及工業(yè)數(shù)據(jù)采集監(jiān)控領(lǐng)域，具體地說，涉及一種基于智能傳感器裝置的工業(yè)網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)遠程監(jiān)控系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

隨著計算機網(wǎng)絡(luò)、通信與控制技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)控制系統(tǒng)由原來單一、獨立的控制系統(tǒng)發(fā)展到復(fù)雜、集成的工業(yè)控制網(wǎng)，從集散控制系統(tǒng)發(fā)展到現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)以其靈活的控制方式、信息共享、低成本等特點，已被廣泛的應(yīng)用于復(fù)雜的控制系統(tǒng)中?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)對網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)備的基本要求是要具有計算和通信能力，由此對控制網(wǎng)絡(luò)的重要節(jié)點——傳感器提出了智能化要求，即具有計算功能和通信功能。

目前，針對控制網(wǎng)絡(luò)的傳感器應(yīng)用一般以控制器和傳感器作為解決方案，缺點是控制器負(fù)載過重，而且由于傳感信號處理沒有分開的緣故，這種架構(gòu)的容錯性不強。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題，提供一種基于智能傳感器裝置的工業(yè)網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)遠程監(jiān)控系統(tǒng)及方法，使工業(yè)控制系統(tǒng)中的傳感器也能在工業(yè)數(shù)據(jù)采集中得到應(yīng)用，且智能傳感器裝置適用于絕大多數(shù)的傳感器，具有一定的通用性。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

基于智能傳感器裝置的工業(yè)網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)，包括：依次連接的智能傳感器裝置、工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)、制造執(zhí)行系統(tǒng)mes和用戶監(jiān)控終端；所述智能傳感器裝置是包括依次連接的傳感器、信號調(diào)理電路和微處理器，所述智能傳感器裝置采集、傳輸并處理數(shù)據(jù)，將處理后的數(shù)據(jù)通過工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)發(fā)送給制造執(zhí)行系統(tǒng)mes，用戶監(jiān)控終端從制造執(zhí)行系統(tǒng)mes下載數(shù)據(jù)并進行監(jiān)控；智能傳感器裝置的微處理器為多處理器架構(gòu)，包括fpga處理器以及與fpga處理器連接的第一arm處理器。

所述工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)與用戶監(jiān)控終端連接。

所述智能傳感器裝置的fpga處理器還分別與傳感器、第一ddr/sdram存儲器、第一lcd顯示器、第一監(jiān)測報警模塊、第一led指示燈和第一電源模塊連接。

所述智能傳感器裝置的第一arm處理器還分別與傳感器、第一ddr/sdram存儲器、第一lcd顯示器、第一監(jiān)測報警模塊、第一led指示燈和第一電源模塊連接。

所述第一ddr/sdram存儲器用于存儲由傳感器傳送進來的模擬信號。

所述第一lcd顯示器用于顯示數(shù)據(jù)處理進度和狀況。

所述第一監(jiān)測報警模塊，當(dāng)數(shù)據(jù)處理出現(xiàn)錯誤或數(shù)據(jù)傳輸出現(xiàn)擁堵時，發(fā)出警報，通知工作人員進行及時處理。

所述第一led指示燈，便于對fpga處理器的工作狀態(tài)進行表示，可以通過不同的顏色進行表示。

所述第一電源模塊，為fpga處理器和第一arm處理器工作提供穩(wěn)定的工作電源。

所述工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)為多處理器架構(gòu)，包括：彼此連接的第二arm處理器和dsp處理器，接收和處理由智能傳感器裝置通過通訊接口傳送的采集數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)上傳至mes。

所述工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)的第二arm處理器分別與第二lcd顯示器、無線通訊模塊、第二ddr/sdram存儲器、第二監(jiān)測報警模塊、第二電源模塊、第二led指示燈和用戶認(rèn)證模塊連接；

所述工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)的dsp處理器分別與第二lcd顯示器、無線通訊模塊、第二ddr/sdram存儲器、第二監(jiān)測報警模塊、第二電源模塊、第二led指示燈和用戶認(rèn)證模塊連接。

所述第二lcd顯示器顯示數(shù)據(jù)的傳送狀況。

所述無線通訊模塊為工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)和mes之間以及工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)和用戶監(jiān)控終端之間的通信途徑。

所述第二ddr/sdram存儲器用于緩存由智能傳感器裝置傳送的數(shù)據(jù)。

所述第二監(jiān)測報警模塊監(jiān)測數(shù)據(jù)的傳送和處理情況，當(dāng)發(fā)生中斷時，發(fā)出警報，以及接收由用戶監(jiān)控終端發(fā)送的指令和信息，通知現(xiàn)場工作人員及時處理。

所述第二電源模塊，為dsp處理器和arm處理器工作提供穩(wěn)定的工作電源。

所述第二led指示燈，便于對dsp處理器的工作狀態(tài)進行表示，通過不同的顏色進行表示，同時監(jiān)測報警模塊發(fā)出警報時，led指示燈通過顏色同時通知現(xiàn)場工作人員。

所述用戶認(rèn)證模塊用于根據(jù)認(rèn)證請求攜帶的賬戶和密碼對用戶監(jiān)測終端進行認(rèn)證；若用戶終端通過認(rèn)證，建立工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)和用戶終端之間的通信連接，若用戶終端沒有通過認(rèn)證，向用戶終端發(fā)送認(rèn)證失敗消息。

所述用戶監(jiān)控終端為遠程監(jiān)控現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集情況，可以實現(xiàn)多用戶的同時監(jiān)控，但當(dāng)用戶對遠程監(jiān)控現(xiàn)場進行發(fā)送配置指令時，僅允許一個用戶，不能多個用戶同時進行。

所述用戶監(jiān)控終端，包括：智能移動終端、掌上電腦或一體機。

基于智能傳感器裝置的工業(yè)網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)遠程監(jiān)控方法，包括步驟：

步驟(1)：智能傳感器裝置的傳感器采集被測的物理量；

步驟(2)：智能傳感器裝置的傳感器將被測物理量轉(zhuǎn)換成電信號，電信號經(jīng)過信號調(diào)理電路濾波、放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換處理后，送入智能傳感器裝置的微處理器中，微處理器包括fpga處理器和第一arm處理器；第一arm處理器將采集的數(shù)據(jù)通過axi總線傳輸給fpga處理器，fpga處理器對數(shù)據(jù)進行并行處理和分析；fpga處理器將處理后的數(shù)據(jù)通過總線反饋給第一arm處理器，第一arm處理器將處理后的數(shù)據(jù)通過通訊接口發(fā)送給工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)；

步驟(3)：工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)接收數(shù)據(jù)后，利用第二arm處理器對數(shù)據(jù)進行處理，第二arm處理器將數(shù)據(jù)通過總線發(fā)送給dsp處理器，dsp處理器對數(shù)據(jù)進行并行處理和分析；dsp處理器將處理后的數(shù)據(jù)通過高速總線反饋給第二arm處理器，第二arm處理器將處理后的數(shù)據(jù)通過無線通訊模塊發(fā)送給用戶監(jiān)控終端，或者通過無線通訊模塊上傳mes，用戶可在mes上下載數(shù)據(jù)，用于后續(xù)的數(shù)據(jù)應(yīng)用分析。

所述步驟(2)中，第一ddr/sdram存儲器存儲由傳感器傳送進來的模擬信號；第一lcd顯示器顯示數(shù)據(jù)處理進度和狀況；第一監(jiān)測報警模塊，當(dāng)數(shù)據(jù)處理出現(xiàn)錯誤或數(shù)據(jù)傳輸出現(xiàn)擁堵時，發(fā)出警報，通知工作人員進行及時處理；第一led指示燈，對fpga處理器的工作狀態(tài)進行表示，通過不同的顏色進行表示；第一電源模塊，為fpga處理器和第一arm處理器工作提供穩(wěn)定的工作電源。

所述步驟(3)中，第二lcd顯示器顯示數(shù)據(jù)的傳送狀況；所述無線通訊模塊為工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)和mes之間以及工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)和用戶監(jiān)控終端之間的通信途徑；所述第二ddr/sdram存儲器用于緩存由智能傳感器裝置傳送的數(shù)據(jù)；第二監(jiān)測報警模塊監(jiān)測數(shù)據(jù)的傳送和處理情況，當(dāng)發(fā)生中斷時，發(fā)出警報，以及接收由用戶監(jiān)控終端發(fā)送的指令和信息，通知現(xiàn)場工作人員及時處理；第二電源模塊，為dsp處理器和arm處理器工作提供穩(wěn)定的工作電源；第二led指示燈，便于對dsp處理器的工作狀態(tài)進行表示，通過不同的顏色進行表示，同時監(jiān)測報警模塊發(fā)出警報時，led指示燈通過顏色同時通知現(xiàn)場工作人員；所述用戶認(rèn)證模塊用于根據(jù)認(rèn)證請求攜帶的賬戶和密碼對用戶監(jiān)測終端進行認(rèn)證；若用戶終端通過認(rèn)證，建立工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)和用戶終端之間的通信連接，若用戶終端沒有通過認(rèn)證，向用戶終端發(fā)送認(rèn)證失敗消息。

基于智能傳感器裝置的工業(yè)網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)遠程監(jiān)控方法，包括步驟：

步驟(4)：用戶通過所述用戶監(jiān)控終端對數(shù)據(jù)采集狀況進行監(jiān)控，當(dāng)數(shù)據(jù)處理或數(shù)據(jù)傳輸出現(xiàn)問題時，用戶監(jiān)控終端接收用戶的操作指令，將操作指令發(fā)送給工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)，工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)通過第二led指示燈和第二監(jiān)測報警模塊發(fā)出報警信號，通知現(xiàn)場工作人員及時處理。

所述fpga處理器利用查找表來實現(xiàn)組合邏輯，每個查找表連接到一個到d觸發(fā)器的輸入端，d觸發(fā)器再來驅(qū)動邏輯電路或驅(qū)動i/o，由此構(gòu)成既可實現(xiàn)組合邏輯功能又能實現(xiàn)時序邏輯功能的基本邏輯單元模塊，基本邏輯單元模塊之間利用金屬連線互相連接或連接到i/o模塊。

模擬信號通過可編程通用模擬前段電路，形成適于模數(shù)轉(zhuǎn)換的電壓信號，由所述fpga處理器采集并進行數(shù)字信號處理形成采集結(jié)果，利用硬件并行的優(yōu)勢，打破了順序執(zhí)行的模式，利用多通道并行處理，形成的采集結(jié)果一方面存儲在ddr/sdram中，另一方面通過axi總線傳輸?shù)降谝籥rm處理器。

所述第一arm處理器通過axi總線與所述fpga處理器進行數(shù)據(jù)交互；第一arm處理器芯片決定采集動作的開始執(zhí)行，傳感器采集開始后，fpga處理器將一次傳感信號進行采集和處理，形成數(shù)字信號，并通過axi總線傳輸給第一arm處理器芯片；第一arm處理器芯片將監(jiān)測信號數(shù)據(jù)顯示在第一lcd顯示器上，并通過通訊接口將數(shù)據(jù)傳送給工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)。

本發(fā)明的有益效果：

1將傳感器在數(shù)據(jù)采集中得到應(yīng)用，建立了數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)；

2智能傳感器裝置適用于絕大多數(shù)的傳感器，具有一定的通用性；

3將傳感器與微處理器相結(jié)合，充分利用了微處理器的并行計算和存儲能力，對傳感器的數(shù)據(jù)進行并行處理，使采集的數(shù)據(jù)處理速度更快；

4智能傳感器裝置準(zhǔn)確度高、可靠性高、穩(wěn)定性好，而且具備一定的數(shù)據(jù)處理能力，并能夠自檢、自校、自補償；

5用戶監(jiān)控終端不再僅限制于一人，允許多人同時監(jiān)控。

6因此，智能傳感器裝置能采集傳感器的模擬信號，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后，將數(shù)字信號發(fā)送到現(xiàn)場總線，將傳感器變?yōu)榫哂杏嬎愫屯ㄐ拍芰Φ木W(wǎng)絡(luò)節(jié)點，提高了信號傳感功能的可靠性。

附圖說明

圖1為智能傳感器裝置原理框圖；

圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明的應(yīng)用場景示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步說明。

圖1為智能傳感器裝置的原理框圖，如圖1所示。傳感器將被測的物理量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號，送到信號調(diào)理電路中，進行濾波、放大、模-數(shù)轉(zhuǎn)換后，送到微處理器中。微處理器是智能傳感器裝置的核心，它不但可以對傳感器測量數(shù)據(jù)進行計算、存儲、數(shù)據(jù)處理，還可以通過反饋回路對傳感器進行調(diào)節(jié)。由于微處理器充分發(fā)揮各種軟件的功能，可以完成硬件難以完成的任務(wù)，從而大大降低傳感器制造的難度，提高傳感器的性能，降低成本。

例如，被測的物理量包括溫度、濕度。

圖2為本發(fā)明提供的一種基于智能傳感器裝置的工業(yè)網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)遠程監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用場景示意圖，如圖2所示，本發(fā)明提供的一種基于智能傳感器裝置的工業(yè)網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)遠程監(jiān)控系統(tǒng)，包括智能傳感器裝置、工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)和用戶監(jiān)控終端。

如圖3所示，本發(fā)明提供的一種基于智能傳感器裝置的工業(yè)網(wǎng)關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖，如圖3所示，本發(fā)明提供的一種基于智能傳感器裝置的工業(yè)網(wǎng)關(guān)，包括智能傳感器裝置和工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)。

所述智能傳感器裝置是由傳感器和微處理器構(gòu)成，傳輸并處理數(shù)據(jù)，智能傳感器裝置為多處理器架構(gòu)，包括fpga處理器以及與fpga處理器連接的arm處理器。

所述fpga處理器利用查找表來實現(xiàn)組合邏輯，每個查找表連接到一個到d觸發(fā)器的輸入端，d觸發(fā)器再來驅(qū)動邏輯電路或驅(qū)動i/o，由此構(gòu)成既可實現(xiàn)組合邏輯功能又能實現(xiàn)時序邏輯功能的基本邏輯單元模塊，基本邏輯單元模塊之間利用金屬連線互相連接或連接到i/o模塊。

模擬信號通過可編程通用模擬前段電路，形成適于模數(shù)轉(zhuǎn)換的電壓信號，由所述fpga處理器采集并進行數(shù)字信號處理形成采集結(jié)果，利用硬件并行的優(yōu)勢，打破了順序執(zhí)行的模式，利用多通道并行處理，形成的采集結(jié)果一方面存儲在ddr/sdram中，另一方面通過axi總線傳輸?shù)降谝籥rm處理器。

所述第一arm處理器通過axi總線與所述fpga處理器進行數(shù)據(jù)交互；第一arm處理器芯片決定采集動作的開始執(zhí)行，傳感器采集開始后，fpga處理器將一次傳感信號進行采集和處理，形成數(shù)字信號，并通過axi總線傳輸給第一arm處理器芯片；第一arm處理器芯片將監(jiān)測信號數(shù)據(jù)顯示在第一lcd顯示器上，并通過通訊接口將數(shù)據(jù)傳送給工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)。

所述通訊接口包括：rs-485通訊接口、rs-232通訊接口、rj45通訊接口、usb通訊接口、can通訊接口。

所述智能傳感器裝置還包括第一監(jiān)測報警模塊、第一led指示燈和第一電源模塊。

所述第一監(jiān)測報警模塊，當(dāng)數(shù)據(jù)處理出現(xiàn)錯誤或數(shù)據(jù)傳輸出現(xiàn)擁堵時，發(fā)出警報，通知工作人員進行及時處理。

所述第一led指示燈，便于對fpga處理器的工作狀態(tài)進行表示，可以通過不同的顏色進行表示。

所述第一電源模塊，為fpga處理器和arm處理器工作提供穩(wěn)定的工作電源。

所述工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)為多處理器架構(gòu)，包括第二arm處理器和dsp處理器，第二arm處理器通過通訊接口接收由智能傳感器裝置傳送的處理后的數(shù)據(jù)，第二arm處理器將監(jiān)測信號顯示在lcd顯示器上，并通過高速總線將數(shù)據(jù)傳輸給dsp處理器，dsp處理器對數(shù)據(jù)作進一步處理，一方面?zhèn)魉偷絛dr/sdram存儲器，另一方面利用本身的并行優(yōu)勢，通過無線通訊模塊將數(shù)據(jù)上傳到mes。

所述通訊接口包括：rs-485通訊接口、rs-232通訊接口、rj45通訊接口、usb通訊接口、can通訊接口。

所述高速總線包括：ahb或pcie。

所述工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)還包括第二監(jiān)測報警模塊、第二電源模塊、第二led指示燈和用戶認(rèn)證模塊。

所述第二監(jiān)測報警模塊主要監(jiān)測數(shù)據(jù)的傳送和處理情況，當(dāng)發(fā)生中斷時，發(fā)出警報，以及接收由用戶監(jiān)控終端發(fā)送的指令和信息，通知現(xiàn)場工作人員及時處理。

所述第二電源模塊，為dsp處理器和arm處理器工作提供穩(wěn)定的工作電源。

所述第二led指示燈，便于對dsp處理器的工作狀態(tài)進行表示，可以通過不同的顏色進行表示，同時監(jiān)測報警模塊發(fā)出警報時，led指示燈通過顏色同時通知現(xiàn)場工作人員。

所述用戶認(rèn)證模塊用于根據(jù)認(rèn)證請求攜帶的賬戶和密碼對用戶監(jiān)測終端進行認(rèn)證；若用戶終端通過認(rèn)證，建立工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)和用戶終端之間的通信連接，若用戶終端沒有通過認(rèn)證，向用戶終端發(fā)送認(rèn)證失敗消息。

所述用戶監(jiān)控終端包括智能移動終端、掌上電腦、一體機等。用戶通過所述用戶監(jiān)控終端登錄，監(jiān)控遠程數(shù)據(jù)采集狀況，當(dāng)數(shù)據(jù)處理或傳輸出現(xiàn)問題時，對工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)發(fā)送指令，工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)通過led指示燈和監(jiān)測報警模塊發(fā)出警報，通知現(xiàn)場工作人員進行及時處理。

mes(manufacturingexecutionsystem，制造執(zhí)行系統(tǒng))；

arm(advancedriscmachine，risc微處理器)；

fpga(fieldprogrammablegatearrays，現(xiàn)場可編程邏輯門陣列)；

led(lightemittingdiode，發(fā)光二極管)指示燈。

上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進行了描述，但并非對本發(fā)明保護范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍以內(nèi)。