專利名稱：熱網(wǎng)智能數(shù)據(jù)終端的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及智能通信技術(shù)，具體的說是一種熱網(wǎng)智能數(shù)據(jù)終端。
背景技術(shù)：
我們知道，工業(yè)現(xiàn)場儀表在最初只為記錄現(xiàn)場工作中的有關(guān)參數(shù)，為工業(yè)現(xiàn)場的管理提供參考依據(jù)。到20世紀(jì)70年代以來，隨著電子技術(shù)和半導(dǎo)體工業(yè)的迅速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)對測量的需求不斷提高，測量領(lǐng)域也出現(xiàn)巨大的變化，現(xiàn)場儀表也逐漸向智能化儀器儀表發(fā)展；特別是計算機和網(wǎng)絡(luò)通信與智能儀表的日益緊密結(jié)合，使得智能儀表在測量和監(jiān)控領(lǐng)域內(nèi)的運用廣度和深度得到極大延伸。通信技術(shù)在近幾年突飛猛進(jìn)，通信網(wǎng)絡(luò)日趨成熟和完善，如以太網(wǎng)、GSM、GPRS、CDMA等等，這都對人們的工作和生活產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。但是人們一直在研究如何更充分挖掘通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用潛力，不僅僅限于生活和工作，還有更廣闊的工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域。一方面，人們試圖在網(wǎng)絡(luò)中接入更多的設(shè)備，以便在擴充其應(yīng)用模式的同時享受其帶來的更多便利；另一方面，工業(yè)化程度的加劇，也給現(xiàn)場監(jiān)控的發(fā)展提出了新的問題如何組建一個更高效的、更智能化的能夠和其他高層網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的現(xiàn)場監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，以便于實時、集中監(jiān)控，將現(xiàn)場與決策的時差縮得更短，提高決策的正確性、實時性和科學(xué)性，也就是將現(xiàn)場監(jiān)測、反饋控制與現(xiàn)代化通信技術(shù)相融合。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種將現(xiàn)場監(jiān)測、反饋控制與現(xiàn)代化通信技術(shù)相融合的熱網(wǎng)智能數(shù)據(jù)終端。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是一種熱網(wǎng)智能數(shù)據(jù)終端，其包括有外殼、置于外殼上的LCD顯示屏、置于殼內(nèi)的數(shù)字小鍵盤和終端硬件，終端硬件包括電源部分、MCU小系統(tǒng)部分、模擬前端部分和數(shù)字前端部分，其特征在于MCU小系統(tǒng)部分設(shè)有CPU外部擴展的大容量RAM；數(shù)字前端部分設(shè)有通信輸出模塊、海量存儲器和基本輸出接口RS232、RS485串行口。
本發(fā)明由于采用將現(xiàn)場監(jiān)測、反饋控制與現(xiàn)代化通信技術(shù)相融合，對照現(xiàn)有技術(shù)，其不僅實現(xiàn)了對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集、分析、處理和存儲，同時也能夠?qū)崿F(xiàn)將數(shù)據(jù)通過各種通信網(wǎng)絡(luò)向高層傳輸并作出及時反饋。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
圖1是本發(fā)明的硬件總結(jié)構(gòu)圖。
圖2是本發(fā)明的軟件模塊關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)圖。
圖3是本發(fā)明的電路部分原理圖。
圖4是本發(fā)明的電源監(jiān)測程序流程圖。
圖5是本發(fā)明的鍵盤處理程序流程圖。
圖6是本發(fā)明的模擬前端電路原理結(jié)構(gòu)圖。
圖7是本發(fā)明的積算功能程序流程圖。
具體實施例方式
一種熱網(wǎng)智能數(shù)據(jù)終端，其包括有外殼、置于外殼上的LCD顯示屏、置于殼內(nèi)的數(shù)字小鍵盤和終端硬件，終端硬件包括電源部分、MCU小系統(tǒng)部分、模擬前端部分和數(shù)字前端部分，MCU小系統(tǒng)部分設(shè)有CPU外部擴展的大容量RAM；數(shù)字前端部分設(shè)有通信輸出模塊、海量存儲器和基本輸出接口RS232、RS485串行口。
圖1中硬件的核心部分是MCU小系統(tǒng)部分包括主CPU(中央處理單元)、液晶顯示、外部擴展數(shù)據(jù)RAM(存儲器)、數(shù)據(jù)緩沖存儲器、數(shù)據(jù)的鐵電存儲器和KEY(數(shù)字小鍵盤)等部分；主CPU采用P89C52RD2H系列芯片，帶片內(nèi)程序FLASH和內(nèi)部RAM，支持在系統(tǒng)編程功能；采用緩沖方式與外界通信共享設(shè)置參數(shù)和顯示數(shù)據(jù)；使用FM3104芯片，具有實時時鐘、看門狗定時器、低電壓復(fù)位、電壓比較監(jiān)測、鐵電數(shù)據(jù)存儲(高速讀寫、無限次擦除)等功能，支持I2C板上總線。
MCU小系統(tǒng)還擴展了人機界面的輸入輸出部分輸入部分使用數(shù)字小鍵盤，通過MCU的UART口進(jìn)行指令輸入；輸出部分采用點陣液晶模塊，同時顯示各種采集數(shù)據(jù)信息；同時，在MCU小系統(tǒng)部分為CPU增加了外部擴展的大容量RAM，存儲較長時間內(nèi)的歷史數(shù)據(jù)，提供歷史曲線追憶輸出，供用戶查詢歷史數(shù)據(jù)和運行狀態(tài)。
圖1的左邊是電源部分包括電池供電和市電供電(AC/DC)兩部分，由電源管理模塊進(jìn)行監(jiān)測管理，并通過隔離，分別為數(shù)字部分、模擬部分和MCU小系統(tǒng)供電；具體方案為通過電源隔離提供獨立的小系統(tǒng)5V電源、獨立的數(shù)字前端5V電源、外圍饋電24V電源，同時由穩(wěn)壓塊提供模擬前端5V電源。
電源采用可切換式市電供電和電池供電，避免因市電斷電而影響終端的正常工作，由軟件和硬件協(xié)同實現(xiàn)MCU小系統(tǒng)部分監(jiān)測市電電源，一旦市電掉電，響應(yīng)最高級中斷，進(jìn)行數(shù)據(jù)備份，自動切換至備份電池；電池采用12V，由MCU通過繼電器控制，為數(shù)字前端和模擬前端提供電源，MCU對備份電源電壓實時監(jiān)測，響應(yīng)最高級中斷，進(jìn)行數(shù)據(jù)備份和待機。
圖1的右邊是數(shù)字前端部分由另外一個單獨的CPU(中央處理單元)來對通信過程進(jìn)行控制，通信模塊是數(shù)據(jù)的輸出接口，有RS232/485、數(shù)字電臺、以太網(wǎng)、GSM、GPRS和藍(lán)牙等形式；其與外界的通信控制采用AT89C4051系列芯片，采用緩沖方式與主MCU共享設(shè)置參數(shù)和顯示數(shù)據(jù)；驅(qū)動通信協(xié)議，對部分通信設(shè)備提供必要的驅(qū)動指令、握手信號，建立通信連接，與外界進(jìn)行信息交換。
數(shù)字前端部分還增加了海量存儲器，在與外部的通信中斷其間，通過MSF將共享區(qū)域協(xié)議數(shù)據(jù)進(jìn)行本地備份，并在下次通信連接建立時，根據(jù)協(xié)議讀出相應(yīng)存儲數(shù)據(jù)并發(fā)送。
圖1的最下端是模擬前端部分，是模擬輸入和輸出的接口。
模擬輸入前端頻率信號通過光電隔離，傳送給MCU；前端的電流和電壓信號通過專用的ADC轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，傳送給MCU，采用4通道10位AD轉(zhuǎn)換，并支持芯片低功耗待機功能；為前端的鉑電阻信號提供恒流激勵；采集到的信號，由內(nèi)部軟件完成運算和積算的處理。
模擬輸出流量信號提供PWM的頻率輸出、8位DAC的電壓輸出和4-20mA的電流輸出。
報警和控制報警信號以聲、光報警方式輸出；外部執(zhí)行器控制信號以繼電器方式輸出。
圖2表述了軟件的建立模式和各個模塊之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。MCU部分是核心，搭建了一個軟件的平臺，主要完成對整個過程決策的控制和執(zhí)行包括初始化、上電自檢、電源監(jiān)測控制和積算控制。電源監(jiān)測控制根據(jù)電源電壓信號的狀態(tài)指令來執(zhí)行中斷，分別為各個部分提供電源，而電源電壓信號的狀態(tài)來源于系統(tǒng)對各個輸入輸出接口的監(jiān)測。積算控制過程執(zhí)行輸入和輸出中斷，輸入部分包括模擬輸入的轉(zhuǎn)換控制和鍵盤輸入的驅(qū)動；輸出部分包括顯示輸出驅(qū)動、數(shù)據(jù)通信輸出驅(qū)動和模擬輸出驅(qū)動三個部分。
圖3中電源分兩路，一路是市電(交流220V)供電，另一路是電池供電，由MCU監(jiān)測電源電壓的變化而執(zhí)行不同的供電模式。同時MCU控制繼電器K2，并通過電源隔離，分別為數(shù)字外圍和小系統(tǒng)提供電源，控制繼電器K1，提供外圍饋電和模擬供電。
圖4是小系統(tǒng)對市電(交流220V)供電和電池供電兩種模式互相切換的控制過程。
圖5是軟件輸入過程中的一個鍵盤中斷過程，與所有輸入/輸出中斷一樣，接到中斷請求后，先保護現(xiàn)場，讀取鍵盤輸入值，并進(jìn)行相應(yīng)的處理，然后恢復(fù)現(xiàn)場。
圖6是一個對輸入/輸出信號處理的全部內(nèi)容模擬信號輸入，經(jīng)過AD(模/數(shù))轉(zhuǎn)換，頻率信號輸入通過光電隔離，傳送給MCU；由恒流源輸出激勵電流提供電壓參考；輸出的電流信號經(jīng)V/I轉(zhuǎn)換，輸出的電壓信號經(jīng)F/V轉(zhuǎn)換，與頻率輸出信號一樣，均通過光電隔離后，輸出。
圖7是積算過程的主程序，由定時中斷控制采樣過程，中斷到來，執(zhí)行采樣過程，然后進(jìn)行相應(yīng)的計算，并對計算結(jié)果數(shù)據(jù)執(zhí)行打包、保存、備份等操作，并刷新顯示，然后回到中斷監(jiān)控現(xiàn)場。
以GPRS模塊為例其工作過程如下熱網(wǎng)智能數(shù)據(jù)終端安裝在一熱網(wǎng)管道現(xiàn)場，接入熱電公司的“基于GPRS無線網(wǎng)絡(luò)的熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)”中，需監(jiān)測現(xiàn)場管道的流量、溫度、壓力三個參數(shù)，由流量調(diào)節(jié)閥控制管道恒定流量，溫度和壓力采用光、聲形式報警，數(shù)據(jù)通過GPRS模塊向遠(yuǎn)程監(jiān)控中心發(fā)送數(shù)據(jù)。
終端上電后，進(jìn)行自檢，首先要識別電源狀態(tài)，以確定執(zhí)行市電供電模式還是電池供電模式，經(jīng)識別執(zhí)行市電供電模式，啟動各端電源驅(qū)動。終端進(jìn)行系統(tǒng)初始化操作后，進(jìn)入后臺循環(huán)狀態(tài)掃描、采集、運算、處理、顯示、通信等任務(wù)。
系統(tǒng)循環(huán)過程中，小鍵盤有指令輸入，響應(yīng)鍵盤處理程序，確認(rèn)是參數(shù)設(shè)置操作比如設(shè)置流量控制范圍、溫度報警控制范圍、壓力報警控制范圍、信號輸入形式等等參數(shù)。系統(tǒng)確認(rèn)設(shè)置信息后，執(zhí)行存儲處理。
掃描模擬前端輸入，采集現(xiàn)場信息流量是頻率信號輸入，執(zhí)行頻率信號采集驅(qū)動；壓力是電壓信號，執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換驅(qū)動；溫度是鉑熱電阻信號，執(zhí)行激勵電流驅(qū)動和AD轉(zhuǎn)換驅(qū)動。
對采集到的信號進(jìn)行運算、比較操作，調(diào)用積算處理程序，結(jié)果數(shù)據(jù)送入顯示區(qū)域；同時調(diào)用顯示驅(qū)動程序，將結(jié)果并送顯。
將處理好的結(jié)果數(shù)據(jù)存入大容量存儲器內(nèi)(CUP擴展RAM)，響應(yīng)用戶的曲線查詢指令，根據(jù)歷史數(shù)據(jù)描點，輸出曲線(歷史追憶)。
識別通信狀態(tài)，驅(qū)動前端通信協(xié)議，通過本地的GPRS模塊建立與遠(yuǎn)端監(jiān)控中心的無線通信連接；判斷海量存儲器內(nèi)是否有未發(fā)送數(shù)據(jù)，根據(jù)協(xié)議讀取備份數(shù)據(jù)并發(fā)送；同時發(fā)送采集到的實時數(shù)據(jù)。
在運行過程中，與外界的通信連接中斷，實時數(shù)據(jù)不能及時發(fā)送，則根據(jù)協(xié)議將數(shù)據(jù)存入本地的海量存儲器。
在運行過程中，經(jīng)比較，若溫度或壓力信號超出或低于設(shè)定報警控制范圍，發(fā)出信號啟動報警燈報警，同時將報警信息發(fā)送到遠(yuǎn)端監(jiān)控中心；若流量信號超過或低于恒流控制范圍，給流量調(diào)節(jié)閥發(fā)出指令，控制閥門的開啟或關(guān)閉，調(diào)節(jié)流量，直至穩(wěn)定在控制的范圍內(nèi)。
在運行過程中，系統(tǒng)隨時監(jiān)測電源狀態(tài)，一旦市電停電，馬上切換至電池供電模式向遠(yuǎn)端監(jiān)控中心發(fā)送停電信息，切斷通信連接；模擬前端支持低功耗待機模式；處理后的實時數(shù)據(jù)存入海量存儲器，以便在下次通信連接時發(fā)送。
本發(fā)明主要應(yīng)用于熱力管網(wǎng)中對管道介質(zhì)參數(shù)(溫度、壓力、流量等)的監(jiān)控和管理，同時也適用于其他工業(yè)過程中對現(xiàn)場工業(yè)參數(shù)(溫度、壓力、流量、液位等)的監(jiān)控和管理。它可以完成對現(xiàn)場參數(shù)的采集、運算、處理和存儲，同時內(nèi)嵌了不同的網(wǎng)絡(luò)通信模塊，通過不同的網(wǎng)絡(luò)傳輸媒介，將數(shù)據(jù)有線或無線發(fā)送到遠(yuǎn)程高層監(jiān)控中心，進(jìn)行分析統(tǒng)計，并作出及時反饋處理。
權(quán)利要求
1.一種熱網(wǎng)智能數(shù)據(jù)終端，其包括有外殼、置于外殼上的LCD顯示屏、置于殼內(nèi)的數(shù)字小鍵盤和終端硬件，終端硬件包括電源部分、MCU小系統(tǒng)部分、模擬前端部分和數(shù)字前端部分，其特征在于MCU小系統(tǒng)部分設(shè)有CPU外部擴展的大容量RAM；數(shù)字前端部分設(shè)有通信輸出模塊、海量存儲器和接口是RS232、RS485串行口的基本輸出接口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱網(wǎng)智能數(shù)據(jù)終端，其特征在于電源部分采用可切換的市電供電和電池供電。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱網(wǎng)智能數(shù)據(jù)終端，其特征在于MCU小系統(tǒng)擴展了人機界面的輸入輸出部分，輸入部分使用數(shù)字小鍵盤，通過MCU小系統(tǒng)的UART口進(jìn)行指令輸入，輸出部分采用點陣液晶模塊，同時顯示各種采集數(shù)據(jù)信息。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱網(wǎng)智能數(shù)據(jù)終端，其特征在于模擬前端部分包括前端輸入、前端輸出、報警信號輸出和控制信號輸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱網(wǎng)智能數(shù)據(jù)終端，其特征在于該終端是一種自行構(gòu)建平臺的嵌入式操作系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種熱網(wǎng)智能數(shù)據(jù)終端，其包括有外殼、置于外殼上的LCD顯示屏、置于殼內(nèi)的數(shù)字小鍵盤和終端硬件，終端硬件包括電源部分、MCU小系統(tǒng)部分、模擬前端部分和數(shù)字前端部分，MCU小系統(tǒng)部分設(shè)有CPU外部擴展的大容量RAM；數(shù)字前端部分設(shè)有通信輸出模塊、海量存儲器和基本輸出接口RS232、RS485串行口，其不僅可以實現(xiàn)對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集、分析、處理和存儲，同時也能夠?qū)崿F(xiàn)將數(shù)據(jù)通過各種通信網(wǎng)絡(luò)向高層傳輸并作出及時反饋，主要應(yīng)用于熱力管網(wǎng)中對管道介質(zhì)參數(shù)(溫度、壓力、流量等)的監(jiān)控和管理，同時也適用于其他工業(yè)過程中對現(xiàn)場工業(yè)參數(shù)(溫度、壓力、流量、液位等)的監(jiān)控和管理。
文檔編號G06F17/00GK1564150SQ20041002388
公開日2005年1月12日 申請日期2004年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月6日
發(fā)明者陳濤, 王杰禮, 張棟 申請人:威海市貝特智能儀表有限公司