專利名稱：基于IPv6的智能化多傳感集成測控裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
基于IPv6的智能化多傳感集成測控裝置&飾@本實用新型涉及一種測試裝置，特別涉及一種基于IPv6的智能化多傳感集成測控裝置。 背聚技術(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，對被測環(huán)境中各種參數(shù)的 測量己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環(huán)境參數(shù)進行實時檢測并將多傳感測量數(shù) 據(jù)傳送到測控中心集中處理和監(jiān)控。另外，多傳感多點測控還廣泛的應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場和智 能樓宇的環(huán)境監(jiān)控中。自從上世紀70年代以來，基于不同總線的各種智能測控儀表先后涌現(xiàn)，出現(xiàn)集散測控 模式和現(xiàn)場總線測控模式。然而，國際上各知名企業(yè)基于自身利益考慮，所推出自有知識 產(chǎn)權(quán)的各種現(xiàn)場總線協(xié)議標(biāo)準存在兼容性差的問題，不同廠家產(chǎn)品互連、信息的無縫集成 也就受到嚴重影響。以TCP/IP協(xié)議、以太網(wǎng)作為支撐技術(shù)的Internet網(wǎng)絡(luò)技術(shù)自上世紀90 年代以來迅猛發(fā)展，具有標(biāo)準統(tǒng)一、傳輸速率高、價格低、接入方便等特點，為現(xiàn)代測控 技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展帶來了機遇，基于TCP/IP的工業(yè)以太網(wǎng)測控裝置(簡稱IP模式測控裝 置)已成為測控領(lǐng)域的研究熱點。但工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用在環(huán)境適應(yīng)性、實時性、可靠性和安全性等方面有嚴格的要求，以太 網(wǎng)是以辦公自動化為目標(biāo)設(shè)計的，并不完全符合工業(yè)環(huán)境的要求，將以太網(wǎng)應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng) 域主要存在如下缺陷通信的不確定性、實時性不夠、安全性需要提高以及現(xiàn)場設(shè)備互操 作性差。經(jīng)過多年的努力，以太網(wǎng)傳輸速率的提高、以太網(wǎng)交換技術(shù)的發(fā)展以及優(yōu)先級技 術(shù)的應(yīng)用等，使得工業(yè)以太網(wǎng)的研究已取得了很大的發(fā)展，并使以太網(wǎng)應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場測 控設(shè)備間的通信成為可能。但是以太網(wǎng)這一實時網(wǎng)絡(luò)由于媒介訪問控制協(xié)議~~CSMA/CD 存在不可預(yù)見的延遲特性，因此工業(yè)測控領(lǐng)域中的以太網(wǎng)實時性問題一直是其大面積推廣 應(yīng)用的瓶頸之一。目前國內(nèi)外通過使用交換機、改進相關(guān)測控算法及修改通信協(xié)議等方法
來提高工業(yè)以太網(wǎng)的各種性能成為推動工業(yè)以太網(wǎng)廣泛應(yīng)用的研究熱點。然而隨著傳感技 術(shù)、通信技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，特別是基于IPv6的新一代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的逐漸成熟，其網(wǎng) 絡(luò)總體性能較IPv4網(wǎng)絡(luò)得到了較大提高。IPv6具有以下的優(yōu)勢地址空間擴大到128位， 同時具備了更簡單的地址自動配置；報頭格式更簡單，并增加了標(biāo)志流能力，報頭中的業(yè) 務(wù)級別和流標(biāo)記通過路由器的配置可以實現(xiàn)優(yōu)先級控制和QoS保障，從而提高了網(wǎng)絡(luò)運行 的實時性；認證和加密能力提高，IPSec在網(wǎng)絡(luò)層提供了認證數(shù)據(jù)加密等功能，提供了有效 的端到端的安全保證，從而使網(wǎng)絡(luò)的安全性能有很大的提升。因此，本發(fā)明提出一種新型 的基于IPv6的智能化多傳感集成測控裝置。 實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于針對現(xiàn)有基于IPv4的工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的不足，提供一種基于 IPv6的具有高傳輸率、高可靠性、低成本、可遠程傳輸?shù)闹悄芑鄠鞲屑蓽y控裝置。本實用新型的目的通過下述技術(shù)方案來實現(xiàn)本智能化多傳感集成測控裝置由多傳感 集成模塊l、主機電路模塊2、人機交互模塊3、輸出模塊4和通信模塊5組成，其中通信 模塊5由IPv6接口模塊51和232串口通信模塊52組成，多傳感集成模塊1、人機交互模 塊3、輸出模塊4和通信模塊5均與主機電路模塊2電氣連接。所述人機交互模塊3包括LCD顯示子模塊31、鍵盤輸入子模塊32。 LCD顯示子模塊 31、鍵盤輸入子模塊32、多路輸出子模塊和片外數(shù)據(jù)存儲器均與嵌入式系統(tǒng)子模塊22電 氣連接。所述IPv6接口模塊51包括嵌入式系統(tǒng)子模塊22、以太網(wǎng)PHY515、網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器 516和RJ45接口 517。所述電源模塊21為各模塊電路提供5V輸出電源。本智能化多傳感集成測控裝置的工作原理是本智能測控裝置上電工作后，通過鍵盤 操作可以設(shè)置測控裝置各采集通道的開關(guān)狀態(tài)。設(shè)置完成后，智能測控裝置開始正常工作，多傳感集成模塊通過多傳感器實時檢測環(huán)境中的各種環(huán)境變量的大小，將檢測到的各參數(shù) 數(shù)值傳送到主機電路模塊中的嵌入式系統(tǒng)子模塊進行處理。嵌入式系統(tǒng)將這些測量數(shù)據(jù)傳 送到LCD顯示子模塊進行實時數(shù)據(jù)顯示，同時通過串口通訊模塊將測量數(shù)值傳送到IPv6
接口模塊，IPv6接口模塊將接收到的數(shù)據(jù)進行打包，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智能測控裝置發(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智能測控裝置發(fā)送相應(yīng)的控制命令。智能測控裝置接收到測控 裝置發(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)。本實用新型相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點(1)本智能化多傳感集成測控裝置綜合 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 集成了多種環(huán)境參數(shù)的測量；(2)本智能化多傳感集成測控裝置基于IPv6協(xié)議，利用以太 網(wǎng)(Ethemet)的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)進行測量數(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 換和遠程數(shù)據(jù)釆集，集中處理；(3)本智能化多傳感集成測控裝置以嵌入式系統(tǒng)模塊為核 心，利用嵌入式系統(tǒng)模塊編程靈活、功能強大的特點，實現(xiàn)復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理和基于IPv6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是本基于IPv6的智能化多傳感集成測控裝置的結(jié)構(gòu)示意框圖。 圖2是圖1中IPv6通信模塊的組成框圖。 圖3測控裝置IPv6通信流程圖。圖4是智能化多傳感集成測控裝置嵌入式微處理器中程序主流程圖。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例對本實用新型作進一步說明，但本實用新型要求保護的范圍并不局限 于實施方式表述的范圍。圖1是本實用新型基于IPv6智能化多傳感集成測控裝置結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，本 智能化多傳感集成測控裝置由多傳感集成模塊l、主機電路模塊2、人機交互模塊3、輸出 模塊4和通信模塊5組成。主機電路模塊2包括嵌入式微處理器22、外部RAM模塊23、調(diào)電保護數(shù)據(jù)存儲器24、 電源模塊21;外部RAM模塊23、調(diào)電保護數(shù)據(jù)存儲器24和電源模塊21分別與嵌入式微
處理器22電氣連接，電源模塊21為嵌入式微處理器22以及其它各模塊電路提供5V輸出 電源。外部RAM模塊23可存取主程序運行過程的結(jié)果值，當(dāng)裝置斷電后，所有結(jié)果值不 再存在。調(diào)電保護數(shù)據(jù)存儲器24永久保存裝置的設(shè)置結(jié)果值，如通道類型，通道開關(guān)狀態(tài) 等。其中，嵌入式微處理器22的嵌入式芯片采用S3C4510B處理器。S3C4510B處理器負 責(zé)把從主機電路模塊中接收到的串行數(shù)據(jù)封裝成IPv6數(shù)據(jù)包，再轉(zhuǎn)發(fā)到Internet,同時它 又隨時檢測總線上傳輸。S3C4510B處理器同時進行數(shù)據(jù)處理，上下限判斷，動態(tài)自檢，最 后進行結(jié)果顯示等任務(wù)。多傳感集成模塊1由模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊11和多路頻率量輸入模塊12組成，兩模塊分別與 嵌入式微處理器22信號連接，其中模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊11主要將傳感器輸出電壓或電流模擬量 變成數(shù)字量；多路頻率量輸入模塊12主要將多路電阻值傳感輸出信號直接經(jīng)555芯片轉(zhuǎn)變 為頻率信號。人機交互模塊3由液晶顯示器31和按鍵設(shè)置模塊32組成，嵌入式微處理器22將各傳 感信號值通過插值計算后，將計算結(jié)果輸送液晶顯示器31顯示，液晶顯示器31選用TRULY M12864-1B4型號；鍵盤與嵌入式微處理器22直接電氣連接，可在線設(shè)置裝置各通道傳感 類型和開關(guān)狀態(tài)。輸出模塊4接收嵌入式微處理器22輸出數(shù)字信號，通過繼電器組實施對 外部受控設(shè)備的控制任務(wù)。通信模塊5由IPv6通信模塊51和232串口通信模塊52組成。如圖2所示，IPv6通信 模塊51包括依次信號連接的以太網(wǎng)PHY子模塊515、網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器子模塊516和RJ45 接口子模塊517，以太網(wǎng)PHY子模塊515與嵌入式微處理器22信號連接。其中，以太網(wǎng) PHY子模塊515為處理器內(nèi)部硬件實現(xiàn)的CSMA/CD (載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測)數(shù)據(jù) 鏈路層通信協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器子模塊516是一種聯(lián)系以太網(wǎng)芯片與終端接口(RJ45)之 間的通用磁性組件，起信號傳輸、阻抗匹配、波形修復(fù)、雜波抑制以及高電壓隔離等作用， RJ45接口子模塊517為網(wǎng)絡(luò)綜合布線中通用的非屏蔽雙絞線(UTP)接口。處理器發(fā)出的網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)包經(jīng)以太網(wǎng)PHY子模塊515后變?yōu)橐粋€網(wǎng)絡(luò)幀結(jié)構(gòu)，經(jīng)網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器子模塊 516后轉(zhuǎn)化為電信號由RJ45接口發(fā)出。應(yīng)用程序通過TCP/UDP (傳輸層)和IPv6 (網(wǎng)絡(luò)層)進行數(shù)據(jù)傳輸，如圖3所示，嵌
入式系統(tǒng)內(nèi)嵌IPv6協(xié)議棧和TCP/UDP等其他通信協(xié)議棧，步驟510在應(yīng)用程序?qū)σ獋鬏?的數(shù)據(jù)進行打包后，通過步驟511選擇用TCP或UDP作為傳輸層協(xié)議如果用UDP協(xié)議 作為傳輸層協(xié)議，則通過步驟512實現(xiàn)IPv6地址和端口的綁定；如果用TCP做傳輸層協(xié) 議，則通過步驟513、 514、 515分別實現(xiàn)IPv6地址和端口的綁定、向目的地址發(fā)送數(shù)據(jù)報 請求建立連接，收到回復(fù)后建立連接的功能。隨后，通過步驟516進行網(wǎng)絡(luò)層的封裝，最 后通過步驟514送數(shù)據(jù)鏈路層實現(xiàn)傳輸，從而實現(xiàn)通信功能。圖4顯示的是智能化多傳感集成測控裝置主機電路模塊中嵌入式系統(tǒng)程序主流程圖。 主程序模塊是測控裝置的核心，對各輸入通道接入的傳感參量進行信號采集，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)果顯示等。如圖4所示，開機后主程序通過 步驟101進行系統(tǒng)初始化、并通過步驟102進行開機自檢，步驟103判斷是否有故障，如 果發(fā)現(xiàn)故障(主要指裝置的電源、外部存儲器、鍵盤、LCD顯示屏、通信接口等各硬件組 成部分是否正常運行)則進行故障處理步驟104并結(jié)束程序，如果無故障，則運行步驟105 檢査參數(shù)合法性，參數(shù)合法性指各通道傳感參數(shù)設(shè)置和通道號設(shè)置是否符合用戶的要求， 隨后進行步驟106對參數(shù)的合法性進行判斷，如參數(shù)不合法，則進行步驟107參數(shù)恢復(fù)到 默認值并結(jié)束程序，如果參數(shù)合法則通過步驟108創(chuàng)建主任務(wù)，它用來管理所有任務(wù)，包 括數(shù)據(jù)采集及處理任務(wù)109、按鍵中斷任務(wù)110、 LED顯示任務(wù)lll、串口通信任務(wù)112和 IPv6通信任務(wù)113。
權(quán)利要求1、基于IPv6的智能化多傳感集成測控裝置，其特征在于該集成測控裝置由多傳感集成模塊(1)、主機電路模塊(2)、人機交互模塊(3)、輸出模塊(4)和通信模塊(5)組成，其中主機電路模塊(2)包括嵌入式微處理器(22)、外部RAM模塊(23)、調(diào)電保護數(shù)據(jù)存儲器(24)、電源模塊(21)；外部RAM模塊(23)、調(diào)電保護數(shù)據(jù)存儲器(24)和電源模塊(21)分別與嵌入式微處理器(22)電氣連接；多傳感集成模塊(1)由將傳感器輸出電壓或電流模擬量變成數(shù)字量的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(11)和將多路電阻值傳感輸出信號直接轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率信號的多路頻率量輸入模塊(12)組成，兩模塊分別與嵌入式微處理器(22)信號連接；人機交互模塊(3)由液晶顯示器(31)和按鍵設(shè)置模塊(32)組成，分別與嵌入式微處理器(22)電氣連接；輸出模塊(4)與嵌入式微處理器(22)信號連接；通信模塊(5)由IPv6通信模塊(51)和232串口通信模塊(52)組成，分別與嵌入式微處理器(22)信號連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于IPv6的智能化多傳感集成測控裝置，其特征在于IPv6 通信模塊(51)包括依次信號連接的以太網(wǎng)PHY子模塊(515)、網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器子模塊(516) 和RJ45接口子模塊(517),以太網(wǎng)PHY子模塊(515)與嵌入式微處理器(22)信號連接。
專利摘要本實用新型公開了一種基于IPv6的智能化多傳感集成測控裝置，該集成測控裝置的主機電路模塊(2)包括嵌入式微處理器(22)、外部RAM模塊(23)、調(diào)電保護數(shù)據(jù)存儲器(24)和電源模塊(21)；多傳感集成模塊(1)由模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(11)和多路頻率量輸入模塊(12)組成；人機交互模塊(3)由液晶顯示器(31)和按鍵設(shè)置模塊(32)組成；通信模塊(5)由IPv6通信模塊(51)和232串口通信模塊(52)組成，各子模塊分別與嵌入式微處理器(22)信號連接。該集成測控裝置利用以太網(wǎng)的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)進行各種測量數(shù)據(jù)的傳送，可實現(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。
文檔編號H04L29/02GK201054613SQ20072005220
公開日2008年4月30日 申請日期2007年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月31日
發(fā)明者劉桂雄, 杜喜鵬, 洪曉斌, 斌 靳 申請人:華南理工大學(xué)