一種燃氣行業的實時數據采集單元的制作方法
【專利摘要】本發明基于燃氣行業的智能化數字化解決方案【技術領域】，具體涉及一種燃氣行業的實時數據采集單元。主要由如下幾個單元組成：處理器模塊、存貯模塊、內存模塊、數字輸入/輸出模塊、模擬輸入模塊、模擬輸出模塊；其中：處理器模塊進行數據的運算和處理；存貯模塊進行數據的永久保存；內存模塊進行數據的暫時保存；數字輸入/輸出模塊進行開關量數據的采集和控制；模擬輸入模塊進行對模擬數據的采集；模擬輸出模塊進行模擬量的輸出和設備的控制；通訊模塊進行數據的上傳和下傳，后臺軟件平臺通過通訊模塊完成用戶的命令下傳和規定的動作，前端的數字輸入/輸出模塊、模擬輸入模塊通過通訊模塊完成所有現場數據的收集和上傳。
【專利說明】一種燃氣行業的實時數據采集單元
【技術領域】
[0001]本發明屬于基于燃氣行業的智能化數字化解決方案【技術領域】，具體涉及一種燃氣行業的實時數據采集單元。
【背景技術】
[0002]對于燃氣行業的實時數據采集單元應用最重要的是，定制設計服務能夠為需要特殊功能的應用提供額外的靈活性。針對用戶所提出各項具體需求，目前已有的國內外RTU均不能很好的滿足，因此，亟需研制一種新的實時數據采集單元，通過采用高性能ARM9處理器，結合大容量存儲器，并擴展相關外設，來定制滿足客戶應用需求的高性能RTU。
【發明內容】
[0003]本發明要解決的技術問題是:提供一種新的實時數據采集單元，為需要特殊功能的應用提供額外的靈活性。
[0004]為了實現上述目的，本發明采取的技術方案是:
[0005]一種燃氣行業的實時數據采集單元，主要由如下幾個單元組成:處理器模塊、存貯模塊、內存模塊、數字輸入/輸出模塊、模擬輸入模塊、模擬輸出模塊；其中:處理器模塊進行數據的運算和處理；存貯模塊進行數據的永久保存，對現場數據進行現場保存并保證掉電不丟失；內存模塊進行數據的暫時保存，現場數據先到內存模塊之后，再由處理器模塊決定進一步處理方式；數字輸入/輸出模塊進行開關量數據的采集和控制；模擬輸入模塊進行對模擬數據的采集；模擬輸出模塊進行模擬量的輸出和設備的控制；通訊模塊進行數據的上傳和下傳，后臺軟件平臺通過通訊模塊完成用戶的命令下傳和規定的動作，前端的數字輸入/輸出模塊、模擬輸入模塊通過通訊模塊完成所有現場數據的收集和上傳。
[0006]數字輸入/輸出模塊主要完成開關量數據的采集和控制，當數字輸入/輸出模塊采集到開關量的數據之后，通過數據總線將采集到的開關量數據傳給處理器模塊，經過處理器模塊對開關量數據進行計算處理后，通過通訊模塊上傳到后臺軟件平臺，后臺軟件平臺處理的結果再通過通訊模塊傳給處理器模塊，處理器模塊收到處理結果之后對其進行分析，再通過數字輸入/輸出模塊完成要求的控制動作。
[0007]模擬輸入模塊主要完成模擬數據的采集，當模擬輸入模塊采集到模擬的數據之后，通過數據總線將采集到的模擬數據傳給處理器模塊，處理器模塊對模擬數據進行計算處理之后，判斷是否通過通訊模塊上傳到后臺軟件平臺:如果判斷無須上傳，就繼續處理后續的采集模擬數據；如果判斷需要上傳，則傳給后臺軟件平臺，后臺軟件平臺經過計算之后，將處理的結果通過通訊模塊傳給處理器模塊，處理器模塊收到處理結果之后對其進行分析，再通過數字輸入/輸出模塊完成要求的控制動作。
[0008]模擬輸出模塊主要完成模擬量的輸出和設備的控制，后臺軟件平臺通過通訊模塊下傳數據到處理器模塊之后，處理器模塊分析當前的數據，判斷是否要做模擬量的輸出和設備的控制:如果判斷無須做任何動作，則繼續處理后續的下傳數據；如果判斷需要做模擬輸出和設備控制的動作，則將分析數據的結果傳給模擬輸出模塊完成規定的動作。
[0009]通訊模塊主要完成數據的上傳和下傳，后臺軟件平臺通過通訊模塊完成用戶的命令下傳和規定的動作，前端的數字輸入/輸出模塊、模擬輸入模塊通過通訊模塊完成所有現場數據的收集和上傳。
[0010]進一步的，如上所述的一種燃氣行業的實時數據采集單元，處理器模塊采用ARM9+Linux的軟硬件形式實現。
[0011]進一步的，如上所述的一種燃氣行業的實時數據采集單元，通訊模塊采用如下兩張形式中的至少一種=GPRS模塊、WIFI模塊。
[0012]本發明技術方案是適用于燃氣行業的一款實時數據采集單元，具有多個采集點并有較高的精度，足夠的數據處理能力，大容量數據存儲能力，較強的通訊能力，支持與前端多個現場儀表及與后端系統的高速網絡通訊，便于系統的維護與升級。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1是本發明一種燃氣行業的實時數據采集單元的組成示意圖。
【具體實施方式】
[0014]下面結合附圖對本發明技術方案進行詳細說明。
[0015]如圖1所示，本發明技術方案是一種燃氣行業的實時數據采集單元，主要由如下幾個單兀組成:處理器模塊、存忙模塊、內存模塊、數字輸入/輸出模塊、模擬輸入模塊、模擬輸出模塊；其中:處理器模塊進行數據的運算和處理；存貯模塊進行數據的永久保存，對現場數據進行現場保存并保證掉電不丟失；內存模塊進行數據的暫時保存，現場數據先到內存模塊之后，再由處理器模塊決定進一步處理方式；數字輸入/輸出模塊進行開關量數據的采集和控制；模擬輸入模塊進行對模擬數據的采集；模擬輸出模塊進行模擬量的輸出和設備的控制；通訊模塊進行數據的上傳和下傳，后臺軟件平臺通過通訊模塊完成用戶的命令下傳和規定的動作，前端的數字輸入/輸出模塊、模擬輸入模塊通過通訊模塊完成所有現場數據的收集和上傳。
[0016]數字輸入/輸出模塊主要完成開關量數據的采集和控制，當數字輸入/輸出模塊采集到開關量的數據之后，通過數據總線將采集到的開關量數據傳給處理器模塊，經過處理器模塊對開關量數據進行計算處理后，通過通訊模塊上傳到后臺軟件平臺，后臺軟件平臺處理的結果再通過通訊模塊傳給處理器模塊，處理器模塊收到處理結果之后對其進行分析，再通過數字輸入/輸出模塊完成要求的控制動作。
[0017]模擬輸入模塊主要完成模擬數據的采集，當模擬輸入模塊采集到模擬的數據之后，通過數據總線將采集到的模擬數據傳給處理器模塊，處理器模塊對模擬數據進行計算處理之后，判斷是否通過通訊模塊上傳到后臺軟件平臺:如果判斷無須上傳，就繼續處理后續的采集模擬數據；如果判斷需要上傳，則傳給后臺軟件平臺，后臺軟件平臺經過計算之后，將處理的結果通過通訊模塊傳給處理器模塊，處理器模塊收到處理結果之后對其進行分析，再通過數字輸入/輸出模塊完成要求的控制動作；處理器模塊采用ARM9+LinuX的軟硬件形式實現。
[0018]模擬輸出模塊主要完成模擬量的輸出和設備的控制，后臺軟件平臺通過通訊模塊下傳數據到處理器模塊之后，處理器模塊分析當前的數據，判斷是否要做模擬量的輸出和設備的控制:如果判斷無須做任何動作，則繼續處理后續的下傳數據；如果判斷需要做模擬輸出和設備控制的動作，則將分析數據的結果傳給模擬輸出模塊完成規定的動作。
[0019]通訊模塊采用如下兩張形式中的至少一種:GPRS模塊、WIFI模塊。通訊模塊主要完成數據的上傳和下傳，后臺軟件平臺通過通訊模塊完成用戶的命令下傳和規定的動作，前端的數字輸入/輸出模塊、模擬輸入模塊通過通訊模塊完成所有現場數據的收集和上傳。
[0020]下面從硬件和軟件開發以及應用場景對本發明技術方案做逐一的介紹，從硬件的角度看，本系統采用核心系統由ARM9微處理器、SDRAM、總線驅動、N0RFlash、NAND Flash構成，而擴展接口主板則包括板載以太網接口、USB、電源輸入接口、DUART調試串口和通用串口、ADC輸入接口、DAC輸出接口、DI (數字量輸入)接口、DO (繼電器輸出)接口、PI脈沖輸入接口、BMS等多個功能接口。核心系統采用ATMEL的工業級ARM9 (AT91RM9200)處理器，ARM9內核，主頻為200MIPS，是一款專用于嵌入式工業控制應用場合的高性能、低功耗、低成本、小體積嵌入式微處理器，作為一款高性價比的ARM9處理器，AT91RM9200已被廣泛應用于各種工業控制系統中。系統的存儲介質則包含SDRAM、NORFLASH和NandFlash三部分。系統板載64MB SDRAM,作為嵌入式操作系統和應用程序的運行空間，支持RAMFS和TMPFS文件系統，可作為系統臨時文件存放空間。同時系統板載了 8MB NOR Flash,用于存放Uboot、嵌入式Linux操作系統及應用程序，NOR Flash支持JFFS2文件系統。此外，系統還自帶了128MB NAND Flash，用于存放應用程序或大量用戶數據，NAND Flash支持YAFFS文件系統。
[0021]以太網接口為標準RJ45接口，標識為:RJ45，可直接使用雙絞線接入網絡。USB接口采用A型USB插座，標識為:USB，該插口為USB主接口，可掛接U盤、USB無線網卡、USB攝像頭等從設備。系統的兩路RS485接口為三芯插座，標識為:RS485_0、RS485_1，包括兩個差分信號和一個屏蔽層接線端子。系統支持2路RS232C電平的串行接口，分別對應AT91RM200的UARTO、UARTl，其中UARTO、UARTl用標準DB9插座連接。系統板載調試串口，標識為:DUART，通過與PC連接，可用于系統調試與程序下載功能，調試串口支持通訊波特率固定為:115200bps。系統調試串口采用標準DB9插座連接。系統支持8通道16位ADC，模擬信號輸入接口標識為:ΑΙΝ(0?7)，可外接8通道獨立的模擬信號輸入，支持電壓信號范圍為:0?5V。系統支持4通道16位DAC，模擬信號輸出接口標識為:DAC_0UT，可輸出4通道獨立的模擬信號，每通道均支持O?5V模擬電壓信號輸出。系統支持8路數字量輸入(DI)接口，輸入接口標識為:D10?DI7 ;系統支持4路繼電器輸出(DO)接口，輸入接口標識為:D001，D002?D031，D032 ;支持2通道脈沖信號輸入，接口標識為:PI (O?I)。系統板載低功耗RTC，帶后備鋰電池供電，支持年、月、日、星期、時、分、秒等時間信息的調電保持功能。設計了一個電源插座，標識為:P0WER，P0WER為3Pin接口。系統工作電壓范圍為:DC9V ?DC24V，推薦使用 DC12V。
[0022]系統功能描述:
[0023](I) 1掃描程序:負責設備中Al、D1、A0、DO等1通道的掃描、轉換和存儲。
[0024]A:A1、AO 進行 4_20mA 或 0_20mA，16bit 精度的 AD、DA 轉換，4_20mA 與 0_20mA 可通過配置文件進行選擇。
[0025]B:10掃描轉換周期可根據配置文件進行調整。
[0026]C:10通道與存儲空間的對應關系，由配置文件確定。
[0027]D:A0、DO掃描該通道對應的數據存儲區，當發現數據有變化時，將該數據通過1通道發送，1通道與存儲空間的對應關系，由配置文件確定。
[0028]E:重上電后保持AO、DO不輸出。AO、DO所對應的存儲空間的數據要做到掉電保持。
[0029](2)串口通訊程序:負責與串口設備通過Modbus通訊協議進行通訊。
[0030]A:串口通訊實現Modbus RTU協議，支持1，2，3，4，5，6，15，16功能碼及錯誤處理代碼。
[0031]B:每個串口可單獨設置其工作模式。
[0032]C:每個串口對應一個串口通訊程序進程
[0033]D:每個串口可分別設置主從模式狀態
[0034]E:串口工作在主模式狀態時
[0035]巡檢時發送巡檢數據幀，并把返回數據放入共享數據空間的指定位置。
[0036]共享數據空間與串口、及其連接設備的對應關系有配置文件決定。
[0037]F:串口工作在從模式狀態時
[0038]等待主設備發送指令，如果是巡檢指令則返回與目標地址對應的數據空間中的數據。
[0039](3)以太網通訊程序:負責通過以太網使用Modbus通訊協議進行通訊。
[0040]A:以太網通訊實現Modbus TCP/IP協議，支持0，1,3,4,5,6,15，16功能碼及錯誤處理代碼。
[0041]B:以太網對應一個以太網通訊程序進程。
[0042]C:以太網工作在從模式狀態，等待主設備發送指令，如果是巡檢指令則返回與目標地址對應的數據空間中的數據。
[0043](4)數據庫記錄程序:負責存放歷史數據
[0044]A:根據配置文件決定是否啟動數據記錄功能。
[0045]B:存放數據記錄長度為Date+Time+64字節數據。
[0046]C:接收到上位機查詢指令時，根據條件查詢出符合條件的數據并上傳給上位機。
[0047](5) Web 管理
[0048]A:通過web頁面配置，生成其他進程運行需要的配置文件相關信息。
[0049]B:系統1信息配置管理。
[0050]C:各個串口信息、工作模式配置管理。
[0051]D:數據記錄功能配置管理。
[0052]E:網絡配置、網絡校時、系統重啟、系統恢復出廠設置、用戶管理、更新固件功能配置管理。
[0053]F:系統監控功能:動態更新顯示時間間隔為5秒。
[0054]串口監控:負責對指定串口進行數據接收、數據發送的監控。
[0055]1監控:負責對系統中Al、A0、D1、DO進行監控，頁面顯示Al、AO對應通道中的數據及D1、DO對應通道的狀態。
[0056]基于Web的系統配置與整機測試服務:
[0057]1、通過IE或其他瀏覽器直接訪問系統，web登陸初始用戶及密碼為admin、admin ；
[0058]2、通過web，可以完成系統的參數配置及系統部件的驗證測試；
[0059]3、可以通過web根據需要對系統進行管理和監控。
【權利要求】
1.一種燃氣行業的實時數據采集單元，其特征在于:主要由如下幾個單元組成:處理器模塊、存貯模塊、內存模塊、數字輸入/輸出模塊、模擬輸入模塊、模擬輸出模塊；其中:處理器模塊進行數據的運算和處理；存貯模塊進行數據的永久保存，對現場數據進行現場保存并保證掉電不丟失；內存模塊進行數據的暫時保存，現場數據先到內存模塊之后，再由處理器模塊決定進一步處理方式；數字輸入/輸出模塊進行開關量數據的采集和控制；模擬輸入模塊進行對模擬數據的采集；模擬輸出模塊進行模擬量的輸出和設備的控制；通訊模塊進行數據的上傳和下傳，后臺軟件平臺通過通訊模塊完成用戶的命令下傳和規定的動作，前端的數字輸入/輸出模塊、模擬輸入模塊通過通訊模塊完成所有現場數據的收集和上傳； 數字輸入/輸出模塊主要完成開關量數據的采集和控制，當數字輸入/輸出模塊采集到開關量的數據之后，通過數據總線將采集到的開關量數據傳給處理器模塊，經過處理器模塊對開關量數據進行計算處理后，通過通訊模塊上傳到后臺軟件平臺，后臺軟件平臺處理的結果再通過通訊模塊傳給處理器模塊，處理器模塊收到處理結果之后對其進行分析，再通過數字輸入/輸出模塊完成要求的控制動作； 模擬輸入模塊主要完成模擬數據的采集，當模擬輸入模塊采集到模擬的數據之后，通過數據總線將采集到的模擬數據傳給處理器模塊，處理器模塊對模擬數據進行計算處理之后，判斷是否通過通訊模塊上傳到后臺軟件平臺:如果判斷無須上傳，就繼續處理后續的采集模擬數據；如果判斷需要上傳，則傳給后臺軟件平臺，后臺軟件平臺經過計算之后，將處理的結果通過通訊模塊傳給處理器模塊，處理器模塊收到處理結果之后對其進行分析，再通過數字輸入/輸出模塊完成要求的控制動作； 模擬輸出模塊主要完成模擬量的輸出和設備的控制，后臺軟件平臺通過通訊模塊下傳數據到處理器模塊之后，處理器模塊分析當前的數據，判斷是否要做模擬量的輸出和設備的控制:如果判斷無須做任何動作，則繼續處理后續的下傳數據；如果判斷需要做模擬輸出和設備控制的動作，則將分析數據的結果傳給模擬輸出模塊完成規定的動作； 通訊模塊主要完成數據的上傳和下傳，后臺軟件平臺通過通訊模塊完成用戶的命令下傳和規定的動作，前端的數字輸入/輸出模塊、模擬輸入模塊通過通訊模塊完成所有現場數據的收集和上傳。
2.如權利要求1所述的一種燃氣行業的實時數據采集單元，其特征在于:處理器模塊采用ARM9+Linux的軟硬件形式實現。
3.如權利要求1所述的一種燃氣行業的實時數據采集單元，其特征在于:通訊模塊采用如下兩張形式中的至少一種:GPRS模塊、WIFI模塊。
【文檔編號】G05B19/042GK104076708SQ201310099821
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2013年3月26日 優先權日:2013年3月26日
【發明者】張國棟, 劉濤, 唐淼, 郭 東, 崔瑤 申請人:北京航天拓撲高科技有限責任公司