CN101262533B - 液化气余量监控系统 - Google Patents

Abstract

一种液化气余量监控系统，包括前端机、后端机和管理站；前端机包括第一电源芯片、第一单片机、第一电话模块和数据采集电路，第一电源芯片连接第一单片机和第一电话模块，第一电话模块通过电话接口接入公众电话网的交换机，第一单片机连接数据采集电路，数据采集电路连接液化气表头的接点；后端机包括第二电源模块、第二单片机、第二电话模块和通信模块，第二电源模块连接第二单片机、第二电话模块和通信模块，第二单片机连接第二电话模块和通信模块，第二电话模块通过电话接口接入公众电话网的交换机，通信模块与管理站连接。本发明利用公众电话网实现对液化气页面的实时监控、实时性好、能对多个液化罐进行有效监管。

Description

液化气余量监控系统

技术领域

本发明涉及远程监控系统，尤其是一种液化气余量的监控系统。

背景技术

随着信息技术的不断发展，动态联盟企业的不断出现，设备远程监控技术的研究及应用正在世界范围内兴起。基于公众电话网的监控技术以电话交换技术和嵌入式技术为基础，所建立的远程监控系统用于实现对有关设备的远程信息管理、状态监测。目前电话网络完善，网络覆盖率日渐成熟，远程监控技术在网络高速发展的今天，无论在商场，企业，工厂都得到了广泛应用，在未来的发展中远程监控技术必将更大范围地为社会服务。

目前市场上的远程监控系统较多，主要分为两大类，一类是多媒体的远程监控，包括视频，声音监控；另一类是远程设备的监控，包括设备的功率，电压等，这些监控系统虽然完成了远程监控的功能，但是他们的监控范围小，而且大多需要自建网络，或者向网络运营商租用专线网络，费用高。

现有液化气余量的监控采用单个液化罐单一监控，并没有构成监控系统，需要人工定期逐一将多个液化罐的数据进行采集，采集的数据实时性差，不能对多个液化罐进行有效监管。

发明内容

为了克服已有液化气余量监控设备的采集数据实时性差、不能对多个液化罐进行有效监管的不足，本发明提供一种利用公众电话网实现对液化气页面的实时监控、实时性好、能对多个液化罐进行有效监管的液化气余量监控系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种液化气余量监控系统，包括用于采集液化气数据的前端机、用于将前端机采集的数据上告至管理站和将管理站的数据转发到前端机的后端机和用于对液化气余量进行监管的管理站；所述前端机包括第一电源芯片、第一单片机、第一电话模块和数据采集电路，所述第一电源芯片连接第一单片机和第一电话模块，所述第一电话模块通过电话接口接入公众电话网的交换机，所述第一单片机连接数据采集电路，所述数据采集电路连接液化气表头的接点；所述第一单片机包括：接收后端机数据模块，用于当检测到来自后端机的电话振铃信号后，回复后端机ACK信号接通链路，并接收数据； 

参数设置模块，用于当接收到设置前端机号码和告警号码命令时，确认数据包后，设置前端机号码和设置告警号码；

查询液面状态模块，用于在前端机在待机状态下接收到查询数据命令，获取当前状态下的端口数据，并将数据读取后组包；

液面告警模块，用于在前端机在待机状态下，对前一次端口数据与当前数据进行比较，如果电平发生跳变则马上置告警标志，并停止数据扫描；并将告警标志位和各采集端口数据填入数据包，然后拨打告警号码，接通链路后将告警数据发至后端机；

所述后端机包括第二电源模块、第二单片机、第二电话模块和通信模块，所述第二电源模块连接第二单片机、第二电话模块和通信模块，

所述第二单片机连接第二电话模块和通信模块，所述第二电话模块通过电话接口接入公众电话网的交换机，所述通信模块与管理站连接，所述第二单片机包括：

接收管理站数据模块，用于在后端机待机过程中，侦听管理站发来的数据包，当有数据包接收时，接收数据并提取数据包内容，并判断帧信息和命令类型，将数据转发到前端机；如接收到设置前端机号码的命令，则首先将号码写入外部存储芯片，然后拨打前端机号码，接通链路后将数据转发到前端机；

与前端机通信模块，用于在后端机待机过程中，前端机产生告警并将告警数据上传后，检测到电话模块中电话振铃信号后摘机，回复ACK到前端机接通链路，并将前端机的告警数据存储；

数据发送模块，用于当发送给前端机数据时，拨打设置好的前端机号码，等待前端机正确应答ACK后将数据发送至前端机，发送完毕后挂机；当发送数据给管理站时，直接将数据通过通信接口发送到管理站。

作为优选的一种方案：在所述参数设置模块中，设置前端机号码过程为：当接收到设置前端机号码的命令时，确认并填包，判断长度是否正确，包格式为根据自定义协议，依次填入帧头信息，包长度，命令号，SUCCESS/FAILTURED；设置告警号码过程为：当接收到设置告警号码的命令时，确认数据包，判断包长度提取是否正确，读取数据包内的告警号码个数，以及相应的电话号码，并将电话号码写入EPROM芯片，然后开始组包，按照协议依次填写帧头信息，包长度，命令号，SUCCESS/FAILTURED。

进一步，所述通信模块为485通信模块。

本发明的技术构思为：本发明主要由两个部件组成，分别为远程监控系统的前端机和后端机。在两部件上安装电源模块及电话模块。整个系统的核心部分嵌入式模块将通信程序嵌入到89C54芯片中来实现的，其系统实现的关键技术都集中在此模块中。前端机主要由电源模块及数据采集模块等组成。后端机主要由电源模块及485通信模块等组成。

除了按模块进行组织以外，为了便于系统的实现，我们也将系统按采集，传输，处理及控制四部分来完成。采集部分包括两个端口的电压采集；传输部分包括链路接通；处理部分包括组包，解包，应答，报警等；控制部分包括了整个系统的协同运作，将采用单片机来实现。

硬件部分如电压采集等将重点考虑采用成熟的芯片来实现，而软件部分将重点考虑链路接通过程和消息处理，在处理能力上做优化处理外，还必须考虑芯片的成本，力求使成本降到最低限。

本发明装置实际上是数据采集并传输的控制装置。所以其工作原理可以分数据采集和数据传输来阐述。

首先是数据采集这一功能。该功能主要是通过单片机通过采集两个管脚电压值来实现的，初始过程中两管脚都是高电平，该两个管脚的电平采集是通过软件实现的。

另一块就是数据传输。数据传输包括数据发送和数据接收。在前端机待机过程中，如果后端机有数据发送过来，首先会拨打前端机电话，当有振铃信号触发时，前端机将摘机并回复ACK信号给后端机，此时说明链路已接通，这时前端机可以接收后端发来的数据，前端机在采集数据过程中，如果当前采集数据与前一次采集的数据做比较发现有异常则生成告警数据，并拨打预先设置好的告警号码，此时后端机接收到振铃信号后摘机并返回ACK信号，则前端机将告警数据传输给后端机，后端机再将数据无条件返回给网管中心。在后端机待机过程中，如果PC端有穿口命令发来，则首先判断是否对后端机自身操作，如果不是则拨打前端机，建立链路，将数据传输给前端机，当前端机有数据上告时，同样先摘机而后建立链路，接收数据，并转发到管理站。

本发明的有益效果主要表现在：1、利用公众电话网实现对液化气页面的实时监控、实时性好、能对多个液化罐进行有效监管；2、成本低；3、稳定性好。

附图说明

图1为本发明的前端机硬件结构框图。

图2为本发明的后端机硬件结构框图。

图3为本发明的后端机与前端机通信流程图。

图4为本发明的后端机接收数据流程图。

图5为本发明的前端机数据采集流程图。

图6为本发明的前端机与后端机通信流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1～图6，一种液化气余量监控系统，包括用于采集液化气数据的前端机、用于将前端机采集的数据上告至管理站和将管理站的数据转发到前端机的后端机和用于对液化气余量进行监管的管理站；所述前端机包括第一电源芯片、第一单片机、第一电话模块和数据采集电路，所述第一电源芯片连接第一单片机和第一电话模块，所述第一电话模块通过电话接口接入公众电话网的交换机，所述第一单片机连接数据采集电路，所述数据采集电路连接液化气表头的接点；所述第一单片机包括：接收后端机数据模块，用于当检测到来自后端机的电话振铃信号后，回复后端机ACK信号接通链路，并接收数据；参数设置模块，用于当接收到设置前端机号码和告警号码命令时，确认数据包后，设置前端机号码和设置告警号码；查询液面状态模块，用于在前端机在待机状态下接收到查询数据命令，获取当前状态下的端口数据，并将数据读取后组包；液面告警模块，用于在前端机在待机状态下，对前一次端口数据与当前数据进行比较，如果电平发生跳变则马上置告警标志，并停止数据扫描；并将告警标志位和各采集端口数据填入数据包，然后拨打告警号码，接通链路后将告警数据发至后端机；

所述后端机包括第二电源模块、第二单片机、第二电话模块和通信模块，所述第二电源模块连接第二单片机、第二电话模块和通信模块，所述第二单片机连接第二电话模块和通信模块，所述第二电话模块通过电话接口接入公众电话网的交换机，所述通信模块与管理站连接，所述第二单片机包括：接收管理站数据模块，用于在后端机待机过程中，侦听管理站发来的数据包，当有数据包接收时，接收数据并提取数据包内容，并判断帧信息和命令类型，将数据转发到前端机；如接收到设置前端机号码的命令，则首先将号码写入外部存储芯片，然后拨打前端机号码，接通链路后将数据转发到前端机；与前端机通信模块，用于在后端机待机过程中，前端机产生告警并将告警数据上传后，检测到电话模块中电话振铃信号后摘机，回复ACK到前端机接通链路，并将前端机的告警数据存储；数据发送模块，用于当发送给前端机数据时，拨打设置好的前端机号码，等待前端机正确应答ACK后将数据发送至前端机，发送完毕后挂机；当发送数据给管理站时，直接将数据通过通信接口发送到管理站。

本实施例的液化气余量远程监控系统，包括前端机和后端机，管理站三部分，所述的前端机连接到设备主要用于采集设备的数据，所述的后端机用于将前端机采集的数据上告至管理站以及将管理站的数据转发到前端机，包括电源模块，电话模块以及485通信模块，所述前端机与后端机配合完成对管理站发出的数据的处理以及数据的上告，其硬件部分包括电源模块，电话模块以及数据采集模块，用于设备电话号码和设备编号的设置。

在所述前端机中，所述第一电源模块包括电源芯片、DC-DC模块以及其外围电路，所述第一电源模块连接第一单片机以及第一电话模块，所述第一单片机连接第一电话模块和数据采集电路，所述第一电话模块通过电话接口接入交换机，所述数据采集电路分三路分别连接液化气表头的三个相应接点。

在所述后端机中，所述第二电源模块包括电源芯片，DC-DC模块以及其外围电路，所述第二电源模块连接第二单片机，第二电话模块以及485通信模块，所述第二单片机连接第二电话模块和485电路，所述第二电话模块通过电话接口接入电信网络。所述485模块通过485转232连接到计算机通信串口。

图1为本实例的前端机硬件框图，它包括：+9V电源接口(XP9)；电话接口(XP8)，用于连接交换机；下载接口(XP5)用于程序烧写；数据采集接口(XP1)用于连接液化气表头，单片机管脚电平采集。

前端机主要用到的电源为+9V，除电源芯片外，其他EPROM，单片机，DC-DC模块等均使用+5V电源，我们这里是用+9V电源通过电源芯片LM2576以及其外围电路变压整流后产生的。

本监控系统数据传输过程如下：

(1)接收数据：后端机在接收到管理站发来的数据后通过判断转发到前端机，后端机到前端机的数据是以数字方式传输的，电话模块接收从后端机拨打过来的振铃信号，首先电话模块进行应答，先经过89C54芯片处理，如解包，命令判断等等，芯片再根据不同的指令进行操作。

(2)发送数据：前端机在打包完成后将数据通过电话模块发送至后端。当未接收到后端机的命令但产生告警时则将首先通过拨打存储在EPROM内的后端机电话，在后端机正确摘机并应答后将数据通过电话模块发送至后端机。

本监控系统的前端机对数据处理过程如下：

(1)接收后端机信号：当单片机89C54的15脚检测到来自后端机的电话振铃信号后，执行如下三个操作：

a.回复后端机ACK信号，表示链路已经接通。

b.接收数据，判断起始是否为1002包头，是则继续接收下面的数据并判断是否接收到1003并提取数据包内容，经过CRC校验后，处理信息。

c.根据不同的帧信息和命令判断操作类型，前端机命令包括告警电话设置，数据状态查询。

(2)设置前端机号码：当接收到设置前端机号码的命令时，单片机IC1就开始确认并填包，判断长度等是否正确，包格式为根据自定义协议，依次填入帧头信息，包长度，命令号，SUCCESS/FAILTURED等。

(3)设置告警号码：当接收到设置告警号码的命令时，单片机就确认数据包，判断包长度提取是否正确，读取数据包内的告警号码个数，以及相应的电话号码，并将电话号码写入EPROM芯片。然后开始组包，按照协议依次填写帧头信息，包长度，命令号，SUCCESS/FAILTURED等。

(4)查询液面状态：当前端机在待机状态下接收到查询数据命令时，首先要获取当前状态下的端口数据，即单片机管脚16，17的电平，读取数据由单片机自身完成，完成数据读取后开始组包，包内容包括长度，命令，两个端口的电平。

(5)液面告警：当前端机正常待机过程中，单片机对16，17管脚实时扫描，并将前一次端口数据写入内部RAM里面，并对前一次端口数据与当前数据进行比较，如果任何一端口的电平发生跳变则马上置告警标志，并停止数据扫描。此时单片机将立即组包，并将告警标志位，各采集端口数据填入数据包，然后拨打预先设置好的告警电话(即后端机电话号码)，接通链路后将告警数据发至后端机。

图2为本实施例的后端机硬件框图，它包括：+9V电源接口(XP9)；电话接口(XP8)，用于连接交换机；下载接口(XP5)用于程序烧写；485通讯接口(XP6)用于连接液化气表头，采集管脚电平。

后端机主要用到的电源和前端机一样，也为+9V，除电源芯片外，其他EPROM，单片机，DC-DC模块等均使用+5V电源，我们这里是用+9V电源也是通过电源芯片LM2576以及其外围电路变压整流后产生的。

本实例监控系统的后端机对数据处理过程如下：

(1)接收管理站(PC)信号：当后端机在待机过程中，485端口一直在侦听管理站发来的数据包，当有数据包接收时，后端机有以下操作：

a.接收数据，判断起始是否为1002包头，是则继续接收下而的数据并判断是否已接收到1003结尾，并提取数据包内容，经过CRC校验后，将包内容写入BUFFER里面。

b.单片机读取BUFFER内的数据，并判断帧信息，命令类型等，

并将数据转发到前端机。

c.如果接收到设置前端机号码的命令，则首先将号码写入外部存储芯片，然后拨打前端机号码，接通链路后将数据转发到前端机。

(2)接收前端机信号：当后端机待机过程中，液化气液面下降至40％或者20％时，前端机产生告警并将告警数据上告到管理站，这个过程有以下3步操作：

a.单片机89C54的15脚检测到电话模块的电话振铃信号。

b.后端机摘机，并回复ACK到前端机，此时表示链路已经接通。

c.接收前端机的告警数据并将数据写入单片机内部的BUFFER里面。

(3)发送数据：当单片机BUFFER内有数据需要发送时，分两种情况：

a.发送给前端机则拨打设置好的前端机号码，等待前端机正确应答ACK后将数据发送至前端机，发送完毕后挂机。

b.发送数据给管理站时则直接将数据通过485接口发送到PC即可。

图3为本实例后端机软件流程图。可以把整个任务流程分成三个部分：

(1)初始化串口通信，创建与前端机通信任务，检查电话线是否正确连接，初始工作完成后等待PC机命令。

(2)判断是否对本后端机的操作，并检查电话配置是否完成，如没有过电话配置则返回错误消息，组包后发至PC机。如果是对本后端机的操作，则处理PC机发来的数据，同时生成响应数据包并放入BUFFER中。

(3)如不是对后端机的操作，则先检查是否已完成前端机电话号码的配置，已存在前端机电话则连接前端机，并将报文转发至前端机，在规定时间内接收前端机的RESPONSE，得到正确应答则将数据转告至PC机，没有收到或者超时则返回失败报文；如不存在前端机电话则直接返回管理端错误报告。

图4为后端机接收485数据软件流程图，后端机通过485接口接收PC发来的报文时按每两个字节接收，根据自定义的协议，当接收连续接收字节1002时则往下继续接收数据，按照状态转移的思想完成此部分的软件设计，当连续接收到1003字节时则表示接收数据完毕，并对数据进行CRC校验，校验正确则将报文数据保存在BUFFER内，校验错误则返回等待数据接收状态。

图5为前端机数据采集软件流程图。采集过程主要包括三部分：

(1)前端机初始化任务，并启动与后端机的通信。

(2)判断采集使能位是否置高，如果置高则获取空间并采集端口电压并将电压值赋值给预先定义的变量。

(3)与前一次采集的电压进行比较，当电位发生变化则置告警标志位。

图6为本实例前端机主通信程序软件流程图。此程序可以分为两个模块，包括数据下行模块和数据上行模块，即接收后端机数据的模块和上告告警数据模块。

下行模块的处理方式类似后端机接收PC机数据，主要区别在于前端机接收数据是通过电话模块接收，而后端机是通过485接收管理端的数据。此过程中也需要进行对接收到的数据进行CRC校验，再对报文根据协议进行相应处理。

上行模块的主要任务是完成对告警数据的上告，此过程在前端机待机过程中时刻运行，前端机要对设备实时监控，查询告警数据，当有告警数据产生时则将报文按照协议规定的格式打包后拨打后端机电话并完成报文的上传，后端机正确回复后挂机完成本次告警。

Claims (3)

1.一种液化气余量监控系统，其特征在于：所述液化气余量监控系统包括用于采集液化气数据的前端机、用于将前端机采集的数据上告至管理站和将管理站的数据转发到前端机的后端机和用于对液化气余量进行监管的管理站；

所述前端机包括第一电源芯片、第一单片机、第一电话模块和数据采集电路，所述第一电源芯片连接第一单片机和第一电话模块，所述第一电话模块通过电话接口接入公众电话网的交换机，所述第一单片机连接数据采集电路，所述数据采集电路连接液化气表头的接点；所述第一单片机包括：

接收后端机数据模块，用于当检测到来自后端机的电话振铃信号后，回复后端机ACK信号接通链路，并接收数据；

参数设置模块，用于当接收到设置前端机号码和告警号码命令时，确认数据包后，设置前端机号码和设置告警号码；

查询液面状态模块，用于在前端机在待机状态下接收到查询数据命令，获取当前状态下的端口数据，并将数据读取后组包；

液面告警模块，用于在前端机在待机状态下，对前一次端口数据与当前数据进行比较，如果电平发生跳变则马上置告警标志，并停止数据扫描；并将告警标志位和各采集端口数据填入数据包，然后拨打告警号码，接通链路后将告警数据发至后端机；

所述后端机包括第二电源模块、第二单片机、第二电话模块和通信模块，所述第二电源模块连接第二单片机、第二电话模块和通信模块，所述第二单片机连接第二电话模块和通信模块，所述第二电话模块通过电话接口接入公众电话网的交换机，所述通信模块与管理站连接，所述第二单片机包括：

接收管理站数据模块，用于在后端机待机过程中，侦听管理站发来的数据包，当有数据包接收时，接收数据并提取数据包内容，并判断帧信息和命令类型，将数据转发到前端机；.如接收到设置前端机号码的命令，则首先将号码写入外部存储芯片，然后拨打前端机号码，接通链路后将数据转发到前端机；

与前端机通信模块，用于在后端机待机过程中，前端机产生告警并将告警数据上传后，检测到电话模块中电话振铃信号后摘机，回复ACK到前端机接通链路，并将前端机的告警数据存储；

数据发送模块，用于当发送给前端机数据时，拨打设置好的前端机号码，等待前端机正确应答ACK后将数据发送至前端机，发送完毕后挂机；当发送数据给管理站时，直接将数据通过所述通信模块发送到管理站。

2.如权利要求1所述的液化气余量监控系统，其特征在于：在所述参数设置模块中，设置前端机号码过程为：当接收到设置前端机号码的命令时，确认并填包，判断长度是否正确，包格式为根据自定义协议，依次填入帧头信息，包长度，命令号，SUCCESS/FAILTURED；设置告警号码过程为：当接收到设置告警号码的命令时，确认数据包，判断包长度提取是否正确，读取数据包内的告警号码个数，以及相应的电话号码，并将电话号码写入EPROM芯片，然后开始组包，按照协议依次填写帧头信息，包长度，命令号，SUCCESS/FAILTURED。

3.如权利要求1或2所述的液化气余量监控系统，其特征在于：所述通信模块为485通信模块。

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