CN102901571B - 一种基于注册机制的多点测温控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于注册机制的多点测温控制系统，以ARM芯片为处理核心，通过与上位机通信，引入温度传感器ID注册机制，在更换和增删传感器接点时，只需在上位机或注册电路对传感器ID进行操作。该系统可以根据用户的需求，在上位机或注册电路对传感器ID进行注册或注销，控制测温点数量，实现资源的合理利用；同时通过注册机制能够无需重新固化程序就能及时迅速地更换出现故障、新增或删减传感器，为实际系统维护和管理提供了极大的方便。

Description

一种基于注册机制的多点测温控制系统

技术领域

本发明涉及单总线温度传感器多点测温控制系统领域，尤其设计了一种基于注册机制的，方便管理和维护的单总线温度传感器多点测温控制系统。

背景技术

单总线温度传感器多点测温控制系统无论在工业制造领域还是生活领域中都扮演着重要的角色。与传统的模拟信号远距离温度测量系统相比，该系统避免了引线误差补偿问题、多点测量切换误差问题、放大电路零点漂移误差等技术问题。譬如抗干扰能力强的数字式单总线温度传感器DS18B20，其造价成本相对低，体积小、精度高，可以直接将温度数据进行编码，且可以只使用单根电缆传输温度数据，通信方便、传输距离远且抗干扰性好，使得该系统得以简化，与传统的温度传感器组成的多点测温系统相比也节省了大量的电缆，且在实际的应用中取得良好的测温效果。因此DS18B20多点测温控制系统具有非常大的应用市场。

在产品制造领域中，DS18B20多点测温控制系统已经发挥了巨大作用，广泛地应用于各种电子产品、电器产品的模拟工作环境测试，如很多生产电冰箱的厂家的生产线配套有冰箱温度微机自动检测系统，该系统原理基于DS18B20多点测温控制系统，同时对多台电冰箱降温曲线进行测试来判断电冰箱是否合格等；在工业控制领域中，DS18B20多点测温控制系统也发挥了巨大作用，尤其是在大型粮仓或仓库、酿酒厂、食品加工厂、温室、仪器仪表室等的温度检测和控制，是增加了安全的一种必不可少的措施。

单总线温度传感器多点测温控制系统在国内外呈现蓬勃发展的趋势，我国也不例外，DS18B20多点测温控制系统的结构主要有四类：

一、以单片机为处理核心，每一个I/O口挂一个DS18B20这种方案设计虽然采样的数据比较快，但是占用很多的I/O口资源，扩展性不好；

二、以单片机为处理核心，用拨动开关编码的形式来选择单总线上相应的传感器工作该设计设计方案的硬件电路设计相对复杂，手动控制远不能满足智能控制的要求，且扩展性受到硬件资源的限制；

三、以单片机为处理核心，外接存储器存储保存DS18B20的ID号及对应的位置编号，实现了单总线上传感器的自动控制。但是此类系统在替换新的传感器或新增测温点时，需要重新固化程序即对单片机重新进行编程或重新擦写外部存储器，维护极为不方便，达不到实时的控制的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于注册机制的多点测温控制系统，它可以根据用户的需求，在上位机或注册电路对传感器ID进行注册或注销，控制测温点数量，实现资源的合理利用；同时通过注册机制能够无需重新固化程序就能及时迅速地更换出现故障、新增或删减传感器，为实际系统维护和管理提供了极大的方便。

实现本发明目的的技术方案是：

一种基于注册机制的多点测温控制系统，包括主控CPU系统电路模块、与CPU主控模块连接的ROM外接存储器模块、USB通信电路模块、串口LCD显示电路模块、ID读取电路、系统时钟电路、矩阵键盘电路模块及PC端上位机监控和单总线温度传感器ID管理系统模块等，与现有技术不同的是：以ARM芯片为处理核心，通过与上位机通信，引入温度传感器ID注册机制，在更换和增删传感器接点时，只需在上位机或注册电路对传感器ID进行操作。

所述的温度传感器采用星型和总线型拓补连接结构。

所述的注册机制分为自动注册电路和手动注册电路，自动注册电路由主控CPU和CPLD构成，CPLD保证每一个传感器对应确定的一个地址（位置）取值，在监控系统中完成自动注册功能；手动注册电路由串口LCD显示电路、矩阵键盘电路和主控CPU电路构成，可以通过串口LCD显示电路显示主控CPU下挂温度传感器的ID，并通过矩阵键盘对ID和位置编码进行一一对应，完成手动注册功能。

所述的监控系统通过USB通信模块与PC端上位机监控及单总线温度传感器ID注册管理系统进行通信，上位机监控及单总线温度传感器ID注册管理系统软件开启时，会对监控系统发起获取控制权的请求，正常运行软件后，监控系统的LCD显示电路和矩阵键盘电路会被屏蔽，所有传感器ID的注册、注销操作，均由上位机软件完成，并写入外部存储器中。

本发明的有益效果是：

1、采用了ARM处理器技术结合RT-Thread操作系统实现数据采集和外围结构的数据通信，实现多任务的协同工作，保证了数据采集、数据通信的精确性和可靠性。

2、注册机制的多点测温控制系统采用星型和总线型拓扑连接结构。总线型拓扑结构中，单条IO总线上理论能够接驳128个单总线温度传感器；星型拓扑结构中，每个IO接驳1个单总线温度传感器以对应不同的地址码，从而确定该传感器对应的位置。该系统的拓扑结构，具备很强的温度测量点扩展能力。

3、注册机制的多点测温控制系统采用手动注册和自动注册的温度传感器ID管理方式。手动注册模式中，可在ID读取电路中获得传感器ID并进行ID信息和位置的注册，并写入外部存储器；自动注册模式中，可以根据不同的地址编码，完成ID信息和位置的注册，并写入外部存储器。

4、于注册机制的多点测温控制系统采用PC端上位机监控及单总线温度传感器ID注册管理系统软件和测温系统自带输入设备进行人机交互，交互方式灵活多样、简单明了。

5、注册机制的多点测温控制系统引入注册机制，通过上位机可以快速地完成出现故障传感器的更换，使得用户对系统的维护变得更加简单；通过注册或注销ID来控制测温点的数量，使得资源得以有效合理的利用，灵活的扩展性给用户对测量点的管理提供了方便。

6、注册机制的多点测温控制系统上位机的监控包括高温或低温报警提醒和出现故障报警提醒，能让用户及时地进行处理，迅速恢复系统的正常工作。

7、基于注册机制的多点测温控制系统采用单总线外部供电的方式，既有效避免了传感器因供电不足而带来的转换误差问题，保证了数据的精确性，又延长了数据传输的距离。

附图说明

图1是本发明基于注册机制的多点测温控制系统原理框图；

图2是本发明基于注册机制的多点测温控制系统线程示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。

如附图1所示本发明基于注册机制的多点测温控制系统原理框图，本专利系统装置共分为五个部分：

1、CPU主控制系统  该部分是整个系统的处理核心，负责采集回来的温度数据的处理及传感器ID的识别，然后将相应的信息传输到上位机，并把上位机确认过的信息保存在外接的存储模块；

2、自动注册电路  该部分用于注册系统中星型联接的传感器ID，将CPU与CPLD相连的地址线与CPLD每个IO口上的传感器ID一一进行关联，该电路可以自动辨认系统下挂传感器ID所在位置；

3、手动注册电路  该部分主要用来注册系统中单总线型联接的传感器ID，通过与系统时钟产生电路的时钟进行关联，将检测到传感器ID的时刻与传感器位置进行一一对应；

4、ID读取电路  该部分主要用于将新增或更换的传感器在远程控制端读ID，并进行离线注册，完成离线注册后，将传感器拿到对应位置进行安装并完成系统后续功能；

5、上位机通信  该部分主要负责传感器ID的注册管理及监控每一个传感器的工作状态，注册管理包括传感器ID的上报、注册，监控管理包括告警阈值设置、传感器工作状态等；

各电路连接方式：

主控CPU模块1为整个系统的核心部件，ROM存储器2通过I2C协议总线与其连接，时钟电路3通过SPI总线与其连接，USB通信电路通过通用串行总线与其连接，LCD显示模块5通过串行总线与其连接，矩阵键盘6通过P/S2协议总线与其连接，ID读取电路7通过单个IO口与其连接，CPLD自动注册电路8通过单口数据线与多位地址线与其进行连接，主控CPU模块1直接下挂的传感器节点为单总线型连接拓扑结构。此外，CPLD自动注册电路下挂传感器节点为星型连接拓扑结构。

参照图2，该控制系统的运行线程包括下面几个：

1、系统主线程

该线程为系统的主要线程，构成系统的基本流程结构。系统上电开始，进行初始化，并根据监控串口的上位机标志位选择交互方式，随即启动测温线程和送显线程；完成已注册传感器的温度采集及送显功能后，根据测温线程中与外部存储器比对的结果，确认是否需要进行注册更新，若需要则启用注册线程，若不需要则根据测温线程中与外部存储器比对的结果，确认是否需要注销更新，若需要则启用注销线程，若不需要则主线程结束返回。

2、  测温线程

该线程完成系统的ID扫描及缓存、测温、已注册ID与缓存ID的比对等功能。启动测温线程后，首先扫描挂载有温度传感器的IO端口，并将扫描到的传感器ID进行缓存；然后进行传感器温度的采集，并与缓存中的ID进行一一配对，完成温度采集后，比对外部存储器中存储的已存储注册ID的信息，返回未注册或者未注销的传感器ID及时间信息。

3、  送显线程

该线程主要完成温度阈值的比对，以及ID状态、显示、报警信号的生成和传输。启动送显线程后，比对外部存储器中所设定的传感器相关状态信息，并根据交互方式发送至上位机软件或者系统LCD屏显示。

4、  注册线程

该线程主要完成传感器ID注册功能。启动注册线程后，首先检测2中返回的未注册ID是否为自动注册电路IO口上报，若是，则将ID与地址码进行配对并送交互界面显示，若否，则在该线程时间片等待手动注册并送交互界面显示；然后检测注册是否结束，若是，则返回进行端口检测，若否，就将改动的注册信息送外部存储器保存并将未改动的信息送交互界面显示。

5、  注销线程

该线程主要完成传感器ID注销功能。启动该线程后，首先将2中返回的未注销传感器ID相关状态信息在ROM中进行删除；然后检测是否完成注销，若否，则继续删除，若是，则线程挂起。

系统工作过程说明：

1、首次使用系统

    ①当第一次安装系统及传感器时，先将主控部分电路模块开启，再将单总线拓扑连接结构下挂的传感器依次上电，记录下上电次序及对应的测温点地址信息，或者直接记录星型拓扑连接结构下挂的传感器及对应地址线信息。

②在上位机运行PC端软件，此时软件会显示未注册的传感器ID及对应的ID上报时刻或地址线取值信息，根据步骤①中记录的上电次序和对应的测温点地址信息或者传感器ID和对应地址线信息，将所处位置、告警阈值等注册信息进行填写，并点击“注册”按钮完成注册并将注册信息送存储器保存，完成注册的传感器开始正常显示温度和所设定的告警阈值。

2、新增或更换故障传感器

    ①需新增传感器时，在ID读取电路处连接单个传感器，此时上位机监控软件会显示未注册的ID，填写该传感器所处位置及告警阈值等注册信息，完成注册后，就可以拿到对应测温点进行安装。

②传感器故障时，上位机软件会提示故障并显示离线。可以按照①中步骤进行更换，或者直接在测温点现场进行更换，返回监控端后直接更改故障传感器ID为新安装传感器ID即可。

3、传感器的注销及删除

需要注销或删除传感器时，在上位机界面选择对应已注册传感器ID，并点击“注销”按钮，即可完成注销或删除，若该传感器为正常接入状态，一段时间后该ID会继续上报至上位机监控软件。

4、界面选择

本系统设定两种显示方式，上位机显示及监控模块LCD显示。可根据实际需要，选择对应的显示方式，ID注册等相关操作亦可通过监控模块自带的键盘进行操作。

Claims (2)

1.一种基于注册机制的多点测温控制系统，包括主控CPU电路、与主控CPU电路连接的ROM外接存储器、USB通信电路、串口LCD显示电路、ID读取电路、时钟电路、矩阵键盘电路模块和PC端上位机监控及单总线温度传感器ID注册管理软件，其特征是：

以ARM芯片为处理核心的主控CPU，通过与PC机上的上位机监控及单总线温度传感器ID注册管理软件通信，引入温度传感器ID注册机制，在更换和增删传感器接点时，只需在PC机上的上位机或注册电路对传感器ID进行操作；

所述的注册机制通过自动注册电路和手动注册电路来实现，自动注册电路由主控CPU电路和CPLD电路构成，CPLD电路保证每一个传感器对应确定的一个地址取值，在基于注册机制的多点测温控制系统中完成自动注册功能；手动注册电路由串口LCD显示电路、矩阵键盘电路模块和主控CPU电路构成，通过串口LCD显示电路显示主控CPU下挂温度传感器的ID，并通过矩阵键盘对ID和位置编码进行一一对应，完成手动注册功能。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征是：所述 PC机上的上位机监控及单总线温度传感器ID注册管理软件开启时，会对测温控制系统发起获取控制权的请求，正常运行软件后，测温控制系统的串口LCD显示电路和矩阵键盘电路模块会被屏蔽，所有传感器ID的注册、注销操作，均由注册管理软件完成，并写入外部存储器中。