CN103714687A - 顶管自动测量系统数据传递方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种顶管自动测量系统数据传递方法，计算机通过RS232/RS485转换器输出到RS485总线上，每个全站仪通过RS232/RS485带地址双向转换器与RS485总线连接，RS232/RS485带地址双向转换器包括依次连接的RS-232接口芯片、微处理器、RS-485接口芯片；通过给每个全站仪附加通讯地址来传输数据，只要布设总线即可。通讯线的费用大大减少；布线和维护的工作量大大减少；布线空间和通讯线的连接点大大减少，提高了系统的可靠性；通讯故障排除方便，由于使用一根通讯线，所有的全站仪分布连接在同一根线上，所以通讯故障具有区域性，因此可以根据通讯故障的发生的区域快速找寻故障点并予以排除。

Description

顶管自动测量系统数据传递方法

技术领域

本发明涉及一种数据通讯技术，特别涉及一种顶管自动测量系统数据传递方法。

背景技术

顶管自动测量系统是引导顶管机前进方向的导向设备。在管道施工时，测量仪器与控制室中计算机能够实现实时通讯，通过实时通讯获取的测量数据经过计算处理，计算结果自动和设计轴线进行比较，因此可以实时获取顶管机的水平偏差、竖直偏差等信息，根据这些信息，可以引导顶管机朝正确的方向推进。顶管自动测量系统具有操作简单、自动化程度高等优点。顶管自动测量系统在很多管道施工项目中获得成功应用。

自动测量往往离不开计算机和通讯技术，为此计算机和很多测量设备上都具有RS-232通讯接口，根据RS-232C标准，它的最高传输速率为20kb/s时，最远距离仅为15m，当然在采取一定措施后通讯距离可以达到60m。随着自动测量的范围越来越大，距离越来越远，60m的距离已经远远不能满足上述发展对速度及距离所提出的新的要求。为此，美国EIA学会在RS-232C基础上提出了改进的RS-449标准，以后又在RS-449标准下派生出RS-422和RS-485标准。RS-485是利用差分传输方式提高通信距离和可靠性的一种通信标准，这种方式可以有效的抗共模干扰，提高通信距离，标准的RS-485接口最远的通讯距离为1200m，现在又发展出增强型的RS-485接口，其最远的通讯距离可达5000m。 RS-485标准还有一个特点，就是具有RS-485通信接口的设备可以连成网络。正是由于RS-485具有诸多优点，现已被大量用于自动测量中，但一般的计算机和测量设备上很少直接配置RS-485通信接口，所以在自动测量的实际应用中必须另外配置RS-232/RS-485转换接口，这种转换接口一般做成板卡或模块的结构形式供用户选择使用。

传统的顶管自动测量系统的硬件结构如图1所示：从图中可以看出，传统的顶管自动测量系统的硬件结构由计算机、USB/RS-232转换器、RS-232/RS-485转换器、全站仪以及通讯电缆构成。

其中计算机用于运行顶管自动测量程序，控制各全站仪协同工作，完成顶管自动测量任务；USB/RS-232转换器用于转换和扩展RS-232通讯接口，由于根据测量要求，可能需要使用多台全站仪，传统的顶管自动测量系统采用一个RS-232通讯接口控制一台全站仪，而计算机上往往只有一个RS-232通讯接口，现在的台式机或笔记本电脑上已经取消了RS-232通讯接口，所以需要使用USB接口来转换和扩展RS-232通讯接口；RS-232/RS-485转换器是为了满足远距离通讯专门配置的，RS-232/RS-485转换器除了用于拓展通讯距离，还要满足计算机和全站仪对通讯接口形式的要求；全站仪是顶管自动测量的主体，实际的测量由全站仪完成；通讯电缆是通讯数据传递的介质。

不难看出，传统的顶管自动测量系统中每台全站仪都使用单独的通讯线和转换器连接到计算机。之所以形成这样的结构，其根本原因在于全站仪之间无法进行识别，如果不采取任何措施将几台全站仪连接到同一根通讯线上，则计算机发出的命令会被所有的全站仪接收并同时执行这个命令，所有的全站仪将同时完成相同的动作，这与控制要求是不相符的，而且当所有全站仪同时发出回复信息时，计算机无法识别是哪台全站仪的回复信息，更致命的是所有全站仪同时发出回复信息会造成设备硬件的损坏，所以不采取措施是不能将几台全站仪连接在一根通讯线上的。由于每台全站仪必须使用单独的通讯线和转换器，这就造成了整个系统所需的通讯线多，转换器多，通讯接口多。

所需的通讯线多是传统的顶管自动测量系统的最大缺点。通讯线多，所需费用也多；布线和维护的工作量大；占用布线空间大，在一些小直径的管道施工中会造成布线困难，甚至会因布线空间不够布线不规范造成通讯故障；由于通讯线多，通讯线的接点也相应增多，接点接触不良的概率增加，系统的可靠性变差；发生线路故障后，检修工作量大，检修难度大，检修时间长。

发明内容

本发明是针对传统的顶管自动测量系统通讯线多、布线和维护的工作量大的问题，提出一种顶管自动测量系统数据传递方法，极大的简化顶管自动测量系统的硬件结构，大大减少通讯线。

本发明的技术方案为：一种顶管自动测量系统数据传递方法，具体包括如下步骤：

1）建立顶管自动测量系统数据传递系统：计算机通过RS232/RS485转换器输出到RS485总线上，每个全站仪通过RS232/RS485带地址双向转换器与RS485总线连接，RS232/RS485带地址双向转换器包括依次连接的RS-232接口芯片、微处理器、RS-485接口芯片；

2）计算机发送带有地址信息的数据通过RS232/RS485转换后送到RS485总线上，每个全站仪的RS232/RS485带地址双向转换器接收RS485上数据，接收数据通过RS-485接口芯片送微处理器，微处理器读取地址，如不是本全站仪地址，则丢弃接收的数据，如和本全站仪地址相符，则读取数据送RS-232接口芯片，由RS-232接口芯片输出到本全站仪；

3）本全站仪回送信息送RS232/RS485带地址双向转换器中RS-232接口芯片，RS-232接口芯片输出数据送微处理器，微处理器将本全站仪地址和回送信息一起经过RS-485接口芯片送回RS485总线，再通过RS232/RS485转换器送回计算机。

所述RS232/RS485带地址双向转换器中地址，可由软件写入微处理器或采用拨码开关进行地址设置。

本发明的有益效果在于：本发明一种顶管自动测量系统数据传递方法，通讯线的费用大大减少；布线和维护的工作量大大减少；布线空间和通讯线的连接点大大减少，提高了系统的可靠性；通讯故障排除方便，由于使用一根通讯线，所有的全站仪分布连接在同一根线上，所以通讯故障具有区域性，因此可以根据通讯故障的发生的区域快速找寻故障点并予以排除。

附图说明

图1为传统的顶管自动测量系统数据传递示意图；

图2为传统的RS-232/RS-485转换器示意图；

图3为本发明改进后RS-232/RS-485转换器示意图；

图4为本发明顶管自动测量系统数据传递示意图。

具体实施方式

需要对传统的顶管自动测量系统的数据传输进行改进。由于全站仪是进口成套仪器，对其进行改进不太现实，因此只有在RS-232/RS-485转换器进行改进。一般的RS-232/RS-485转换器是一个无源转换器，主要包括了RS-232电平转换、RS-485电路二个部分。本转换器中的RS-232电平转换电路采用了NIH232集成电路，也可以直接使用MAX232集成电路，RS-485电路采用了MAX485集成电路。该电路的原理图如下图所示，这种RS-232/RS-485转换器实现的仅仅是

电平转换和接口形式的转换，转换器对于通讯数据是直通的，如图2所示传统的RS-232/RS-485转换器示意图，不具有对通讯数据进行判别和根据判别结果对通讯数据的传递进行控制的功能。传统的自动测量系统中使用的就是这种转换器。

如图3为改进后的RS-232/RS-485转换器所示：改进型转换器中增加了一颗微处理器。该微处理器具有两个通讯接口，分别与RS-232接口芯片、RS-485接口芯片连接，如果微处理器只有一个通讯接口，可以再扩展一个通讯接口以满足使用要求。从图中可以看出，经过改进型转换器的通讯数据不是直通的，不管通讯数据是来自RS-232接口还是来自RS-485接口，都必须经过微处理器处理后才能继续传输或中断传输，即改进型转换器具有控制通讯数据传输的功能，能够根据条件控制通讯数据的传输或中止传输，这个条件就是地址。每个改进型转换器都具有地址功能，可以通过软件方法实现，软件地址可以储存在微处理器的EPROM或EEPROM中，通常储存在EEPROM中，储存在EEPROM中的地址可以通过程序进行修改；也可以使用硬件方法实现，硬件地址可以采用拨码开关进行地址设置。使用改进型带地址双向转换器的顶管自动测量系统数据传输结构如下图4所示。

比较改进前后的顶管自动测量系统数据传输示意图可以看到，计算机侧的RS-232通讯接口只需一个，对于具有RS-232通讯接口的计算机来说可以省略USB/RS-232转换器；通讯线只需一根，所有的全站仪通过改进型转换器都连接在一根通讯线上，并由此减少了RS-232/RS-485转换器的使用数量。转换器和通讯线的减少极大的简化了顶管自动测量系统的硬件结构，节省费用，减少布线和维护的工作量，减少布线空间减少连接点，提高系统可靠性。

从上图4中还可以看到，每个改进型转换器都具有不同的地址，正是通过这些不同的地址来区分不同的全站仪并对其进行控制。通讯过程如下：首先由计算机发送带有地址信息的数据，当改进型带地址双向转换器从其RS-485接口接收到该数据后，首先进行地址判别，确认是否是发送给本转换器的，如果不是发送给本转换器的，就丢弃接收的数据，本次的通讯过程就此结束，转换器继续等待接收下一次通讯数据。如果是发送给本转换器的就予以接收，在去掉地址以及其它无关信息后，通过RS-232接口把数据发送给与本转换器连接的全站仪；全站仪接收到数据后会回送信息，回送的信息也是先由转换器接收，转换器会对接收到的全站仪的回送信息进行处理，即在加上地址以及其它一些信息后再发送给计算机。一次完整的通讯过程就此结束。由此完成计算机跟特定全站仪的通讯。

新的顶管自动测量系统已经在白龙港管道施工中成功加以应用。白龙港项目的管道长度2030米，在南线的自动测量中，自动测量系统中最多连接了8台全站仪，下表根据8台全站仪在管道中的位置，分别估算新系统和旧系统所需通讯线的长度并予以比较，见表1：

表1

从表中可以看到，如果使用旧系统，8台全站仪就需要8根通讯线，根据统计，8根通讯线的总长为7849.34米，这还是直线距离，考虑留有5%的余量即加上5%的余量，8根通讯线的总长将达到8241.8米。而新系统使用的通讯线长度就相当于连接8号全站仪的通讯线的长度，考虑到2-8号全站仪的位置需要移动，这7台全站仪各增加100米通讯线供位置调整用，则新系统所需通讯线的长度为1975.71+700=2675.71米。比较后不难发现，新系统所需通讯线只有旧系统的1/3，而且这个优势随着距离的增加而越发显现。

上述两种结构下通讯线的统计和比较，充分说明使用改进型转换器可以极大的简化顶管自动测量系统的硬件结构，大大减少通讯线，结构的改变和通讯线的减少可以带来以下好处：

1、通讯线的费用大大减少。

2、布线和维护的工作量大大减少。

3、布线空间和通讯线的连接点大大减少，提高了系统的可靠性。

4、通讯故障排除方便，由于使用一根通讯线，所有的全站仪分布连接在同一根线上，所以通讯故障具有区域性，因此可以根据通讯故障的发生的区域快速找寻故障点并予以排除。而旧系统的通讯故障呈整体性，即一旦发生通讯故障，则整根通讯线以及这根线上的所有设备都有故障的可能，因此需整体检查，加上多根线缠在一起，给通讯故障排查带来不便。

改进型转换器除了可以用于自动测量，还可以用于其他场合，特别是适用于一些具有通讯接口的设备进行联网控制，它可以连接不同厂家生产的不同类型的设备，它不需对这些设备的通讯接口加以改进，也无需修改这些设备原有的通讯程序，具有很好的兼容性，而且应用十分方便，希望能够举一反三，拓展应用，让其发挥更大的效用。

Claims (2)

1.一种顶管自动测量系统数据传递方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

1）建立顶管自动测量系统数据传递系统：计算机通过RS232/RS485转换器输出到RS485总线上，每个全站仪通过RS232/RS485带地址双向转换器与RS485总线连接，RS232/RS485带地址双向转换器包括依次连接的RS-232接口芯片、微处理器、RS-485接口芯片；

2）计算机发送带有地址信息的数据通过RS232/RS485转换后送到RS485总线上，每个全站仪的RS232/RS485带地址双向转换器接收RS485上数据，接收数据通过RS-485接口芯片送微处理器，微处理器读取地址，如不是本全站仪地址，则丢弃接收的数据，如和本全站仪地址相符，则读取数据送RS-232接口芯片，由RS-232接口芯片输出到本全站仪；

3）本全站仪回送信息送RS232/RS485带地址双向转换器中RS-232接口芯片，RS-232接口芯片输出数据送微处理器，微处理器将本全站仪地址和回送信息一起经过RS-485接口芯片送回RS485总线，再通过RS232/RS485转换器送回计算机。

2.根据权力要求1所述顶管自动测量系统数据传递方法，其特征在于，所述RS232/RS485带地址双向转换器中地址，可由软件写入微处理器或采用拨码开关进行地址设置。

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