CN104296808A - 一种危化品运输监测传感器信号采集系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种危化品运输监测传感器信号采集系统及方法，属于智能仪表技术领域。一种危化品运输监测传感器信号采集系统，其特征是，中心控制单元和电压型传感器组、电流型传感器组、数字总线型传感器组和电源控制电路相连接。一种危化品运输监测传感器信号采集方法，其特征是，含有参数配置模块和数据传输模块，预设危化品运输的传感器组配置参数，卸载、空载或停驶状态下传感器组低功耗模式，传输传感器组实时工作数据。本发明的效果和益处是将危化品运输中多种传感器组进行动态按需划分配置，提高危化品运输中信号采集的兼容性，根据传感器运输载体的运行状况合理分配传感器组的功耗，提高危化品运输过程中的安全性。

Description

一种危化品运输监测传感器信号采集系统及方法

技术领域

本发明属于智能仪表技术领域，涉及到传感器信号采集系统及方法，特别涉及到应用于危险化学品运输监测的传感器信号采集系统及方法。

背景技术

危险化学品(简称危化品)是一类特殊的商品，危化品行业在国民经济发展中起着举足轻重的作用。由于危化品通常具有易燃、易爆、有毒、有害等特点，其在生产、运输、存储、使用等各个环节中的安全性一直是危化品相关企业、政府部门、科研单位关注的一个重点。危化品生产、运输、存储、使用等各个环节都具有危险性，尤其在危化品运输过程中，由于其安全性易受到天气、道路、从业人员经验和运输设备状况等诸多自然和人为因素的影响，其危害程度较其他各环节更难于控制。为了加强危化品运输过程中的安全性，通常的技术手段是给危化品运输装置加装传感器，以期得到危化品在运输过程中的参数。由于与危化品运输中的安全性相关参数不是唯一的，需要加装不同种类反映危化品运输装置各个方面的传感器。根据所安装传感器监测对象的不同，可以分为监测危化品内容物状态的气体传感器、压力传感器、液位传感器，监测运输环境的温度传感器和湿度传感器，监测运输承载容器的速度传感器、加速度传感器、倾角传感器和监测运输承载容器配套装置状态的门开关传感器等,有时为了增强检测效果，同一种类传感器的安装数量可能有多个。危化品运输相关企业根据装载内容物性质的不同，会选择性加装对安全监测有效的传感器种类，因此需要相配套的传感器数据采集系统一方面具有能够安装多类传感器能力，另一方面需要提供灵活的调配接口，以适应不同装载物的需求。危化品在运输过程中，根据装载内容状态的不同，常分为装载、满载运输、卸载、空载等过程。由于危化品运输工具工作方式的需要，在满载、满载运输过程中，监测装置通常有足够的电能供应，当危化品运输工具处于卸载、空载或停驶状态时，监测装置的电能供应通常由备用电源提供。在卸载、空载或停驶状态时，由于备用电源提供的电能限制和运输装载物状态的改变，监测所关心的传感器组配置随运输装载物状态发生变化，仅需保留必要的工作传感器来监测运输工具的状态，所以监测传感器信号采集系统应当具有动态调整工作传感器的能力，以保证备用电源能更长时间给传感器信号采集系统等关键系统提供电源。

目前多传感器信号采集系统采用的技术是使用具有相同输出信号传感器复用信号采集通道技术，实现一套采集系统对多个设备进行测试，参见李长刚等发明的“一种通用的数据采集系统”，专利申请号：201010565550.X。单个传感器信号采集系统采用的技术方法是采用通用的数据采集卡进行传感器数据采集，参见赵小文所著“基于LabVIEW的柔性压力_温度传感器信号采集系统的设计及实验”，P11,硕士学位论文和Baoguo Han等所著Electrode design,measuring method and data acquisition system，Sensors and Actuators A，Vol.135,2007,pp360～369。上述方法可以实现传感器的信号采集，但不适用于危化品运输监测工况中，主要原因一是上述数据采集系统充分依赖于上位机平台来完成数据采集，甚至需要和PC直接相连接才能实现传感器数据采集，无法直接应用于危化品运输这样的移动平台；二是该数据采集系统不能进行传感器的功耗控制，无法适应危化品运输这一特定的应用工况。

发明内容

本发明的目的是提供一种应用于危化品运输工况下，监测传感器信号采集系统。该系统协调危化品运输过程中监测所需安装的电压型传感器、电流型传感器、数字总线型传感器和开关量传感器的数据采集。根据按照危化品运输监测流程的需要，划分传感器组中传感器配置。在危化品运输载体在卸载、空载或停驶状态时，提供传感器功耗动态调配电路。并且提供一种危化品运输监测传感器信号采集方法，一方面设置危化品监测传感器信号采集系统的配置参数，另一方面协调传感器的采集值和读出值，接收传感器组的读出数据。

本发明的技术方案是，对危化品运输载体加装传感器信号采集系统，该系统由电压型传感器组、电流型传感器组、开关量传感器组、数字总线型传感器组、电源控制电路、电压型传感器滤波电路、电压型传感器A/D电路、电流型传感器滤波电路、电流型传感器A/D电路、开关量调理电路、采样电路、数字总线接口电路、通信模块接口电路、电源管理模块接口电路、实时时钟、报警电路和存储电路组成。其特征在于，电源控制电路和电压型传感器组、电流型传感器组和数字总线型传感器组相连接，电源控制电路还和中心控制单元相连接，电压型传感器组通过电压型传感器滤波电路、电压型传感器A/D电路和中心控制单元相连接，电流型传感器组通过电流型传感器滤波电路、电流型传感器A/D电路和中心控制单元相连接，开关量传感器组通过开关量调理电路、采样电路和中心控制单元相连接，数字总线型传感器组通过数字总线电路和中心控制单元相连接，实时时钟和中心控制单元相连接，报警电路和中心控制单元相连接，中心控制单元和存储电路相连接，中心控制单元通过通信模块接口电路和通信模块相连接，中心控制单元通过电源管理模块接口电路和电源管理模块相连接。

本发明还提供一种危险化学品运输的传感器信号采集方法，其特征在于包含参数配置模块和数据传输模块，预设危化品运输的传感器组配置参数，卸载、空载或停驶状态下传感器组低功耗模式，传输传感器组实时工作数据，具体步骤如下：

A.根据安装在危化品运输载体上传感器组配置情况，接收各个传感器地址、类型编码、零点、满量程值和报警阈值，建立传感器和数据通道映射关系表，接收开启传感器地址的低功耗配置信息，打开对应地址传感器电源，并将映射关系表和低功耗配置信息存入存储器；

B.接收需传输数据传感器的地址，读取传感器读数，结合存储器中的参数，返回所需地址的传感器读数值，完成数据传输；

C.接收到“参数配置”命令，进入A处理流程，接收到“数据传输”命令，进入到B处理流程。

本发明的效果和益处是，将危化品运输中多种传感器组进行动态按需划分配置，提高危化品运输中信号采集的兼容性，根据传感器运输载体的运行状况合理分配传感器组的功耗，从而有利于对危化品运输过程中各个关键流程进行监测，提高危化品运输过程中的安全性。

附图说明

图1是危化品运输传感器信号采集系统功能说明框图。

图2是危化品运输传感器信号采集系统电路原理图。

图3是危化品运输传感器信号采集参数配置流程图。

图4是危化品运输传感器信号采集数据传输流程图。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。

(I)危化品运输传感器信号采集系统

信号采集系统的组成为电压型传感器组，分别为气体传感器和加速度传感器，电流型传感器组，分别为压力传感器和液位传感器，数字总线接口型传感器组分别为速度传感器和加速度传感器，使用的数字通信总线为RS485总线，开关量传感器，均为门开关传感器。

中心控制单元U3由32位ARM处理器芯片STM32F103C8T6，晶振Y2，电容C3和C7及外围电路组成。

电压型传感器组的电源控制电路由电阻R1、R2、R6、R11、R12、R13和晶体管Q1、Q2、Q4、Q5组成，中心控制单元U3通过R6和Q2相连，通过R13和Q5相连。电压型传感器连接在接口J2和J3上，滤波电路1由电阻R9、R10和电容C5、C6、C8组成。中心控制单元U3和多路选择器U5相连，传感器组接口J2和J3通过多路选择器U5和滤波电路1相连。A/D电路1由U4组成，U4的通信端口和中心控制单元U3相连，U4的第一路模拟入口和滤波电路1相连接。

电流型传感器组的电源控制电路由电阻R16、R17、R18、R19、R20、R23和晶体管Q6、Q7、Q8、Q9组成，中心控制单元U3通过R18和Q7相连，通过R23和Q9相连。电流型传感器连接在接口J5和J6上，滤波电路2由电阻R14、R15和电容C9、C10、C11组成。中心控制单元U3和多路选择器U5相连，传感器组接口J5和J6通过多路选择器U5和滤波电路2相连。A/D电路2由U4组成，U4的通信端口和中心控制单元U3相连，U4的第二路模拟入口和滤波电路2相连接。

开关量传感器组接口由J9和J10组成，开关量调理电路由电阻R28、R30和光电耦合器件U7、U8组成。采样电路由电阻R29、R31和光电耦合器件U7、U8组成。光电耦合器件U7和U8的输出和中心控制单元U3相连。

数字总线接口型传感器组的电源控制电路由电阻R24、R25、R26、R27、R32、R33和晶体管Q10、Q11、Q12、Q13组成，中心控制单元U3通过R32和Q11相连，通过R33和Q13相连。RS485接口型传感器组的接口由J1和J8组成。RS485接口电路由U2和R8组成。中心控制单元U3和RS485接口电路中U2的TTL端口相连，RS485接口型传感器组的接口J1和J8和RS485接口电路中U2的RS485端口相连。

通信模块接口电路和电源管理模块接口电路由接口J4、J7、电容C12、C13、C14、C15和U6组成。通信模块接口J4和U6的232接口通道1相连；电源管理模块接口J7和U6的232接口通道2相连。中心控制单元U3和U6的TTL接口通道1、通道2相连。

实时时钟由晶振Y1和电容C2、C4组成，并和中心控制单元U3的低速外部时钟接口相连。报警电路由电阻R5、R7、发光二极管D1、晶体管Q3、蜂鸣器LS1组成。中心控制单元通过R5和发光二极管D1相连，通过R7和Q3和蜂鸣器LS1相连。存储电路由电阻R4、电容C1和EEPROM存储芯片U1组成，并通过U1的通讯口和中心控制单元U3相连。

(II)危化品运输传感器信号采集方法

危化品运输传感器信号采集方法主要由参数配置模块和数据传输模块组成。参数配置模块通过通信模块对信号采集系统进行参数配置，是信号采集系统工作的基础，信号采集系统只有在正确地进行参数配置的基础上，才能正常工作，数据传输模块是信号采集系统传输各个传感器采集得到的数据的过程，数据传输是信号采集系统工作的主要内容。

信号采集系统参数配置过程为，信号采集系统接收到“参数配置命令”，判断是否为“传感器配置”命令，如果是“传感器配置”命令，则接收传感器地址和类型编码。传感器地址编码为：100～1FF为电压型传感器组地址编码范围，200～2FF为电流型传感器组地址编码范围，300～3FF为开关量传感器组地址编码范围，400～4FF为数字总线接口型传感器组的地址编码范围。传感器类型编码方式为：001为气体传感器，002为压力传感器，003为液位传感器，004为温度传感器，005为湿度传感器，006为速度传感器，007为加速度传感器，008为倾角传感器，009为门开关传感器。信号采集系统接收各个传感器的零点、满量程点和报警阈值，零点、满量程点作为传输数据的基准参照值，报警阈值作为判断是否需要报警的判断依据。写入传感器地址、类型编码、零点和满量程点值到存储器。判断是否写入成功，如果写入成功，则返回“写入成功”消息，如果没有写入成功，则返回“失败”消息，流程退出。

信号采集系统接收到“参数配置命令”，如果判断结果不是“传感器配置”命令，判断是否为“低功耗配置”命令，如果也不是“低功耗配置”命令，则直接返回，退出流程。如果是“低功耗配置”命令，接收开启的传感器地址，写入开启的传感器地址到存储器，存储对应的地址，掉电后可以保存。打开对应地址的传感器电源，判断是否已经切换成功，如果切换成功，则向上位机返回当前处于工作状态的传感器地址，并返回“成功”消息，如果没有切换成功，则返回“失败”消息，退出低功耗配置流程。

信号采集系统传输测试得到数据的过程为，信号采集系统接收到“数据传输”命令后，接收需要传输数据的传感器地址。由于存在低功耗设计，信号采集系统判断对应地址数据是否处于开启状态，如果该地址传感器处于开启状态，则读取传感器读数，结合存储器数据，得到数值。返回读取的数值和“成功”的消息给上位机，退出流程。如果传感器处于关闭状态，则返回传感器关闭，和“读取失败”消息给上位机，退出流程。

接收到“参数配置”命令，进入参数配置处理流程，接收到“数据传输”命令，进入到数据传输处理流程。

Claims (2)

1.一种危险化学品运输监测传感器信号采集系统，包括电压型传感器组、电流型传感器组、开关量传感器组、数字总线型传感器组、电源控制电路、电压型传感器滤波电路、电压型传感器A/D电路、电流型传感器滤波电路、电流型传感器A/D电路、开关量调理电路、采样电路、数字总线接口电路、通信模块接口电路、电源管理模块接口电路、实时时钟、报警电路和存储电路，其特征在于，电源控制电路和电压型传感器组、电流型传感器组和数字总线型传感器组相连接，电源控制电路还和中心控制单元相连接，电压型传感器组通过电压型传感器滤波电路、电压型传感器A/D电路和中心控制单元相连接，电流型传感器组通过电流型传感器滤波电路、电流型传感器A/D电路和中心控制单元相连接，开关量传感器组通过开关量调理电路、采样电路和中心控制单元相连接，数字总线型传感器组通过数字总线电路和中心控制单元相连接，实时时钟和中心控制单元相连接，报警电路和中心控制单元相连接，中心控制单元和存储电路相连接，中心控制单元通过通信模块接口电路和通信模块相连接，中心控制单元通过电源管理模块接口电路和电源管理模块相连接。

2.一种危险化学品运输监测传感器信号采集方法，其特征在于包含参数配置模块和数据传输模块，预设危化品运输的传感器组配置参数，卸载、空载或停驶状态下传感器组低功耗模式，传输传感器组实时工作数据，具体步骤如下：

A.根据安装在危化品运输载体上传感器组配置情况，接收各个传感器地址、类型编码、零点、满量程值和报警阈值，建立传感器和数据通道映射关系表，接收开启传感器地址的低功耗配置信息，打开对应地址传感器电源，并将映射关系表和低功耗配置信息存入存储器；

B.接收需传输数据传感器的地址，读取传感器读数，结合存储器中的参数，返回所需地址的传感器读数值，完成数据传输；

C.接收到“参数配置”命令，进入A处理流程，接收到“数据传输”命令，进入到B处理流程。