CN107204906A - 一种局域数据采集网络通信装置及其实现方法 - Google Patents

一种局域数据采集网络通信装置及其实现方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种局域数据采集网络通信装置及其实现方法，该装置由核心微处理器MCU、上位机通信接口电路、端口通信芯片、端口通信接口电路和其他有关接口电路组成。该装置在局域范围内，对有上千、上万的采集点位数、或更多的采集点位数的大规模数据采集的场合，进行模拟量数据、数字量数据采集或开关量数据采集的数据采集网络通信装置及其实现方法。通过该装置，可以方便快速地把局域范围内大规模的现场即时数据，采集到应用系统数据服务器中。

Description

一种局域数据采集网络通信装置及其实现方法
技术领域
本发明涉及一种局域内进行数据采集的网络通信装置，特别涉及一种采用核心微处理器MCU、上位 机通信接口电路、端口通信芯片、端口通信接口电路和其他有关接口电路组成的，在局域范围内对有上千、 上万的采集点位数、或更多的采集点位数等大规模数据采集点位数的场合，进行模拟量数据采集、数字量 数据采集或开关量数据采集的数据采集网络通信装置及其实现方法。
背景技术
在互联网通信技术以及大数据应用技术高速发展的当今时代，一定区域范围内的各种数据，比如工厂 中生产设备的运行数据、工厂中与产品生产相关的各种过程数据、一个农业养殖场的生物生长环境数据等 等，这些数据都希望能通过某种快速方便的方式，传输到网络数据服务器，供各种智能监控、监测以及大 数据分析等应用系统使用。目前，在一个网络数据监控监测或云数据服务应用系统中，数据服务器对局域 内的数据采集的方法是，在传感器的基础上加上一个网络通信模块，再配上网络串口服务器等网络通信设 备，或者借用设备上自身控制系统的通信端口，或者利用基于计算机的PCI数据采集卡，或者利用一个PLC 充当数据通信设备的功能等方法来实现。但是，这些方法如果使用在采集点数较大的场合，就会导致现场 接线繁琐、大量重复布线、网络路由设备使用过多、设备成本高、施工成本高、维护维修成本高等诸多弊 端；更为重要的是，在一定局域内进行几千或几万个或更多数据采集点位进行数据采集时，会受到网络通 信设备IP地址和端口号分配资源的限制，从而会限制或影响数据采集效率；同时也会导致了局域网络内部 IP地址和端口号资源的利用效率。因此，在一个局域空间内，如何把几千或几万个或更多采集点位的现场数据，方便快速地采集到应用系统数据服务器中，是现有局域数据采集网络通信技术中有待解决问题。
发明内容
为实现本发明的目的，本发明提供了一种在局域范围内对有上千、上万的采集点位数、或更多的采集 点位数等大规模数据采集点位数的场合，进行模拟量数据、数字量数据采集或开关量数据采集的数据采集 网络通信装置及其实现方法。该装置是由核心微处理器MCU、上位机通信接口电路、端口通信芯片、端 口通信接口电路和其他有关接口电路组成。接口电路(1)为一个使核心微处理器MCU能与上位机建立数 据通信的通信电路，这里所说的上位机可以是局域网络服务器，也可以是广域网中的云端服务器，还可以 是局域网络中的其他数据采集通信设备或装置。这里所说的上位机通信电路可以包括如下几种中的一种或 多种：①RS232通信电路，②RS485通信电路，③CAN通信电路，④以太网通信电路，⑤EtherCAT网络通 信电路，⑥WIFI无线通信电路。接口电路(2)为核心微处理器MCU外部数据存储器接口电路，这里的 数据存储器可以作为本装置进行数据采集的数据通信使用和掉电保持数据使用。接口电路(3)核心微处 理器MCU的时钟和复位电路，这是根据核心微处理器MCU自身的技术要求而设计的。接口电路(5)LCD 显示屏接口电路，这里的显示屏可以显示核心微处理器MCU的工作状态和各种运行参数等信息。核心微 处理器MCU还分别连接了端口通信芯片(1)至端口通信芯片(n)等n个端口通信芯片，使得核心微处 理器MCU能分别与端口通信芯片(1)至端口通信芯片(n)等n个端口通信芯片建立数据通信。所述n 的具体数值要根据所选的核心微处理器MCU引脚数而定，通常取值为2、4、8或者16，或者更大的值。所述端口通信芯片(1)至端口通信芯片(n)等n个端口通信芯片分别连接了接口电路(4.1)至接口电路 (4.n)等n路端口通信接口电路，所述n个端口通信接口电路又分别连接了n个通信端口，编号从通信端 口(1)到通信端口(n)。
所述的端口通信芯片，是一种既能通过串行通信方式与核心微处理器MCU进行数据通信功能，又具 有通用异步串口通信(UART)功能的芯片。这种通信芯片可以通过小型的可编程MCU编入相应功能的 程序而获得。所述n个端口通信芯片，与核心微处理器MCU通信方式为串口通信方式，每个端口通信芯 片只占用核心微处理器MCU最多4位输入输出IO引脚。所说的n个端口通信芯片的通用异步串口通信 (UART)端口，均可以通过转换电路转换为RS232通信标准、或者RS485总线通信标准、CAN总线通 信标准，从而组成n个对外的数据采集通信端口，编号为通信端口1至通信端口n。这些通信端口均可以 与本发明装置外部数据采集传感器(装置)以相应通信标准(RS232通信标准、或者RS485通信标准、或 者CAN总线通信标准)组成的子网络建立数据通信，在与子网络进行通信中，通信端口是子网络的主机， 外部各数据采集传感器(装置)为从机。所说的通信端口1至通信端口n，如果被转换成RS232通信标准 的通信端口，这个通信端口均可以分别与RS232转RF无线通信网络主模块建立通信，从而与现场相应具 有RF无线通信相同频率的从模块的数据采集传感器(或装置)，建立小型RF无线数据通信子网络进行数 据采集。同样，上述所说的通信端口1至通信端口n，如果被转换成RS485总线通信标准的通信端口，这 个RS485总线通信端口就可作为RS485总线通信网络主机，分别与现场相应具有RS485总线通信从机特 性的数据采集传感器(或装置)，建立小型RS485总线数据通信子网络进行数据采集。同样，上述所说的 通信端口1至通信端口n，如果被转换成CAN总线通信标准的通信端口，这个CAN总线通信端口就可作 为CAN总线通信网络主机，分别与现场相应具有CAN总线通信从机特性的数据采集传感器(或装置)， 建立小型CAN总线数据通信子网络进行数据采集。上述所说的每个通信端口，无论是连接由RF无线数据 通信子网络进行数据采集，还是连接由RS485总线数据通信子网络进行数据采集，还是连接由CAN总线 数据通信子网络进行数据采集，均可以设计为最少256字节(256Bytes)的数据采集量。这样，每个通信 端口最少可以采集2048个点位的开关量数据。计算方法为：256字节×8点位/字节＝2048点位；或者 最少可以采集128个点位的双字节数字量数据。计算方法为：256字节÷2字节＝128(双字节数字量点 位)。n个通信端口，这样每个本发明装置的数据采集网络通信装置最少可以采集2048×n个点位的开关 量数据；或者128×n个点位的双字节数字量数据。模拟量数据采集是通过传感器进行ADC转换，转换 成数字量进行采集，点数的计算方法与双字节数字量点位相同。
所述的核心微处理器MCU，需要下载相应的软件方可实现本发明的功能。主要软件模块包括：(1) 包含通信协议的与上位机进行通信的软件；(2)包含通信协议的与端口通信芯片进行串口通信的软件；(3) LCD显示屏驱动软；(4)其他辅助功能软件。
所述的端口通信芯片，需要下载相应的软件方可实现本发明的功能。主要软件模块包括：(1)包含通 信协议的与下位数据采集传感器(或装置)或由其组成的子网络进行主从式通信的软件，端口通信芯片作 为主机；(2)包含通信协议的与核心微处理器MCU进行串口通信的软件；(3)其他辅助功能软件。
在本发明装置中的核心微处理器MCU和所有端口通信芯片中下载了相应的软件后，连接在本发明装 置中的每个通信端口上的数据采集传感器(装置)，组成一个小型的子网络，所述小型子网络中的每一个 数据采集传感器(装置)，都可以根据事先下载到核心微处理器MCU中的，(1)包含通信协议的与上位机 进行通信的软件的规定，分配一个唯一的地址，相当于一个数据存储器的地址。当上位机局域网络服务器， 或者广域网中的云端服务器，或者局域网络中的其他数据采集通信设备或装置，要采集连接在本发明装置 中任何一个通信端口的，任意一个或多个分配地址连续的数据采集传感器(装置)的数据时，只需要通过 根据所说的核心微处理器MCU中的软件的通信协议，发送相应的数据采集命令，以及被采集的事先分配 给数据采集传感器(装置)的地址信息，就可以根据所说的通信协议获得现场数据采集传感器(装置)返 回的相应地址的数据采集传感器(装置)中的数据。这样就实现了本发明装置的现场数据采集功能。
上位机局域网络服务器，或者广域网中的云端服务器，或者局域网络中的其他数据采集通信设备或装 置(以下统一简称上位机)，实现采集一次数据采集传感器(装置)(以下简称传感器)的数据时的步骤和 方法如下：
步骤1：上位机发送含有命令和传感器地址信息的数据通信帧给本发明装置的核心微处理器MCU(以 下简称MCU)；
步骤2：MCU接收到上位机的数据帧后，解析命令功能和地址信息；
步骤3：MCU根据解析出的命令和地址信息，直接把该数据帧接力发送到相应的端口通信芯片x；
步骤4：端口通信芯片x接收得到MCU发来的含有命令和地址信息数据帧后，解析出命令功能和地 址信息；
步骤5：端口通信芯片x根据解析出的命令和地址信息，向连接在自己端口上的传感器子网络发出数 据查询数据通信帧；
步骤6：传感器子网络接收到数据查询通信帧后，相应地址的传感器就返回一个自身的数据给端口通 信芯片x；
步骤7：端口通信芯片x从传感器子网络上接收到相应地址的传感器数据；
步骤8：端口通信芯片x把刚刚接收到的传感器数据，加上本身的端口号和相应传感器的地址信息， 组成数据帧，发送给MCU；
步骤9：MCU接收到端口通信芯片x发送过来的含有端口号和传感器地址信息的数据帧后，接力送给 上位机；
步骤10：上位机接收到MCU返回的数据帧后，解析出地址信息或传感器数据，把数据储存到上位机 的相应的数据存储器中。本次数据采集结束。
本发明装置将结合实施例、参考附图进行详细说明，以使对本发明的目的、特征及优点进行深入的了 解。
附图说明
图1是本发明实施例提供局域数据采集网络通信装置的整体结构框图。
图2是本发明实施例提供局域数据采集网络通信装置的应用连接结构框图。
图3是本发明实施例局域数据采集网络通信装置其中一个RS485端口组成的RS485总线数据采集子 网络结构示意图。
图4是本发明实施例局域数据采集网络通信装置其中一个RS232端口组成RF无线通信主模块建立的 RF无线数据采集子网络结构示意图。
图5，本装置其中一个CAN总线端口组成的CAN总线数据采集子网络结构示意图。
图6，是本发明实施例局域数据采集网络通信装置接口电路(1)上位机通信接口电路连接图。
图7，是本发明实施例局域数据采集网络通信装置接口电路(2)外部数据存储器接口电路和接口电路 (3)时钟和复位电路的连接图。
图8，是本发明实施例局域数据采集网络通信装置接口电路(4.1)、接口电路(4.2)和接口电路(4.2) 的电路连接图。
图9，是本发明实施例局域数据采集网络通信装置接口电路(4.3)、接口电路(4.5)和接口电路(4.6) 的电路连接图。
图10，是本发明实施例局域据采集网络通信装置接口电路(4.7)、接口电路(4.8)和接口电路(4.9) 的电路连接图。
图11，是本发明实施例局域数据采集网络通信装置接口电路(4.10)、接口电路(4.11)和接口电路(4.12) 的电路连接图。
图12，是本发明实施例局域数据采集网络通信装置接口电路(4.13)、接口电路(4.14)和接口电路(4.15) 的电路连接图。
图13，是本发明实施例局域数据采集网络通信装置接口电路(4.16)和接口电路(5)的电路连接图。
图14，是本发明实施例局域数据采集网络通信装置核心微处理器MCU的主程序和数据通信中断服务 程序的流程图。
图15，是本发明实施例局域数据采集网络通信装置端口通信芯片的主程序和数据通信中断服务程序的 流程图。
具体实施方式
为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图详细描述本发明提供的实施例。参见图1、图2、 图3、图4、和图5所示，本发明局域数据采集网络通信装置实施例的具体描述如下：
1)本发明局域数据采集网络通信装置实施例采用的核心微处理器MCU(以下简称MCU)选用ARM Cortex-M3为核的32位微处理器MCU，型号为STM32F103VCT6，封装为LQFP100，芯片引脚为100 个。其主要性能为：最高频率为72MHz，含256K Flash程序存储器ROM、64K内部数据存储器RAM； 含PA，PB，PC，PD，PE等五个16位输入输出I/O端口；集成了3个SPI串口接口电路，2个IIC 串口接口电路，5个USART或UART异步串口等。
2)本发明局域数据采集网络通信装置实施例采用的端口通信芯片选用STM8为核的8位微处理器芯片， 型号为STM8S105K4，封装为LQFP32，芯片引脚为32个。其主要性能为：最高频率为24MHz，含16K Flash程序存储器ROM、2K内部数据存储器RAM，，以及1K的EEPROM；含PA，PB，PC，PD，PE等五 个8位输入输出I/O端口，LQFP32共引出了25个输入输出I/O引脚；集成了1个SPI串口接口电 路，1个IIC串口接口电路，1个UART异步串口等。
3)本发明局域数据采集网络通信装置实施例的上位机通信电路具有①RS232通信电路，②RS485通信 电路和④以太网通信电路。
4)本发明局域数据采集网络通信装置实施例中有16个数据通信端口，即上述中n的值为16，其通信 端口编号从通信端口1至通信端口16。
5)本发明局域数据采集网络通信装置实施例采用SPI的串口通信方式与核心微处理器MCU进行数据 通信。
6)本发明局域数据采集网络通信装置实施例中的16个通信端口，每个通信端口具有4K字节(4096 Bytes)的数据采集量，这样，这个实施例的每个端口最大能采集32768点位的开关量数据，计算方 法为：4096字节×8点位/字节＝32768点位；或者最大能采集2048点位双字节数字量点位，计 算方法为：4096字节÷2字节＝2048(双字节数字量点位)；16个通信端口就可以采集32768点 位×16＝524288个开关量点位，或者2048×16＝32768个双字节数字量点位。
7)本发明局域数据采集网络通信装置实施例中的核心微处理器MCU中下载了(1)包含MODBUS通 信协议的与上位机进行通信的软件、(2)包含SPI通信协议的与端口通信芯片进行串口通信的软件， 和(3)2.4寸SPI串口TFT彩色LCD显示屏ILI9341驱动软件。所说的SPI通信协议软件，核心 微处理器MCU是作为SPI主机的，并且用是通过软件的方法，模拟出16个SPI通信端口，分别与 16个端口通信芯片建立双向数据通信的功能。
8)本发明局域数据采集网络通信装置实施例中的端口通信芯片中下载了(1)包含RS485总线通信协 议的与下位数据采集传感器(或装置)进行通信的软件、(2)包含SPI通信协议的与核心微处理器MCU进行串口通信的软件。所说的SPI通信协议软件，端口通信芯片是作为SPI从机的，并且每 个端口通信芯片，分别与核心微处理器MCU用软件方法模拟出的16个SPI通信端口中的一个SPI 通信端口，建立双向数据通信的功能。
9)本发明局域数据采集网络通信装置实施例工作时，连接在本发明装置中的每个通信端口上的数据采 集传感器(装置)，所组成的小型子网络中的每一个数据采集传感器(装置)，都可以根据MODBUS 通信协议地址的规范，分配一个唯一的地址，这个地址相当于MODBUS通信协议中规定的从机中 的一个数据存储器的地址。上位机局域网络服务器，或者广域网中的云端服务器，或者局域网络中 的其他数据采集通信设备或装置，要获得连接在本发明装置中任何一个通信端口的，任意一个或多 个分配地址连续的数据采集传感器(装置)的数据时，只需根据MODBUS通信协议中的命令格式， 使用功能码03，就可以采集到连接在连接在本发明装置中任何一个端口上的任何单一或连续的数据 采集传感器(装置)的数据。
10)参见图6所示，本发明局域数据采集网络通信装置实施例的接口电路(1)上位机通信接口电路。 包含①RS232通信电路，②RS485通信电路，④以太网通信电路。其中①RS232通信电路选用MAX232 接口芯片，连接关系如下：MAX232的T1IN引脚和R1OUT引脚分别与MCU的PA9(TXD)和PA10 (RXD)连接；MAX232的T1OUT引脚和R1IN引脚分别与DB9/F端口座子的2引脚和3引脚连接； MAX232的GND与DB9/F端口座子的5引脚连接。其中②RS485通信电路选用MAX485接口芯片，连 接关系如下：MAX485的RX引脚和TX引脚分别与MCU的PC11(RXD)和PC10(TXD)连接； MAX485的A引脚和B引脚分别与三线端口座子的1引脚和3引脚连接；MAX485的GND与三线端口 座子的2引脚连接。其中④以太网通信电路选用ENC28J60以太网控制器芯片，连接关系如下： ENC28J60以太网控制器芯片的NSS引脚、SCK引脚、MOSI引脚和MISO引脚，分别与MCU的 SPI-1通信接口PA4引脚、PA5引脚、PA6引脚和PA7引脚连接；ENC28J60以太网控制器芯片的 TD+引脚、TD-引脚、RD+引脚和RD-引脚，分别与含以太网变压器的RJ45端口座子HR911105A 的TD+引脚、TD-引脚、RD+引脚和RD-引脚连接。
11)参见图7所示，本发明局域数据采集网络通信装置实施例的接口电路(2)数据存储器接口电路。 实施例选用EEPROM AT24C04芯片，连接关系如下：AT24C04芯片的SDA引脚和SDL引脚， 分别与MCU的IIC通信接口PB9引脚和PB8引脚连接。
12)参见图7所示，本发明局域数据采集网络通信装置实施例的接口电路(3)时钟和复位电路。时钟 电路选用8MHz的晶体组成，时钟电路的OCS_IN引线和OCS_OUT引线分别与MCU的OCS_IN引 脚和OCS_OUT引脚连接；复位电路选用电容和电阻组成，复位电路的NRST引线与MCU的NRST 引脚连接。
13)参见图13所示，本发明局域数据采集网络通信装置实施例的接口电路(5)LCD显示屏接口电路。 LCD显示屏接口电路选用SPI接口的LCD显示屏，型号为：2.4寸SPI串口TFT彩屏，显示屏的 控制芯片为ILI9341，与MCU的连接关系如下：NSS引脚、SCK引脚、MOSI引脚和MISO引脚， 分别与MCU的SPI-2通信接口PB12引脚、PB13引脚、PB14引脚和PB15引脚连接。
14)参见图8所示，本发明局域数据采集网络通信装置实施例的接口电路(4.1)端口通信接口电路。电 路连接关系如下：端口通信芯片1(STM8S105K4)的NSS(PE5)引脚、MOSI(PC6)引脚、MISO(PC7) 引脚和SCK(PC5)引脚，分别与MCU的PA1引脚、PA2引脚、PA3引脚和PA8引脚连接；端口通 信芯片1(STM8S105K4)的UART_RX(PD5)引脚和UART_TX(PD6)引脚分别与MAX485芯片1的 RX引脚和TX引脚连接。
15)参见图8所示，本发明局域数据采集网络通信装置实施例的接口电路(4.2)端口通信接口电路。电 路连接关系如下：端口通信芯片2(STM8S105K4)的NSS(PE5)引脚、MOSI(PC6)引脚、MISO(PC7) 引脚和SCK(PC5)引脚，分别与MCU的PA11引脚、PA12引脚、PA13引脚和PA14引脚连接；端 口通信芯片2(STM8S105K4)的UART_RX(PD5)引脚和UART_TX(PD6)引脚分别与MAX485芯片2 的RX引脚和TX引脚连接。
16)参见图8所示，本发明局域数据采集网络通信装置实施例的接口电路(4.3)端口通信接口电路。电 路连接关系如下：端口通信芯片3(STM8S105K4)的NSS(PE5)引脚、MOSI(PC6)引脚、MISO(PC7) 引脚和SCK(PC5)引脚，分别与MCU的PA15引脚、PB0引脚、PB1引脚和PB2引脚连接；端口 通信芯片3(STM8S105K4)的UART_RX(PD5)引脚和UART_TX(PD6)引脚分别与MAX485芯片3 的RX引脚和TX引脚连接。
17)参见图9所示，本发明局域数据采集网络通信装置实施例的接口电路(4.4)端口通信接口电路。电 路连接关系如下：端口通信芯片4(STM8S105K4)的NSS(PE5)引脚、MOSI(PC6)引脚、MISO(PC7) 引脚和SCK(PC5)引脚，分别与MCU的PB3引脚、PB4引脚、PB5引脚和PB6引脚连接；端口 通信芯片4(STM8S105K4)的UART_RX(PD5)引脚和UART_TX(PD6)引脚分别与MAX485芯片4 的RX引脚和TX引脚连接。
18)参见图9所示，本发明局域数据采集网络通信装置实施例的接口电路(4.5)端口通信接口电路。电 路连接关系如下：端口通信芯片5(STM8S105K4)的NSS(PE5)引脚、MOSI(PC6)引脚、MISO(PC7) 引脚和SCK(PC5)引脚，分别与MCU的PB7引脚、PB10引脚、PB11引脚和PC0引脚连接；端口 通信芯片5(STM8S105K4)的UART_RX(PD5)引脚和UART_TX(PD6)引脚分别与MAX485芯片5 的RX引脚和TX引脚连接。
19)参见图9所示，本发明局域数据采集网络通信装置实施例的接口电路(4.6)端口通信接口电路。电 路连接关系如下：端口通信芯片6(STM8S105K4)的NSS(PE5)引脚、MOSI(PC6)引脚、MISO(PC7) 引脚和SCK(PC5)引脚，分别与MCU的PC1引脚、PC2引脚、PC3引脚和PC4引脚连接；端口 通信芯片6(STM8S105K4)的UART_RX(PD5)引脚和UART_TX(PD6)引脚分别与MAX485芯片6 的RX引脚和TX引脚连接。
20)参见图10所示，本发明局域数据采集网络通信装置实施例的接口电路(4.7)端口通信接口电路。 电路连接关系如下：端口通信芯片7(STM8S105K4)的NSS(PE5)引脚、MOSI(PC6)引脚、MISO (PC7)引脚和SCK(PC5)引脚，分别与MCU的PC5引脚、PC6引脚、PC7引脚和PC8引脚连接； 端口通信芯片7(STM8S105K4)的UART_RX(PD5)引脚和UART_TX(PD6)引脚分别与MAX485芯 片7的RX引脚和TX引脚连接。
21)参见图10所示，本发明局域数据采集网络通信装置实施例的接口电路(4.8)端口通信接口电路。 电路连接关系如下：端口通信芯片8(STM8S105K4)的NSS(PE5)引脚、MOSI(PC6)引脚、MISO (PC7)引脚和SCK(PC5)引脚，分别与MCU的PC9引脚、PC10引脚、PC11引脚和PC12引脚连 接；端口通信芯片8(STM8S105K4)的UART_RX(PD5)引脚和UART_TX(PD6)引脚分别与MAX485 芯片8的RX引脚和TX引脚连接。
22)参见图10所示，本发明局域数据采集网络通信装置实施例的接口电路(4.9)端口通信接口电路。 电路连接关系如下：端口通信芯片9(STM8S105K4)的NSS(PE5)引脚、MOSI(PC6)引脚、MISO (PC7)引脚和SCK(PC5)引脚，分别与MCU的PC13引脚、PC14引脚、PC15引脚和PD0引脚 连接；端口通信芯片9(STM8S105K4)的UART_RX(PD5)引脚和UART_TX(PD6)引脚分别与MAX485 芯片9的RX引脚和TX引脚连接。
23)参见图11所示，本发明局域数据采集网络通信装置实施例的接口电路(4.10)端口通信接口电路。 电路连接关系如下：端口通信芯片10(STM8S105K4)的NSS(PE5)引脚、MOSI(PC6)引脚、MISO (PC7)引脚和SCK(PC5)引脚，分别与MCU的PD1引脚、PD2引脚、PD3引脚和PD4引脚连接； 端口通信芯片10(STM8S105K4)的UART_RX(PD5)引脚和UART_TX(PD6)引脚分别与MAX485芯 片10的RX引脚和TX引脚连接。
24)参见图11所示，本发明局域数据采集网络通信装置实施例的接口电路(4.11)端口通信接口电路。 电路连接关系如下：端口通信芯片11(STM8S105K4)的NSS(PE5)引脚、MOSI(PC6)引脚、MISO (PC7)引脚和SCK(PC5)引脚，分别与MCU的PD5引脚、PD6引脚、PD7引脚和PD8引脚连接； 端口通信芯片11(STM8S105K4)的UART_RX(PD5)引脚和UART_TX(PD6)引脚分别与MAX485芯 片11的RX引脚和TX引脚连接。
25)参见图11所示，本发明局域数据采集网络通信装置实施例的接口电路(4.12)端口通信接口电路。 电路连接关系如下：端口通信芯片12(STM8S105K4)的NSS(PE5)引脚、MOSI(PC6)引脚、MISO (PC7)引脚和SCK(PC5)引脚，分别与MCU的PD9引脚、PD10引脚、PD11引脚和PD12引脚 连接；端口通信芯片12(STM8S105K4)的UART_RX(PD5)引脚和UART_TX(PD6)引脚分别与MAX485 芯片12的RX引脚和TX引脚连接。
26)参见图12所示，本发明局域数据采集网络通信装置实施例的接口电路(4.13)端口通信接口电路。 电路连接关系如下：端口通信芯片13(STM8S105K4)的NSS(PE5)引脚、MOSI(PC6)引脚、MISO (PC7)引脚和SCK(PC5)引脚，分别与MCU的PD13引脚、PD14引脚、PD15引脚和PE0引脚 连接；端口通信芯片13(STM8S105K4)的UART_RX(PD5)引脚和UART_TX(PD6)引脚分别与MAX485 芯片13的RX引脚和TX引脚连接。
27)参见图12所示，本发明局域数据采集网络通信装置实施例的接口电路(4.14)端口通信接口电路。 电路连接关系如下：端口通信芯片14(STM8S105K4)的NSS(PE5)引脚、MOSI(PC6)引脚、MISO (PC7)引脚和SCK(PC5)引脚，分别与MCU的PE1引脚、PE2引脚、PE3引脚和PE4引脚连接； 端口通信芯片14(STM8S105K4)的UART_RX(PD5)引脚和UART_TX(PD6)引脚分别与MAX485芯 片14的RX引脚和TX引脚连接。
28)参见图12所示，本发明局域数据采集网络通信装置实施例的接口电路(4.15)端口通信接口电路。 电路连接关系如下：端口通信芯片15(STM8S105K4)的NSS(PE5)引脚、MOSI(PC6)引脚、MISO (PC7)引脚和SCK(PC5)引脚，分别与MCU的PE5引脚、PE6引脚、PE7引脚和PE8引脚连接； 端口通信芯片15(STM8S105K4)的UART_RX(PD5)引脚和UART_TX(PD6)引脚分别与MAX485芯 片15的RX引脚和TX引脚连接。
29)参见图13所示，本发明局域数据采集网络通信装置实施例的接口电路(4.16)端口通信接口电路。 电路连接关系如下：端口通信芯片16(STM8S105K4)的NSS(PE5)引脚、MOSI(PC6)引脚、MISO (PC7)引脚和SCK(PC5)引脚，分别与MCU的PE9引脚、PE10引脚、PE11引脚和PE12引脚连 接；端口通信芯片16(STM8S105K4)的UART_RX(PD5)引脚和UART_TX(PD6)引脚分别与MAX485 芯片16的RX引脚和TX引脚连接。
30)参见图14所示，本发明局域数据采集网络通信装置实施例的核心微处理器MCU的主程序和数据通 信中断服务程序的流程。核心微处理器MCU的主程序流程：MCU上电后，首先进行芯片初始化； 接着启动上位机数据通信中断；然后进入步骤1，判断是否接收到上位机的数据帧，如果不是，则 返回到步骤1，继续判断是否接收到上位机的数据帧；如果是，则根据通信协议解析数据帧的命令 和地址信息；接着，把把命令和地址信息发送给相应的端口通信芯片；然后进入步骤2，判断是否 接收到相应端口通信芯片的返回数据帧，如果不是，则返回到步骤2，继续判断是否接收到相应端 口通信芯片的返回数据帧；如果是，解析出数据帧中被采集的现场传感器数据和地址；根据上位机 通信协议，把现场被采集传感器的数据和地址信息发送给上位机；接着返回到步骤1，判断是否接 收到上位机的数据帧。
MCU上位机数据通信中断服务程序流程：首先中断开始；接着接收上位机发送的数据；接着判断 是否数据帧结束标志，如果不是，直接转到中断返回；如果是，则设置数据帧结束标志；接着中断 返回。
31)参见图15所示，本发明局域数据采集网络通信装置实施例的端口通信芯片的主程和端口通信芯片 的数据通信中断服务程序的流程。端口通信芯片的主程序流程：端口通信芯片上电后，首先进行芯 片初始化；接着启动MCU数据通信中断；然后进入步骤1，判断是否接收到MCU的数据帧，如果 不是，则返回到步骤1，继续判断是否接收到MCU的数据帧；如果是，则根据通信协议解析数据 帧的命令和地址信息；接着，把把命令和地址信息发送给把命令和地址信息发送给通信端口连接的 子网络；然后进入步骤2，判断是否接收到相应通信端口连接的子网络返回数据帧，如果不是，则 返回到步骤2，继续判断是否接收到相应通信端口连接的子网络返回数据帧；如果是，解析出数据 帧中被采集的现场传感器数据和地址；根据MCU机通信协议，把现场被采集传感器的数据和地址 信息发送给MCU；接着返回到步骤1，判断是否接收到MCU的数据帧。
端口通信芯片数据通信中断服务程序流程：首先中断开始；接着接收MCU发送的数据；接着判断 是否数据帧结束标志，如果不是，直接转到中断返回；如果是，则设置数据帧结束标志；接着中断 返回。
以上对本发明装置施例所提供的局域数据采集网络通信装置进行了详细介绍，对于本领域的一般技 术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书 内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种局域数据采集网络通信装置，包括核心微处理器MCU，其特征在于：核心微处理器MCU连接了上位机通信接口电路、编号从1到n的n个端口通信芯片；所述n个端口通信芯片分别连接有编号从1到n的n个端口通信接口电路；所述的n的值是大于2的整数。
2.如权利要求1所述局域数据采集网络通信装置，其特征在于：核心微处理器MCU连接了外部数据存储器接口电路；或者核心微处理器MCU连接了LCD显示屏接口电路。
3.如权利要求2权利要求所述局域数据采集网络通信装置，其特征在于：上位机通信接口电路为：①RS232通信电路、②RS485总线通信电路、③CAN总线电路、④以太网通信电路、⑤EtherCAT网络通信电路和⑥WIFI无线通信电路中的一种或多种。
4.如权利要求3所述局域数据采集网络通信装置，其特征在于：核心微处理器MCU分别与n个端口通信芯片的连接是以串行通信方式的连接电路。
5.如权利要求4所述局域数据采集网络通信装置，其特征在于：核心微处理器MCU分别与n个端口通信芯片的连接是以SPI串行通信方式的连接电路。
6.如权利要求5所述局域数据采集网络通信装置，其特征在于：端口通信芯片与端口连接，是采用①RS232通信接口电路、②RS485总线通信接口电路、③CAN总线接口电路中的一种。
7.如权利要求6所述局域数据采集网络通信装置，其特征在于：核心微处理器MCU的内核为ARM Cortex-M3为核的32位微处理器。
8.如权利要求7所述局域数据采集网络通信装置，其特征在于：端口通信芯片为带有SPI和UART通信接口的微处理器。
9.如权利要求8所述局域数据采集网络通信装置，其特征在于：端口通信芯片的是以STM8为核的8位微处理器。
10.如权利要求1至9任一项权利要求所述局域数据采集网络通信装置，所述在局域范围内进行模拟量数据、数字量数据或开关量数据采集的方法包括以下步骤：
步骤1：上位机发送含有命令和传感器地址信息的数据通信帧给本装置的核心微处理器MCU(以下简称MCU)；
步骤2：MCU接收到上位机的数据帧后，解析命令功能和地址信息；
步骤3：MCU根据解析出的命令和地址信息，直接把该数据帧接力发送到相应的端口通信芯片x；
步骤4：端口通信芯片x接收得到MCU发来的含有命令和地址信息数据帧后，解析出命令功能和地址信息；
步骤5：端口通信芯片x根据解析出的命令和地址信息，向连接在自己端口上的传感器子网络发出数据查询数据通信帧；
步骤6：传感器子网络接收到数据查询通信帧后，相应地址的传感器就返回一个自身的数据给端口通信芯片x；
步骤7：端口通信芯片x从传感器子网络上接收到相应地址的传感器数据；
步骤8：端口通信芯片x把刚刚接收到的传感器数据，加上本身的端口号和相应传感器的地址信息，组成数据帧，发送给MCU；
步骤9：MCU接收到端口通信芯片x发送过来的含有端口号和传感器地址信息的数据帧后，接力送给上位机；
步骤10：上位机接收到MCU返回的数据帧后，解析出地址信息或传感器数据，把数据储存到上位机的相应的数据存储器中；本次数据采集结束。
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