CN107966918A

CN107966918A - 一种嵌入式智能仪器仪表系统

Info

Publication number: CN107966918A
Application number: CN201610909828.8A
Authority: CN
Inventors: 贾海亮; 相东; 钱立胜; 贾海波
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-10-19
Filing date: 2016-10-19
Publication date: 2018-04-27

Abstract

本发明公开了一种嵌入式智能仪器仪表系统，包括智能仪器仪表平台和数据采集基站，所述智能仪器仪表平台和数据采集基站的通信链路之间通过数据存储模块连接有数据分析处理模块，所述智能仪器仪表平台包括上层应用软件模块，所述数据采集基站包括数据采集模块，数据采集模块的输出端连接有交互式数据库，所述数据分析处理模块包括信号交互模块，所述信号交互模块的输出端连接有微处理器和人机接口设备，所述微处理器与智能仪器仪表平台进行数据交换，人机接口设备与数据采集基站进行数据交换，取代了许多笨重的硬件，内部结构和人机界面大为改观，提高了使用效率。

Description

一种嵌入式智能仪器仪表系统

技术领域

本发明涉及智能仪器仪表通讯技术领域，具体为一种嵌入式智能仪器仪表系统。

背景技术

计算机技术及微处理器技术的进步为推动了智能仪器仪表的发展注入了新的活力。通过其内置的微处理器，智能仪器仪表可以实现许多传统仪表无法完成的功能。其应用范围也广泛涉及到航空航天、环境检测、工业生产自动控制等诸多高新技术领域。在国外，高度智能化、多功能和综合应用的智能仪器仪表日益普遍，功能日益增强，智能化水平很高，有的智能仪器仪表甚至具备了专家系统和推断、分析决策和优化控制等高级智能功能。智能仪器仪表在我国起步较晚，但发展非常迅速，市场潜力巨大。目前，我国智能仪表总体上达到上世纪90年代初期的国际水平，大约40%的仪表产品实现了数字化，15%的仪表产品具备了基本的智能化功能。但是，我国的智能仪表行业还处于起步阶段，仪表产品与发达国家的同类型产品还具有较大差距。

发明内容

针对以上问题，本发明提供了一种嵌入式智能仪器仪表系统，内置有微处理器，同时在仪器内部固化完成各种智能工作的软件程序，智能仪器不再是简单的硬件实体，而是硬件、软件相结合的产物，仪器仪表与微处理器的结合，取代了许多笨重的硬件，内部结构和人机界面大为改观，可以有效解决背景技术中的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种嵌入式智能仪器仪表系统，包括智能仪器仪表平台和数据采集基站，所述智能仪器仪表平台和数据采集基站的通信链路之间通过数据存储模块连接有数据分析处理模块，所述智能仪器仪表平台包括上层应用软件模块，所述上层应用软件模块的输入端连接有底层驱动模块，上层应用软件模块的输出端连接有接口配置模块；所述数据采集基站包括数据采集模块，数据采集模块的输出端连接有交互式数据库，所述数据采集模块的输入端连接有数据交互模块，数据采集模块还连接有嵌入式控制系统；所述数据分析处理模块包括信号交互模块，所述信号交互模块的输出端连接有微处理器和人机接口设备，所述微处理器与智能仪器仪表平台进行数据交换，人机接口设备与数据采集基站进行数据交换。

作为本发明一种优选的技术方案，所述数据存储模块包括传感器组，所述传感器组的输出端通过AD转换通道模块与数模转换芯片相连接，所述数模转换芯片采用TDA1307系列的处理芯片。

作为本发明一种优选的技术方案，所述底层驱动模块包括I/O服务子程序库和系统引导接口，所述I/O服务子程序库的输入端连接有中断处理模块，所述中断处理模块的输入端连接有底层物理硬件设备，所述底层物理硬件设备的数据端连接到系统引导接口的输入输出端。

作为本发明一种优选的技术方案，所述接口配置模块包括FPGA控制器和异步检测模块，所述FPGA控制器的输出端通过功率调节器与串并转换接口模块相连接。

作为本发明一种优选的技术方案，所述数据采集模块包括电信号测量模块和设备温度传感模块，所述设备温度传感模块的输出端连接有温度测量模块，所述温度测量模块的输出端与压力检测模块相连接。

作为本发明一种优选的技术方案，所述数据交互模块包括RS232数据接口模块和通信检测模块，所述RS232数据接口模块的输出端通过红外接口转换器与通信检测模块相连接。

作为本发明一种优选的技术方案，所述嵌入式控制系统包括信号调节电路，所述信号调节电路的输出端与电平转换模块的输入端相连接。

作为本发明一种优选的技术方案，所述微处理器包括内核空间设备驱动模块，所述内核空间设备驱动模块的输出端连接有设备控制器，所述设备控制器的数据端通过全向接收天线与调制解调器相连接。

作为本发明一种优选的技术方案，所述人机接口设备包括LCD显示屏和全方位摄像头，所述LCD显示屏和全方位摄像头的数据端均使用操作键盘进行控制。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：该平台化的嵌入式智能仪器仪表系统，以智能仪表的一般化功能出发，构成数据采集、数据分析处理、数据交互和数据存储这四个主要功能模块。每个功能模块设计的重点是提供对不同应用领域测量功能的集成与控制能力；能够根据被测目标和现场环境的变化对硬件和软件功能模块进行有选择性的组合与重构，实现对系统功能的重新定义。从而达到一种综合性、可配置、可扩展的平台化效果。因此，对于智能仪器仪表平台，除了要保证对智能仪表基本测量功能的支持以外，更需要提供足够的软硬件资源和丰富的通信接口来实现对不同应用领域具体测量功能的集成，具体包括以下几个方面：

（1）数据采集功能的集成：提供SPI、IIC等多种高速通信接口对具体的数据采集模块进行集成，将数据采集模块测量到的数据发送给处理器进行集中处理；

（2）数据的分析处理：提供强大的运算能力，支持多种算法，对所采集的数据进行分析和处理；

（3）数据存储：提供多类型、大容量的存储空间对数据和处理结果进行储存和管理；

（4）数据交互：支持多种数据交互接口或者数据交互方式与网络中的其他节点进行数据交互。提供丰富的人机接口设备，包括鼠标、键盘、触摸屏，红外遥控输入接口和音视频输出。能够根据具体需求对操作模式进行调整。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为信号调节模块电路原理图。

图中：1-智能仪器仪表平台；2-数据采集基站；3-数据分析处理模块；4-上层应用软件模块；5-底层驱动模块；6-接口配置模块；7-数据采集模块；8-数据交互模块；9-嵌入式控制系统；10-信号交互模块；11-微处理器；12-人机接口设备；13-传感器组；14-AD转换通道模块；15-数模转换芯片；16-I/O服务子程序库；17-系统引导接口；18-中断处理模块；19-底层物理硬件设备；20-FPGA控制器；21-异步检测模块；22-功率调节器；23-串并转换接口模块；24-交互式数据库；25-电信号测量模块；26-设备温度传感模块；27-温度测量模块；28-压力检测模块；29-RS232数据接口模块；30-通信检测模块；31-红外接口转换器；32-信号调节电路；33-电平转换模块；34-内核空间设备驱动模块；35-设备控制器；36-全向接收天线；37-调制解调器；38-LCD显示屏；39-全方位摄像头；40-操作键盘；41-数据存储模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：

请参阅图1和图2，本发明提供一种技术方案：一种嵌入式智能仪器仪表系统，包括智能仪器仪表平台1和数据采集基站2，所述智能仪器仪表平台1和数据采集基站2的通信链路之间通过数据存储模块41连接有数据分析处理模块3，所述智能仪器仪表平台1包括上层应用软件模块4，所述上层应用软件模块4的输入端连接有底层驱动模块5，上层应用软件模块4的输出端连接有接口配置模块6；所述数据采集基站2包括数据采集模块7，数据采集模块7的输出端连接有交互式数据库24，所述数据采集模块7的输入端连接有数据交互模块8，数据采集模块7还连接有嵌入式控制系统9；所述数据分析处理模块3包括信号交互模块10，所述信号交互模块10的输出端连接有微处理器11和人机接口设备12，所述微处理器11与智能仪器仪表平台1进行数据交换，人机接口设备12与数据采集基站2进行数据交换；

所述数据存储模块41包括传感器组13，所述传感器组1的输出端通过AD转换通道模块14与数模转换芯片15相连接，所述数模转换芯片采用TDA1307系列的处理芯片，所述底层驱动模块5包括I/O服务子程序库16和系统引导接口17，所述I/O服务子程序库16的输入端连接有中断处理模块18，所述中断处理模块18的输入端连接有底层物理硬件设备19，所述底层物理硬件设备19的数据端连接到系统引导接口17的输入输出端，所述接口配置模块6包括FPGA控制器20和异步检测模块21，所述FPGA控制器20的输出端通过功率调节器22与串并转换接口模块23相连接，所述数据采集模块7包括电信号测量模块25和设备温度传感模块26，所述设备温度传感模块26的输出端连接有温度测量模块27，所述温度测量模块27的输出端与压力检测模块28相连接，所述数据交互模块8包括RS232数据接口模块29和通信检测模块30，所述RS232数据接口模块29的输出端通过红外接口转换器31与通信检测模块30相连接，所述嵌入式控制系统9包括信号调节电路32，所述信号调节电路32的输出端与电平转换模块33的输入端相连接，所述微处理器11包括内核空间设备驱动模块34，所述内核空间设备驱动模块34的输出端连接有设备控制器35，所述设备控制器35的数据端通过全向接收天线36与调制解调器37相连接，所述人机接口设备12包括LCD显示屏38和全方位摄像头39，所述LCD显示屏38和全方位摄像头39的数据端均使用操作键盘40进行控制。

本发明的工作原理：所述嵌入式智能仪器仪表系统，内置有微处理器，同时在仪器内部固化完成各种智能工作的软件程序。因此，智能仪器不再是简单的硬件实体，而是硬件、软件相结合的产物。仪器仪表与微处理器的结合，取代了许多笨重的硬件，内部结构和人机界面大为改观。

该平台化的嵌入式智能仪器仪表系统，以智能仪表的一般化功能出发，构成数据采集、数据分析处理、数据交互和数据存储这四个主要功能模块。每个功能模块设计的重点是提供对不同应用领域测量功能的集成与控制能力；能够根据被测目标和现场环境的变化对硬件和软件功能模块进行有选择性的组合与重构，实现对系统功能的重新定义。从而达到一种综合性、可配置、可扩展的平台化效果。因此，对于智能仪器仪表平台，除了要保证对智能仪表基本测量功能的支持以外，更需要提供足够的软硬件资源和丰富的通信接口来实现对不同应用领域具体测量功能的集成，具体包括以下几个方面：

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种嵌入式智能仪器仪表系统，包括智能仪器仪表平台（1）和数据采集基站（2），所述智能仪器仪表平台（1）和数据采集基站（2）的通信链路之间通过数据存储模块（41）连接有数据分析处理模块（3），其特征在于：所述智能仪器仪表平台（1）包括上层应用软件模块（4），所述上层应用软件模块（4）的输入端连接有底层驱动模块（5），上层应用软件模块（4）的输出端连接有接口配置模块（6）；所述数据采集基站（2）包括数据采集模块（7），数据采集模块（7）的输出端连接有交互式数据库（24），所述数据采集模块（7）的输入端连接有数据交互模块（8），数据采集模块（7）还连接有嵌入式控制系统（9）；所述数据分析处理模块（3）包括信号交互模块（10），所述信号交互模块（10）的输出端连接有微处理器（11）和人机接口设备（12），所述微处理器（11）与智能仪器仪表平台（1）进行数据交换，人机接口设备（12）与数据采集基站（2）进行数据交换,所述数据存储模块（41）包括传感器组（13），所述传感器组（13）的输出端通过AD转换通道模块（14）与数模转换芯片（15）相连接，所述数模转换芯片采用TDA1307系列的处理芯片,所述底层驱动模块（5）包括I/O服务子程序库（16）和系统引导接口（17），所述I/O服务子程序库（16）的输入端连接有中断处理模块（18），所述中断处理模块（18）的输入端连接有底层物理硬件设备（19），所述底层物理硬件设备（19）的数据端连接到系统引导接口（17）的输入输出端。

2.根据权利要求1所述的一种嵌入式智能仪器仪表系统，其特征在于：所述接口配置模块（6）包括FPGA控制器（20）和异步检测模块（21），所述FPGA控制器（20）的输出端通过功率调节器（22）与串并转换接口模块（23）相连接。

3.根据权利要求1所述的一种嵌入式智能仪器仪表系统，其特征在于：所述数据采集模块（7）包括电信号测量模块（25）和设备温度传感模块（26），所述设备温度传感模块（26）的输出端连接有温度测量模块（27），所述温度测量模块（27）的输出端与压力检测模块（28）相连接。

4.根据权利要求1所述的一种嵌入式智能仪器仪表系统，其特征在于：所述数据交互模块（8）包括RS232数据接口模块（29）和通信检测模块（30），所述RS232数据接口模块（29）的输出端通过红外接口转换器（31）与通信检测模块（30）相连接。

5.根据权利要求1所述的一种嵌入式智能仪器仪表系统，其特征在于：所述嵌入式控制系统（9）包括信号调节电路（32），所述信号调节电路（32）的输出端与电平转换模块（33）的输入端相连接。

6.根据权利要求1所述的一种嵌入式智能仪器仪表系统，其特征在于：所述微处理器（11）包括内核空间设备驱动模块（34），所述内核空间设备驱动模块（34）的输出端连接有设备控制器（35），所述设备控制器（35）的数据端通过全向接收天线（36）与调制解调器（37）相连接。

7.根据权利要求1所述的一种嵌入式智能仪器仪表系统，其特征在于：所述人机接口设备（12）包括LCD显示屏（38）和全方位摄像头（39），所述LCD显示屏（38）和全方位摄像头（39）的数据端均使用操作键盘（40）进行控制。