CN109727443A - 传感器通用接口及传感器通用接口的信息采集系统 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种传感器通用接口及传感器通用接口的信息采集系统，属于信息采集技术领域。其中所述传感器通用接口包括：传感器接口模块及与传感器接口模块相连的网络适配器，传感器接口模块包括第一嵌入式微处理器和通用接口，通用接口内设置多个通道，多个通道适于与各种类型的传感器连接，第一嵌入式微处理器用于通过通用接口获取多个通道的各种类型的传感器的监测信号，并将监测信号进行解析、处理以转换成对应的通用信号后提供给网络适配器；网络适配器用于将传感器接口模块提供的通用信号进行网络适配转换后提供给上位机。本发明能够实现对不同类型传感器的监测信息进行处理，具有很强的兼容性，并且能够大大提高信息的处理速度。
Description
技术领域
本发明涉及信息采集技术领域，特别涉及一种传感器通用接口及传感器通用接口的信息采集系统。
背景技术
目前，在海洋观测领域，为了满足海洋研究、开发和利用对于空间性和时间性的强烈需求，构建能够综合、协调、实时、持续地获取各种海洋物理参数的海洋观测系统是必然的发展趋势。在海洋观测系统中，为了获得各种不同的物理参数，早期的观测采用人工测量的方式，根据个人经验对环境信息进行判断。随着电子技术的发展，出现了存储式环境监测设备，其能够定期取回数据进行分析，例如各种传感器，其可以监测海洋环境的各种信息。
但是，这些不同类型的传感器通常具有不同标准的总线接口，并且不同的总线接口都有自己的协议格式。这种不同类型的传感器接口之间不兼容、协议格式多种多样的特点，一方面容易导致现场布线复杂且混乱，大大增加了工程任务量。另一方面系统维护需要技术人员手动安装和配置，而海上工作环境比较恶劣，增加了人为出错的可能性，从而给海洋观测系统的构建、扩展、更新和维护等需求带来很多不便。
而为了能够同时连接不同传感器，业界也做了相关努力，市场上推出了一种通用传感器接口UTI03接口芯片，其是一款针对电阻式、微电容式、电阻桥式传感器而开发的接口芯片，需要复杂的硬件电路来实现。虽然它能在一定程度上解决有限种类传感器兼容的问题，但由于类型相对单一，传感器接入也很复杂，对具体传感器接口要求也较高，甚至需要定制，传感器种类很难裁剪，因此仍存在泛化能力不够、接口类型不足、数据交互速度受限的缺点，还是无法从根本上解决传感器兼容、即插即用的问题。另外，现有的传感器接口还因总线协议不兼容，协议标准不统一，数据格式转换复杂，大大降低了数据的处理速度。
发明内容
本发明提供一种传感器通用接口及传感器通用接口的信息采集系统，能够实现对不同类型传感器的监测信息进行处理，具有很强的兼容性，并且能够大大提高信息的处理速度。
所述技术方案如下：
本发明实施例提供了一种传感器通用接口，其包括：传感器接口模块及与所述传感器接口模块相连的网络适配器，其中，所述传感器接口模块，包括第一嵌入式微处理器和通用接口，所述第一嵌入式微处理器与所述通用接口和所述网络适配器相连，所述通用接口内设置多个通道，所述多个通道适于与各种类型的传感器连接，所述第一嵌入式微处理器用于通过所述通用接口获取所述多个通道的各种类型的传感器的监测信号，并将所获取的监测信号进行解析、处理以转换成对应的通用信号后提供给所述网络适配器；所述网络适配器，用于将所述传感器接口模块提供的通用信号进行网络适配转换后提供给上位机。
在本发明较佳的实施例中，所述网络适配器，还用于接收所述上位机发送的数据采集命令，并将所述数据采集命令发送给所述传感器接口模块，以控制与所述传感器接口模块相连的相应通道的传感器的数据采集；所述传感器接口模块，还用于根据所述数据采集命令获取相应通道的传感器的监测信号，并将所获取的监测信号进行解析、处理以转换成与相应通道所对应的通用信号后提供给所述网络适配器。
在本发明较佳的实施例中，所述通用接口的每个通道是与一种类型的传感器的接口相适配的引线或引针。
在本发明较佳的实施例中，所述传感器接口模块还进一步包括与所述第一嵌入式微处理器相连的存储器，所述第一嵌入式微处理器还用于利用所述存储器内预先存储的驱动程序或协议转换程序将所获取的监测信号进行协议解析、协议转换处理，以将不同协议格式构成的监测信号转换为对应的通用信号。
在本发明较佳的实施例中，所述传感器接口模块还包括TII，所述TII与所述网络适配器相连，所述TII采用IEEE 1451.2协议进行定义。
在本发明较佳的实施例中，所述网络适配器包括第二嵌入式微处理器以及与所述第二嵌入式微处理器相连的以太网控制器，所述第二嵌入式微处理器通过所述TII与所述传感器接口模块的第一嵌入式微处理器相连。
本发明实施例还提供了一种传感器通用接口的信息采集系统，其包括：传感器接口模块、与所述传感器接口模块相连的网络适配器及上位机，其中，所述传感器接口模块，包括第一嵌入式微处理器和通用接口，所述第一嵌入式微处理器与所述通用接口和所述网络适配器相连，所述通用接口内设置多个通道，所述多个通道适于与各种类型的传感器连接，所述第一嵌入式微处理器用于通过所述通用接口获取所述多个通道的各种类型的传感器的监测信号，并将所获取的监测信号进行解析、处理以转换成对应的通用信号后提供给所述网络适配器；所述网络适配器，用于将所述传感器接口模块提供的通用信号进行网络适配转换后提供给所述上位机；所述上位机，与所述网络适配器相连，用于对所述网络适配器转换后的信号进行处理后，以显示所对应的传感器所采集的参数。
在本发明较佳的实施例中，所述上位机，还用于向所述网络适配器发送数据采集命令；所述网络适配器，还用于接收所述上位机发送的数据采集命令，并将所述数据采集命令发送给所述传感器接口模块，以控制与所述传感器接口模块相连的相应通道的传感器的数据采集；所述传感器接口模块，还用于根据所述数据采集命令获取相应通道的传感器的监测信号，并将所获取的监测信号进行解析、处理以转换成与相应通道所对应的通用信号后提供给所述网络适配器；所述网络适配器还用于将相应通道所对应的通用信号进行网络适配转换后提供给所述上位机，以供所述上位机对所述网络适配器转换后的信号进行处理后，以显示所对应的传感器所采集的参数。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
通过设置连接不同类型传感器的通用接口，第一嵌入式微处理器对获取的多个通道的各种类型的传感器的监测信号进行解析、处理以及网络适配器的信息处理过程，统一了传感器接口的总线标准，允许不同类型接口传感器的即插即用，具有很强的网络兼容性和接口兼容性，还简化了传感器构成的网络控制系统，并且能够大大提高信息的处理速度。还实现了海洋仪器的互操作性，方便了系统的构建和维护，充分实现了资源共享、优势互补，打破了海洋仪器设备研发条块分割严重的局面，有效解决了我国海洋高端仪器设备技术瓶颈焦点的问题，对推进海洋产业健康快速发展具有重要意义。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1是本发明第一实施例提供的传感器通用接口的主要架构框图；
图2是本发明第二实施例提供的传感器通用接口的信息采集系统的主要架构框图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的传感器通用接口及传感器通用接口的信息采集系统其具体实施方式、结构、特征及功效，详细说明如后。
有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合参考图式的较佳实施例详细说明中将可清楚的呈现。通过具体实施方式的说明，当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而所附图式仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。
第一实施例
图1是本发明第一实施例提供的传感器通用接口的主要架构框图。所述传感器通用接口能够实现不同类型的传感器的即插即用，以对不同类型的传感器的监测信息进行处理，具有很强的兼容性，并且能够大大提高信息的处理速度。请参阅图1，所述传感器通用接口包括传感器接口模块11及与传感器接口模块11相连的网络适配器12。
更具体地，传感器接口模块11包括第一嵌入式微处理器101和通用接口102，所述第一嵌入式微处理器101与通用接口102和网络适配器12相连，通用接口102内设置多个通道，多个通道适于与不同类型的传感器连接，第一嵌入式微处理器101用于通过通用接口102获取多个通道的各种类型的传感器的监测信号，并将所获取的监测信号进行解析、处理以转换成对应的通用信号后提供给网络适配器12。
其中，上述的通用接口102内可以设置多个通道，每个通道可以是与一种类型的传感器的接口相适配的引线或引针，每个通道的引线或引针可以连接一种类型的传感器，例如可以连接具有RS-232接口、RS-422接口、RS-485接口、USB接口、以太网接口、CAN总线接口、LIN总线接口、I2C接口、I/O接口等类型的传感器，从而可以使得具有各种类型接口的传感器在通用接口102的多个通道上实现热插拔，使用十分方便，以实现对温度传感器、压力传感器等传感器的输出信号进行采集，以达到采集海洋环境的各种监测数据的目的。此外，通用接口102还具备支持热插拔的浪涌电流控制功能。
由于不同类型的传感器具有不同类型的协议格式，为了实现对各种不同类型协议格式描述的传感器传输的监测信号进行解析，第一嵌入式微处理器101还可以用于利用传感器接口模块11内预先存储的驱动程序或协议转换程序将所获取的监测信号进行协议解析、协议转换等处理，以将不同协议格式构成的监测信号转换为对应的通用信号，从而可以实现当不同类型的传感器被安装到通用接口102上时，第一嵌入式微处理器101会自动识别不同类型的传感器，避免手动配置的繁琐和易错性。该驱动程序或协议转换程序在固件中使用，并且能从传感器自身检索相关信息，兼容性较好，而不必限制传感器的协议格式和内容，从而能够大大提高信息的传输效率和处理速度。优选地，所述第一嵌入式微处理器101可以采用STM32嵌入式微处理器等。
优选地，传感器接口模块11还可以进一步包括与第一嵌入式微处理器101相连的存储器103，例如闪存(Flash Memory)，其可以存储上述的驱动程序或协议转换程序和作为数据采集过程中的缓冲存储器。例如，可以对通用信号、监测信号等信号进行存储，便于用户对这些信号进行在线或离线分析。另外，在传感器接口模块11与网络适配器12、或网络适配器12与上位机等外部设备中断连接时，存储器103也可以起到对通用信号、监测信号等信号进行暂存的作用。优选地，存储器103与第一嵌入式微处理器101之间可以通过SPI等接口相连。
优选地，传感器接口模块11还可以包括TII(Transducer IndependentInterface，传感器独立接口)104，传感器接口模块11通过TII 104与网络适配器12相连。因此，上述传感器接口模块11中的第一嵌入式微处理器101转换成的对应的通用信号可以为TII数据，第一嵌入式微处理器101可以将TII数据通过TII 104提供给网络适配器12。
网络适配器12，用于将传感器接口模块11提供的通用信号进行网络适配转换后提供给上位机。
需要说明的是，本发明并不限于上述提到的传感器接口模块11主动向网络适配器12发送监测信息的情况，还可以是网络适配器12发送数据采集命令从而控制传感器接口模块11选择相应通道的传感器进行监测信息发送的情况，下面将具体进行说明。
进一步地，所述网络适配器12，还用于接收上位机发送的数据采集命令，并将数据采集命令发送给传感器接口模块11，以控制与传感器接口模块11相连的相应通道的传感器的数据采集。传感器接口模块11，还用于根据数据采集命令获取相应通道的传感器的监测信号，并将所获取的监测信号进行解析、处理以转换成与相应通道所对应的通用信号后提供给网络适配器12。从而，网络适配器12再将传感器接口模块11提供的与相应通道所对应的通用信号进行网络适配转换后提供给上位机。上位机可以进一步对接收到的信号进行处理、显示等操作。
其中，传感器接口模块11的第一嵌入式微处理器101通过TII 104可以接收网络适配器12发送的数据采集命令，以控制着各种类型的传感器的数据采集，由此可以看出，网络适配器12起着系统中枢的作用，其可以接收来自外部网络客户端，例如上位机的命令，从而控制传感器接口模块11的运行，还可以接收传感器接口模块11上传的数据并对其进行处理，将处理之后的数据上传至外部网络客户端。
上述的TII 104是实现不同传感器互联、共享的关键。而IEEE 1451协议族定义了一系列的标准智能化的传感器独立接口(TII)，其中的IEEE1451.2协议定义了一种数字化点到点的智能接口模块到网络适配器的有线传输接口，使传感器可以采用有线或无线的方式实现网络连接，简化由传感器构成的网络控制系统，解决不同网络之间的兼容性问题。因此，为了实现各种类型传感器与外部网络客户端之间的网络化连接功能，TII 104可以采用IEEE 1451.2协议进行定义，该协议通过定义TII的通信协议、时序和电气规范，确保了可靠的数据传输。
进一步地，网络适配器12可以包括第二嵌入式微处理器120以及与第二嵌入式微处理器120相连的以太网控制器121。第二嵌入式微处理器120通过TII 104与传感器接口模块11的第一嵌入式微处理器101相连，用于向传感器接口模块11发送数据采集命令，以控制与传感器接口模块11相连的相应通道的各种类型的传感器的数据采集。第二嵌入式微处理器120还用于接收传感器接口模块11的第一嵌入式微处理器101发送的通用信号，并将所对应的通用信号进行网络适配转换后提供给上位机。太网控制器121用于实现对网络的控制，其具体的控制方式为现有技术，在此不作详细描述。
优选地，上述的第二嵌入式微处理器120可以采用STM32嵌入式微处理器等。
综上所述，本发明实施例提供的传感器通用接口，通过设置连接不同类型传感器的通用接口，第一嵌入式微处理器对获取的多个通道的各种类型的传感器的监测信号进行解析、处理以及网络适配器的信息处理过程，统一了传感器接口的总线标准，允许不同类型接口传感器的即插即用，具有很强的网络兼容性和接口兼容性，还简化了传感器构成的网络控制系统，并且能够大大提高信息的处理速度。还实现了海洋仪器的互操作性，方便了系统的构建和维护，充分实现了资源共享、优势互补，打破了海洋仪器设备研发条块分割严重的局面，有效解决了我国海洋高端仪器设备技术瓶颈焦点的问题，对推进海洋产业健康快速发展具有重要意义。
以下为本发明的系统实施例，在系统实施例中未详尽描述的细节，可以参考上述对应的接口装置实施例。
第二实施例
请参考图2，图2是本发明第二实施例提供的传感器通用接口的信息采集系统的主要架构框图。请参阅图2，所述传感器通用接口的信息采集系统包括传感器接口模块11、与传感器接口模块11相连的网络适配器12以及上位机13。
其中，传感器接口模块11，包括第一嵌入式微处理器101和通用接口102，第一嵌入式微处理器101与通用接口102和网络适配器12相连，通用接口内设置多个通道，多个通道适于与各种类型的传感器连接，第一嵌入式微处理器101用于通过通用接口102获取多个通道的各种类型的传感器的监测信号，并将所获取的监测信号进行解析、处理以转换成对应的通用信号后提供给网络适配器12。
网络适配器12，用于将传感器接口模块11提供的通用信号进行网络适配转换后提供给上位机13。
上位机13，与网络适配器12相连，用于对网络适配器12转换后的信号进行处理后，以显示所对应的传感器所采集的参数。
上述的网络适配器12通过与上位机13进行通信，从而上位机13可以接收网络适配器12发送的信息，并实时显示所对应的传感器所采集的参数，从而可以方便用户直观、实时的观测、分析各通道的信号。
优选地，上位机13，还用于向网络适配器12发送数据采集命令；
优选地，网络适配器12，还用于接收上位机13发送的数据采集命令，并将数据采集命令发送给传感器接口模块11，以控制与传感器接口模块11相连的相应通道的传感器的数据采集；
优选地，传感器接口模块11，还用于根据数据采集命令获取相应通道的传感器的监测信号，并将所获取的监测信号进行解析、处理以转换成与相应通道所对应的通用信号后提供给网络适配器12；网络适配器12还用于将相应通道所对应的通用信号进行网络适配转换后提供给上位机13，以供上位机13对网络适配器12转换后的信号进行处理后，以显示所对应的传感器所采集的参数。
优选地，传感器接口模块11还进一步包括与第一嵌入式微处理器101相连的存储器103，第一嵌入式微处理器101还用于利用存储器103内预先存储的驱动程序或协议转换程序将所获取的监测信号进行协议解析、协议转换处理，以将不同协议格式构成的监测信号转换为对应的通用信号。
优选地，传感器接口模块还包括TII 104，TII 104与网络适配器12相连，TII 104采用IEEE 1451.2协议进行定义，通用接口的每个通道是与一种类型的传感器的接口相适配的引线或引针。
优选地，网络适配器12包括第二嵌入式微处理器120以及与第二嵌入式微处理器102相连的以太网控制器121，第二嵌入式微处理器120通过TII 104与传感器接口模块11的第一嵌入式微处理器101相连。
综上所述，本发明实施例提供的传感器通用接口的信息采集系统，通过设置连接不同类型传感器的通用接口，第一嵌入式微处理器对获取的多个通道的各种类型的传感器的监测信号进行解析、处理以及网络适配器的信息处理过程，统一了传感器接口的总线标准，允许不同类型接口传感器的即插即用，具有很强的网络兼容性和接口兼容性，还简化了传感器构成的网络控制系统，并且能够大大提高信息的处理速度。还实现了海洋仪器的互操作性，方便了系统的构建和维护，充分实现了资源共享、优势互补，打破了海洋仪器设备研发条块分割严重的局面，有效解决了我国海洋高端仪器设备技术瓶颈焦点的问题，对推进海洋产业健康快速发展具有重要意义。
还通过上位机对传感器通用接口的相应控制，以实时显示所对应的传感器所采集的参数，从而可以方便用户直观、实时的观测、分析各通道的信号。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种传感器通用接口，其特征在于，其包括：传感器接口模块及与所述传感器接口模块相连的网络适配器，其中，
所述传感器接口模块，包括第一嵌入式微处理器和通用接口，所述第一嵌入式微处理器与所述通用接口和所述网络适配器相连，所述通用接口内设置多个通道，所述多个通道适于与各种类型的传感器连接，所述第一嵌入式微处理器用于通过所述通用接口获取所述多个通道的各种类型的传感器的监测信号，并将所获取的监测信号进行解析、处理以转换成对应的通用信号后提供给所述网络适配器；
所述网络适配器，用于将所述传感器接口模块提供的通用信号进行网络适配转换后提供给上位机。
2.根据权利要求1所述的传感器通用接口，其特征在于，
所述网络适配器，还用于接收所述上位机发送的数据采集命令，并将所述数据采集命令发送给所述传感器接口模块，以控制与所述传感器接口模块相连的相应通道的传感器的数据采集；
所述传感器接口模块，还用于根据所述数据采集命令获取相应通道的传感器的监测信号，并将所获取的监测信号进行解析、处理以转换成与相应通道所对应的通用信号后提供给所述网络适配器。
3.根据权利要求1所述的传感器通用接口，其特征在于，所述通用接口的每个通道是与一种类型的传感器的接口相适配的引线或引针。
4.根据权利要求1或2所述的传感器通用接口，其特征在于，所述传感器接口模块还进一步包括与所述第一嵌入式微处理器相连的存储器，所述第一嵌入式微处理器还用于利用所述存储器内预先存储的驱动程序或协议转换程序将所获取的监测信号进行协议解析、协议转换处理，以将不同协议格式构成的监测信号转换为对应的通用信号。
5.根据权利要求1所述的传感器通用接口，其特征在于，所述传感器接口模块还包括TII，所述TII与所述网络适配器相连，所述TII采用IEEE1451.2协议进行定义。
6.根据权利要求5所述的传感器通用接口，其特征在于，所述网络适配器包括第二嵌入式微处理器以及与所述第二嵌入式微处理器相连的以太网控制器，所述第二嵌入式微处理器通过所述TII与所述传感器接口模块的第一嵌入式微处理器相连。
7.一种传感器通用接口的信息采集系统，其特征在于，其包括：传感器接口模块、与所述传感器接口模块相连的网络适配器及上位机，其中，
所述传感器接口模块，包括第一嵌入式微处理器和通用接口，所述第一嵌入式微处理器与所述通用接口和所述网络适配器相连，所述通用接口内设置多个通道，所述多个通道适于与各种类型的传感器连接，所述第一嵌入式微处理器用于通过所述通用接口获取所述多个通道的各种类型的传感器的监测信号，并将所获取的监测信号进行解析、处理以转换成对应的通用信号后提供给所述网络适配器；
所述网络适配器，用于将所述传感器接口模块提供的通用信号进行网络适配转换后提供给所述上位机；
所述上位机，与所述网络适配器相连，用于对所述网络适配器转换后的信号进行处理后，以显示所对应的传感器所采集的参数。
8.根据权利要求7所述的传感器通用接口的信息采集系统，其特征在于，
所述上位机，还用于向所述网络适配器发送数据采集命令；
所述网络适配器，还用于接收所述上位机发送的数据采集命令，并将所述数据采集命令发送给所述传感器接口模块，以控制与所述传感器接口模块相连的相应通道的传感器的数据采集；
所述传感器接口模块，还用于根据所述数据采集命令获取相应通道的传感器的监测信号，并将所获取的监测信号进行解析、处理以转换成与相应通道所对应的通用信号后提供给所述网络适配器；所述网络适配器还用于将相应通道所对应的通用信号进行网络适配转换后提供给所述上位机，以供所述上位机对所述网络适配器转换后的信号进行处理后，以显示所对应的传感器所采集的参数。
9.根据权利要求7或8所述的传感器通用接口的信息采集系统，其特征在于，所述传感器接口模块还进一步包括与所述第一嵌入式微处理器相连的存储器，所述第一嵌入式微处理器还用于利用所述存储器内预先存储的驱动程序或协议转换程序将所获取的监测信号进行协议解析、协议转换处理，以将不同协议格式构成的监测信号转换为对应的通用信号。
10.根据权利要求7所述的传感器通用接口的信息采集系统，其特征在于，所述传感器接口模块还包括TII，所述TII与所述网络适配器相连，所述TII采用IEEE 1451.2协议进行定义，所述通用接口的每个通道是与一种类型的传感器的接口相适配的引线或引针，所述网络适配器包括第二嵌入式微处理器以及与所述第二嵌入式微处理器相连的以太网控制器，所述第二嵌入式微处理器通过所述TII与所述传感器接口模块的第一嵌入式微处理器相连。
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