CN111830868A - 一种功能模块、通信方法及应用该模块的量热仪 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种功能模块、通信方法及应用该模块的量热仪，该功能模块包括功能模块本体以及至少两组四线接口，至少两组所述四线接口分别与所述功能模块本体电连接，所述功能模块本体通过所述四线接口与其他功能模块级联并接收上位机的控制指令，所述四线接口包括GND接口、TXD接口、RXD接口和VCC接口。该功能模块具有与其他功能模块级联的四线接口，并通过本发明提供的通信方法与上位机进行通讯，多个特定的功能模块级联形成功能完整的产品，从而将产品功能模块化，后期可以对每个功能模块的程序进行单独维护与升级，很大程度上降低了软件维护与升级的难度，同时，每个特定的功能模块还可以应用在不同的产品上，增强了产品的功能兼容性。

Description

一种功能模块、通信方法及应用该模块的量热仪
技术领域
本发明涉及数据通信技术领域，更具体的说是涉及一种功能模块、通信方法及应用该模块的量热仪。
背景技术
目前，随着物联网、智能家居和嵌入式单片机技术的发展，量热仪、定硫仪也有了远程数据采集的需求，以往的产品往往采用整体设计，单片机的控制程序越来越复杂、庞大，维护难度也不断增加，后期软件升级时工作量大，且产品上涉及多个功能时，由于产品为整体设计，单独拆分后无法应用到其他产品上，各产品间同种功能的模块之间兼容性差，不能满足现在功能多样的产品升级和维护需求。
因此，如何提供一种兼容性强、后期维护和升级便捷的模块化多功能产品实现方案是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种功能模块、通信方法及应用该模块的量热仪，该功能模块具有与其他功能模块级联的四线接口，多个特定的功能模块级联形成功能完整的产品，从而将产品功能模块化，便于后期维护与升级。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种功能模块，包括：功能模块本体以及至少两组四线接口，至少两组所述四线接口分别与所述功能模块本体电连接，所述功能模块本体通过所述四线接口与其他功能模块级联并接收上位机的控制指令，所述四线接口包括GND接口、TXD接口、RXD接口和VCC接口。
进一步地，所述功能模块本体包括数据采集电路和单片机，所述数据采集电路与所述单片机电连接，所述单片机与所述四线接口电连接，所述单片机通过所述四线接口接收上位机的控制指令控制所述数据采集电路执行相应功能并回传指令执行结果。
第二方面，本发明提供了一种上述的功能模块与上位机的通信方法，包括：
上位机向所述功能模块发送控制指令；
所述功能模块接收所述控制指令，执行所述控制指令对应的功能，并将功能执行结果以反馈指令的形式返回所述上位机。
进一步地，所述控制指令包括指令头、当前字节后面跟随的字节数、目标功能模块的地址以及执行的功能代码。
更进一步地，所述控制指令还包括执行功能的参数。
更进一步地，所述控制指令还包括结束符。
进一步地，所述反馈指令包括指令头、当前字节后面跟随的字节数、收到控制指令的功能模块的地址、执行的功能代码和结束符。
更进一步地，所述反馈指令还包括执行功能的参数。
第三方面，本发明提供了一种应用上述的功能模块的量热仪，包括电源模块以及多个功能模块，多个所述功能模块通过各自的四线接口级联，并均与所述电源模块连接，所述电源模块还与上位机连接；
所述多个功能模块包括测温模块以及多个继电器驱动模块，所述测温模块以及多个所述继电器模块上均设有两组四线接口。
进一步地，所述电源模块包括电源模块本体和至少一个四线接口，所述电源模块本体与所述四线接口电连接，所述四线接口与所述测温模块以及多个所述继电器模块上相应的四线接口电连接，所述电源模块本体与上位机连接。由于本发明提供的功能模块使用TTL电平，而上位机使用COMS电平，需要进行电平转换，电源模块主要提供电平转换功能。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种功能模块、通信方法及应用该模块的量热仪，该功能模块具有与其他功能模块级联的四线接口，并通过本发明提供的通信方法与上位机进行通讯，多个特定的功能模块级联形成功能完整的产品，从而将产品功能模块化，后期可以对每个功能模块的程序进行单独维护与升级，很大程度上降低了软件维护与升级的难度，同时，每个特定的功能模块还可以应用在不同的产品上，增强了产品的功能兼容性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种功能模块的结构示意图；
图2为本发明实施例中多个功能模块级联的结构示意图；
图3为本发明提供的一种上述的功能模块与上位机的通信方法的流程示意图；
图4附图为本发明提供的一种应用上述的功能模块的量热仪的结构架构示意图；
图5附图为本发明实施例中PT100测温模块的电路原理示意图；
图6附图为本发明实施例中继电器驱动模块的电路原理示意图；
图7附图为本发明实施例中电源模块的电路原理示意图。
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。
第一方面，参见附图1，本发明实施例公开了一种功能模块，包括：功能模块本体11以及至少两组四线接口12，至少两组四线接口12分别与功能模块本体11电连接，功能模块本体11通过四线接口12与其他功能模块级联并接收上位机的控制指令，四线接口12包括GND接口、TXD接口、RXD接口和VCC接口。
具体地，功能模块本体11包括数据采集电路111和单片机112，数据采集电路111与单片机112电连接，单片机112与四线接口12电连接，单片机112通过四线接口12接收上位机的控制指令控制数据采集电路111执行相应功能并回传指令执行结果。
具体地，TXD、RXD为全双工串口发送端与接收端，TTL电平，波特率暂定为9600bps，8位数据位，1位停止位，无校验位。
本实施例中公开的上述功能模块可以单独使用，也可以多个不同功能的功能模块级联，组成多功能产品，级联结构如图2所示。图2中多个功能模块1通过级联方式与电源2连接，通过电源2内的COMS转TTL模块进行电平转换后与上位机连接。
第二方面，参见附图3，本发明实施例公开了一种上述的功能模块与上位机的通信方法，包括：
S1：上位机向功能模块发送控制指令；
S2：功能模块接收控制指令，执行控制指令对应的功能，并将功能执行结果以反馈指令的形式返回上位机。
具体地，控制指令包括指令头、当前字节后面跟随的字节数、目标功能模块的地址以及执行的功能代码。
具体地，控制指令还包括执行功能的参数。
具体地，控制指令还包括结束符。
具体地，反馈指令包括指令头、当前字节后面跟随的字节数、收到控制指令的功能模块的地址、执行的功能代码和结束符。
具体地，反馈指令还包括执行功能的参数。
下面对功能接收与返回的指令结构做具体说明：
由于上位机程序可能使用JAVA语言或VB等其它语言编写，为便于上位机处理接收到的数据，通讯协议特增加了指令头0xC3、0x3C和结束符0x0A、0x0D(\n\r)。
特殊指令：0xFF：地址查询指令，无指令头和结束符，模块收到此指令后，返回模块的地址。
0xF0：重置地址指令，更改模块地址。
示例：模块收到0xFF指令，返回：0xC3 0x3C 0x03 0x04 0x0A 0x0D 0xC3 0x3C为指令头，0x03为此字节后面跟随的字节数，0x04为模块地址，范围为0x01至0xFE，0x0A 0x0D为结束符。
重置地址指令：上位机发送0xC3 0x3C 0x03 0x02 0xF0 0x06
模块地址的地址由原地址0x02更改为0x06，并返回新地址0xC3 0x3C 0x03 0x060x0A 0x0D
功能模块接收的指令结构如下表1所示：
表1功能模块接收的指令
0xC3 0x3C 2个字节 指令头
0xXX 1个字节 此字节后面跟随的字节数
0xXX 1个字节 模块的地址，范围：0X01--0XFE,推荐使用0X01--0X9F
0xXX 1个字节 执行的功能代码，详见各模块功能介绍
0xXX 0xXX 2个字节 执行功能的参数，可以无。如计时、计数
结束符，可有可无。
功能模块返回上位机的指令结构如下表2所示：
表2功能模块返回的指令
0xC3 0x3C 2个字节 指令头
0xXX 1个字节 此字节后面跟随的字节数
0xXX 1个字节 收到指令的模块的地址。
0xXX 1个字节 执行的功能代码，详见各模块功能介绍
0xXX 0xXX 2个字节 执行功能的参数，可以无。如计时、计数
0x0A 0x0D 2个字节 结束符，返回的数据都有。
上表中，0xXX表示0x00至0型FF之间的16进制数据。
示例：多路继电器驱动模块收到0xC3 0x3C 0x02 0x02 0xE0指令后，执行第一路继电器吸合指令，然后返回0xC3 0x3C 0x04 0x02 0xf0 0x0A 0x0D指令。
第三方面，本发明实施例公开了一种应用上述的功能模块的量热仪，包括电源模块以及多个功能模块，多个功能模块通过各自的四线接口级联，并均与电源模块连接，电源模块还与上位机连接；
多个功能模块包括测温模块以及多个继电器驱动模块，测温模块以及多个继电器模块上均设有两组四线接口。
具体地，电源模块包括电源模块本体和至少一组四线接口，电源模块本体与四线接口电连接，四线接口与测温模块以及多个继电器模块上相应的四线接口电连接，电源模块本体与上位机连接。
本实施例中量热仪采用1个PT100测温模块，地址设置为0x03，2个两路继电器驱动模块，其中一个继电器模块用于驱动点火、搅拌，电源为AC24V，地址设置为0x04,另一个继电器模块控制两个磁力泵，用于排水、注水，电源为AC220V，地址设置为0x05，1个DC5V电源和COMS转TTL电平模块，与上位机连接，组成功能完整的量热仪产品，结构如图4所示。
本实施例中的测温模块采用型号为MAX31865的温度检测器以及型号为PT100/1000的测温电阻组成的专用测量集成线路实现，PT100测温模块内的电路原理图可参见附图5。该模块不用进行温度的校准与线性化修正，即可获得较高准确度、线性度的温度数据，可根据指令上传浮点数、ASCII码格式的温度数据，也可上传未经任何数据处理的HEX数据格式。
也可以采用前置放大器、16位模数转换器，需要进行温度校准和线性化修正，同样可上传浮点数、ASCII码格式的温度数据和未经任何数据处理的HEX数据格式。
该测温模块可应用在测温范围在：-20℃—300℃的产品上。
本实施例中继电器驱动模块采用两路继电器驱动模块，模块内的电路结构可参见附图6，依据上述协议和接口，该模块可执行某一路继电器的吸合与断开，传感器触发信号控制的吸合与断开，传感器计数，精确定时功能。该模块可在多种产品上应用。当然也可以根据实际实现功能选择思路继电器模块，以实现更多的功能，例如：在量热仪上可用于点火、搅拌、排水、注水的驱动，在定硫仪上可用于送样电机的驱动与控制。
本实施例中电源模块采用型号为MAX323的单电源电平转换芯片，一端连COMS接口，与微机(即上位机)连接，另一端连接电源，并与级联用的四线接口连接，电路原理图如图7所示。同时，如果有无线数据收发需求，还可以在电源模块中的COMS接口处接无线通信模块，如WIFI模块，并在上位机上接相应的WIFI模块，实现无线通信。
此外，本实施例中的功能模块还可以设计为其他测温、电流检测功能的模块，下面列举几个常用的模块进行说明。
1、K型热电偶温度采集模块
采用MAX6675专用K型热电偶测温集成线路，不用进行温度的校准与线性化修正，即可获得较高准确度、线性度的温度数据，可根据指令上传浮点数、ASCII码格式的温度数据，和未经任何数据处理的HEX数据格式。绑定一路固态继电器触发输出，可以实现PID温度控制。已实现一路和四路温度采集。
该模块可应用在测温范围在0℃—1000℃的产品上。
2、S型热电偶温度采集模块
采用前置放大器、16位模数转换器，需要进行温度校准和线性化修正，同样可上传浮点数、ASCII码格式的温度数据，和未经任何数据处理的HEX数据格式。包含过零脉冲产生和固态继电器触发线路，可以实现PID温度控制。
该模块可应用在测温范围在0℃—1500℃的产品上。
3、电解池毫伏信号检测与电解电流控制模块
采用前置放大器、16位模数转换器、10位数模转换器，采集电解池的毫伏信号，根据毫伏信号控制电解电流，可以设置电解电流大小，模块自动调整电解电流。
该模块可应用在依据库伦法测量微量元素的产品上，如定硫仪、碳氢测定仪、氟氯测定仪。
不难发现，本发明提供的功能模块、功能模块与上位机的通信方法以及量热仪的方案，可以简化产品设计，降低复杂产品对硬件的要求，便于产品维护。不同的功能模块组成一个产品，每个功能模块的程序可单独进行维护与升级，很大程度上降低了软件维护与升级的难度。每个特定功能的模块还可应用在不同的产品上。为便于安装，线路板(PCB)设计为宽度一致，72mm或42mm,以便在PCB模组架上安装，从而进一步提高了功能模块的通用性。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种功能模块，其特征在于，包括：功能模块本体以及至少两组四线接口，至少两组所述四线接口分别与所述功能模块本体电连接，所述功能模块本体通过所述四线接口与其他功能模块级联并接收上位机的控制指令，所述四线接口包括GND接口、TXD接口、RXD接口和VCC接口。
2.根据权利要求1所述的一种功能模块，其特征在于，所述功能模块本体包括数据采集电路和单片机，所述数据采集电路与所述单片机电连接，所述单片机与所述四线接口电连接，所述单片机通过所述四线接口接收上位机的控制指令控制所述数据采集电路执行相应功能并回传指令执行结果。
3.一种如权利要求1或2所述的功能模块与上位机的通信方法，其特征在于，包括：
上位机向所述功能模块发送控制指令；
所述功能模块接收所述控制指令，执行所述控制指令对应的功能，并将功能执行结果以反馈指令的形式返回所述上位机。
4.根据权利要求3所述的一种功能模块与上位机的通信方法，其特征在于，所述控制指令包括指令头、当前字节后面跟随的字节数、目标功能模块的地址以及执行的功能代码。
5.根据权利要求4所述的一种功能模块与上位机的通信方法，其特征在于，所述控制指令还包括执行功能的参数。
6.根据权利要求4所述的一种功能模块与上位机的通信方法，其特征在于，所述控制指令还包括结束符。
7.根据权利要求3所述的一种功能模块与上位机的通信方法，其特征在于，所述反馈指令包括指令头、当前字节后面跟随的字节数、收到控制指令的功能模块的地址、执行的功能代码和结束符。
8.根据权利要求7所述的一种功能模块与上位机的通信方法，其特征在于，所述反馈指令还包括执行功能的参数。
9.一种应用如权利要求1或2所述的功能模块的量热仪，其特征在于，包括电源模块以及多个功能模块，多个所述功能模块通过各自的四线接口级联，并均与所述电源模块连接，所述电源模块还与上位机连接；
所述多个功能模块包括测温模块以及多个继电器驱动模块，所述测温模块以及多个所述继电器模块上均设有两组四线接口。
10.根据权利要求9所述的一种量热仪，所述电源模块包括电源模块本体和至少一组四线接口，所述电源模块本体与所述四线接口电连接，所述四线接口与所述测温模块以及多个所述继电器模块上相应的四线接口电连接，所述电源模块本体与上位机连接。
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