CN113035964B - 一种传感器模组再封装的标准化接口 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种传感器模组再封装的标准化接口，属于接口技术领域。一种传感器模组再封装的标准化接口，包括软件部分和硬件部分；所述硬件部分包括硬件结构和电气硬件；所述电气硬件包括传感器单元(1)的公头部分(2)，为9根插针；还包括母板单元(3)的母头部分(4)，为9根插座；公头部分(2)和母头部分(4)按照四分之一缺口圆的方式排列；所述插针和插座匹配。本发明通过统一传感器模组接口结构、硬件形式和通信协议，相比其他传感器模组：可以实现对不同传感器的原位替换，缩短开发周期，加快应用实现；四分之一缺口圆搭配滑轨结构，原理上实现“盲插”和“防呆”；标准化通信协议，任意增减传感器，方便扩展。
Description
技术领域
本发明属于接口技术领域，涉及一种传感器模组再封装的标准化接口。
背景技术
目前，传感器模块的外形、结构尺寸和输出形式一般取决于传感器模块内部封存的传感器本身。对于大多数传感器来说，内部传感器的形状并没有对外部封装起到完全限定，即内部传感器的形状和外部封装之前存在一定关系，但外部封装的设计仍有发挥的空间。外部形状更大程度来自于自然生长而非刻意设计。
同时，对于传感器信号的输出形式和输出接口各传感器厂商也是自成一体。不同的传感器厂商、不同的传感器都需要不同的接口，并配套不同的驱动才能正常的读取数据，对应用来说极度不友好。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种传感器模组再封装的标准化接口。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种传感器模组再封装的标准化接口，包括软件部分和硬件部分；
所述硬件部分包括硬件结构和电气硬件；
所述电气硬件包括传感器单元(1)的公头部分(2)，为9根插针；
还包括母板单元(3)的母头部分(4)，为9根插座；
公头部分(2)和母头部分(4)按照四分之一缺口圆的方式排列；
所述插针和插座匹配；
所述硬件结构部分包括滑轨(5)和导轨(6)；
所述软件部分包括传感器单元(1)和母板单元(3)的接口定义和通信协议；
所述接口定义为：
引脚1为电源正极，引脚2为电源负极，引脚1和引脚2为传感器单元(1)的取电引脚，母板单元(3)的供电引脚；
引脚3和引脚4分别为两线通信线的引脚，支持一发一收信号或者差分信号，一发一收信号模式传感器单元和母板单元两引脚互相交叉；
引脚5～8为地址引脚，地址由母板单元(3)给出，传感器单元(1)进行读取，实现插入即绑定地址；
引脚9为传感器在线引脚监测引脚，在传感器单元(1)上，引脚9接有一个上拉电阻，当有传感器单元(1)插入母板单元(3)时，母板单元(3)的控制器监测到I/O口电平由低变高，判断引脚9有传感器接入；
所述通信协议为：
传感器单元(1)挂载在同一条总线上，由母板单元(3)发起数据请求，使用广播方式发送给在线的传感器单元，在线的传感器单元比对自身地址后，响应数据请求，读取传感器数据按照对应格式封装后上报；
每当传感器单元插入后，立即读取所在地址，按照协议格式准备自身地址和传感器类型，母板单元将在传感器插入1s中内对该地址设备发起首次问询，以保存地址和传感器类型至对应表单。
可选的，所述母板单元下发的命令格式为：
帧头的字段长度为2；
数据帧长度的字段长度为1；
模块地址的字段长度为1；
帧尾CRC16校验的字段长度为2。
可选的，所述传感器单元的回复协议格式为：
帧头的字段长度为2；
数据帧长度的字段长度为1；
模块地址的字段长度为1；
模块内传感器类型数的字段长度为1；
传感器类型n的字段长度为1；
传感器n测量值的字段长度为4；
帧尾CRC16校验的字段长度为2。
可选的，所述插针直径为1.5mm，长度为9.1mm；所述插座实现电气连接；传感器单元为圆柱体，且设置有滑轨，所述滑轨与母板单元上的圆柱座匹配。
可选的，所述引脚1和引脚2采用5V直流供电；
通信总线为二线制RS485，引脚3为A端，引脚4为B端；
引脚5-8采用4位二进制地址，实现16个地址编码；
传感器端为四个检测引脚，母板单元从000-1111依次排列；
引脚9传感器端接地，母板单元为检测引脚，采用4.7K电阻上拉到5V；
通信协议为：当母板单元在引脚9检测到电平由高到低时，根据母板单元地址，母板单元在总线上广播包含有地址信息的数据请求命；
传感器端接收到信息后，会将包含的传感器类型和个数进行上报；
母板单元收到后创建对应结构体，保存地址-传感器-在线标识对；
母板单元按照设定的上报周期对传感器进行数据收集，在总线上依次对在线传感器进行轮询。
可选的，所述传感器单元收到母板请求命令后根据表6格式进行数据上报：
表6环境一体化监测终端传感器上报格式
可选的，所述传感器为氧气时，代码为0x11；
所述传感器为一氧化碳时，代码为0x12；
所述传感器为二氧化碳时，代码为0x13；
所述传感器为甲烷时，代码为0x14；
所述传感器为二氧化硫时，代码为0x15；
所述传感器为氯气时，代码为0x16；
所述传感器为臭氧时，代码为0x17；
所述传感器为氨气时，代码为0x18；
所述传感器为二氧化氮时，代码为0x19。
本发明的有益效果在于：本发明通过统一传感器模组接口结构、硬件形式和通信协议，相比其他传感器模组：可以实现对不同传感器的原位替换，缩短开发周期，加快应用实现；四分之一缺口圆搭配滑轨结构，原理上实现“盲插”和“防呆”；标准化通信协议，任意增减传感器，方便扩展。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为标准化接口软硬件部分；
图2为1/4缺口圆结构；
图3为滑轨和导轨结构示意图；
附图标记：1-传感器单元，2-公头部分，3-母版单元，4-母头部分，5-滑轨，6-导轨。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
本发明设计的标准化接口分为软件和硬件两方面。硬件包括硬件结构和电气硬件。电气硬件部分包括传感器单元1的公头部分2为9根插针，母板单元3的母头部分4为9根插座，如图1所示。公母头部分均按照1/4缺口圆的方式排列，如图2所示。硬件结构部分包括滑轨5和导轨6两个部分，如图3所示。电气硬件部分在硬件结构部分的辅助下，任意一个传感器单元和母板单元间都可以实现完全“盲插”，具有防呆效果。
软件标准化接口涉及到作为公头的传感器单元和作为母头的母板单元。
首先是接口定义，如下：
表1引脚定义
1引脚为电源正极，2引脚为电源负极，对于传感器单元为取电引脚，对母板单元为供电引脚；3引脚和4引脚分别为两线通信线的引脚，支持一发一收信号或者差分信号，一发一收信号模式传感器单元和母板单元两引脚互相交叉；5～8引脚为地址引脚，地址由母板单元给出，传感器单元进行读取，实现插入即绑定地址；9引脚为传感器在线引脚监测引脚，在传感器单元上该引脚都接有一个上拉电阻，当有传感器单元插入母板单元时，母板单元控制器监测到I/O口电平由低变高，由此判断该接口上有传感器接入。
然后是通信协议部分，所有传感器单元挂载在同一条总线上，仅由母板单元发起数据请求，使用广播方式发送给所有在线传感器，在线传感器单元比对自身地址后，响应数据请求，读取传感器数据按照对应格式封装后上报。每当传感器单元插入后，立即读取所在地址，按照协议格式准备自身地址和传感器类型，母板单元将在传感器插入1s中内对该地址设备发起首次问询，以保存地址和传感器类型至对应表单。
母板单元下发的命令格式如下：
表2母板单元下发命令格式
传感器模块回复的协议格式如下：
表3传感器回复协议
环境一体化监测终端，使用本发明对各环境指标传感器进行封装形成传感器模块，实现传感器跟随应用场景需要随时更换。
硬件电气结构传感器单元使用9根
插针，母板单元对应9根适配插座实现电气连接。排列方式为图2示1/4接口圆，传感器单元外形结构采用圆柱体带滑轨，对应母板单元采用图1中4所示圆柱座进行对接。
软件结构标准化方面，如表4所示，引脚1和2为电源，采用5V直流供电。通信总线为二线制RS485，引脚3为A端，引脚4为B端。引脚5-8采用4位二进制地址，实现16个地址编码。传感器端为四个检测引脚，母板单元从000-1111依次排列。引脚9传感器端始终接地，母板单元为检测引脚，采用4.7K电阻上拉到5V。
表4环境一体化监测终端引脚定义
通信协议为当母板单元在引脚9检测到电平由高到低时，根据母板单元地址，母板单元在总线上广播包含有地址信息的数据请求命令，如表5所示。传感器端接收到信息后，会将包含的传感器类型和个数进行上报。母板单元收到后创建对应结构体，保存地址-传感器-在线标识对。母板单元按照设定的上报周期对传感器进行数据收集，即在总线上依次对在线传感器进行轮询。
表5环境一体化监测终端母板单元下发格式
| 字段序号 | 字段名称 | 字段长度 | 备注 |
| 1 | 帧头(0xCCAA) | 2 | 固定 |
| 2 | 0x06 | 1 | 含帧头和CRC16 |
| 3 | 模块地址 | 1 | 取决于检测到传感器的位置0x00～0x0f |
| 4 | 帧尾CRC16校验 | 2 | 数据校验，低位在前，高位在后，校验包含帧头 |
传感器单元收到母板请求命令后根据表6格式进行数据上报。环境一体化监测终端内每个传感器单元均只包含一种传感器。传感器类型如表7所示。
表6环境一体化监测终端传感器上报格式
表7环境一体化监测终端传感器类型对应
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种传感器模组再封装的标准化接口，其特征在于：包括软件部分和硬件部分；
所述硬件部分包括硬件结构和电气硬件；
所述电气硬件包括传感器单元(1)的公头部分(2)，为9根插针；
还包括母板单元(3)的母头部分(4)，为9根插座；
公头部分(2)和母头部分(4)按照四分之一缺口圆的方式排列；
所述插针和插座匹配；
所述硬件结构部分包括滑轨(5)和导轨(6)；
所述软件部分包括传感器单元(1)和母板单元(3)的接口定义和通信协议；
所述接口定义为：
引脚1为电源正极，引脚2为电源负极，引脚1和引脚2为传感器单元(1)的取电引脚，母板单元(3)的供电引脚；
引脚3和引脚4分别为两线通信线的引脚，支持一发一收信号或者差分信号，一发一收信号模式传感器单元和母板单元两引脚互相交叉；
引脚5～8为地址引脚，地址由母板单元(3)给出，传感器单元(1)进行读取，实现插入即绑定地址；
引脚9为传感器在线引脚监测引脚，在传感器单元(1)上，引脚9接有一个上拉电阻，当有传感器单元(1)插入母板单元(3)时，母板单元(3)的控制器监测到I/O口电平由高变低，判断引脚9有传感器接入；
所述通信协议为：
传感器单元(1)挂载在同一条总线上，由母板单元(3)发起数据请求，使用广播方式发送给在线的传感器单元，在线的传感器单元比对自身地址后，响应数据请求，读取传感器数据按照对应格式封装后上报；
每当传感器单元插入后，立即读取所在地址，按照协议格式准备自身地址和传感器类型，母板单元将在传感器插入1s中内对该地址设备发起首次问询，以保存地址和传感器类型至对应表单。
2.根据权利要求1一种传感器模组再封装的标准化接口，其特征在于：所述母板单元下发的命令格式为：
帧头的字段长度为2；
数据帧长度的字段长度为1；
模块地址的字段长度为1；
帧尾CRC16校验的字段长度为2。
3.根据权利要求1一种传感器模组再封装的标准化接口，其特征在于：所述传感器单元的回复协议格式为：
帧头的字段长度为2；
数据帧长度的字段长度为1；
模块地址的字段长度为1；
模块内传感器类型数的字段长度为1；
传感器类型n的字段长度为1；
传感器n测量值的字段长度为4；
帧尾CRC16校验的字段长度为2。
4.根据权利要求1一种传感器模组再封装的标准化接口，其特征在于：所述插针直径为1.5mm，长度为9.1mm；所述插座实现电气连接；传感器单元为圆柱体，且设置有滑轨，所述滑轨与母板单元上的圆柱座匹配。
5.根据权利要求1一种传感器模组再封装的标准化接口，其特征在于：所述引脚1和引脚2采用5V直流供电；
通信总线为二线制RS485，引脚3为A端，引脚4为B端；
引脚5-8采用4位二进制地址，实现16个地址编码；
传感器端为四个检测引脚，母板单元从000-1111依次排列；
引脚9传感器端接地，母板单元为检测引脚，采用4.7K电阻上拉到5V；
通信协议为：当母板单元在引脚9检测到电平由高到低时，根据母板单元地址，母板单元在总线上广播包含有地址信息的数据请求命令；
传感器端接收到信息后，会将包含的传感器类型和个数进行上报；
母板单元收到后创建对应结构体，保存地址-传感器-在线标识对；
母板单元按照设定的上报周期对传感器进行数据收集，在总线上依次对在线传感器进行轮询。
6.根据权利要求1一种传感器模组再封装的标准化接口，其特征在于：所述传感器单元收到母板请求命令后根据表6格式进行数据上报：
表6环境一体化监测终端传感器上报格式
7.根据权利要求1一种传感器模组再封装的标准化接口，其特征在于：所述传感器为氧气时，代码为0x11；
所述传感器为一氧化碳时，代码为0x12；
所述传感器为二氧化碳时，代码为0x13；
所述传感器为甲烷时，代码为0x14；
所述传感器为二氧化硫时，代码为0x15；
所述传感器为氯气时，代码为0x16；
所述传感器为臭氧时，代码为0x17；
所述传感器为氨气时，代码为0x18；
所述传感器为二氧化氮时，代码为0x19。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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