CN115808200A - 一种兼容多类型信号传感器的rtu和采样方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种兼容多类型信号传感器的RTU和采样方法，包括CPU微处理模块、采集模块、矩阵模块、电源模块、无线通讯模块，所述CPU微处理模块与采集模块、矩阵模块、无线通讯模块连接，处理模块相互之间的事件、中断、定时、计算、存储，所述采集模块与矩阵模块连接，处理各种数字信号和模拟信号的采集，所述矩阵模块与外部传感器通道连接，处理各种信号通道的切换及保护，所述电源模块为各模块提供电源，所述无线通讯模块与中心服务器连接，处理往服务器传输RTU的各种数据。本发明适应单一通道兼容多种信号类型传感器的情况，而且通过自识别模式，RTU不需要区分信号类型则能够采集到传感器的数据。
Description
技术领域
本发明属于水文及岩土安全监测行业领域，涉及一种兼容多类型信号传感器的RTU和采样方法。
背景技术
在水文及岩土安全监测行业领域中，对水位，雨量，应力，应变，位移，变形等监测对象进行监测时，需要应用的不同信号类型的传感器繁多，有频率信号、开关信号、脉冲信号、数字信号、模拟信号，模拟信号中又分为电压信号，电流信号，电阻信号。
RTU是集采集，存储，传输为一体的设备终端，目前水文岩土设备邻域中的RTU虽然应用广泛，但基本采集的信号还比较单一，还没有一种能够囊括行业内所有不同信号类型传感器采集的RTU。在一些大工程项目上经常出现传感器种类和RTU种类较多，不仅资源浪费，还会出现通用性不强，系统集成复杂的情况。本发明旨在研发一种通用型、适应多种信号类型传感器的全信号RTU，实现行业设备通用化和标准化。
目前水文岩土设备邻域中的RTU不仅对不同信号传感器集成度不高，而且RTU对传感器的接入通道功能设计单一，只能作为单一信号类型传感器的接入通道，不能复用当作其它信号类型传感器的接入通道。
在很多岩土工程现场，传感器线缆都是通过一个走线槽集中拉到观测房由RTU处理，这样在RTU端，传感器线头多杂，需要理清相对应的传感器就会很困难。原来做法都是在走线过程中做好标签，一一对应，费时费力。
发明内容
1.所要解决的技术问题：
目前水文岩土设备邻域中的RTU不仅对不同信号传感器集成度不高, 而且RTU对传感器的接入通道功能设计单一,传感器线缆都是通过一个走线槽集中拉到观测房由RTU处理,传感器线头多杂.
2.技术方案：
为了解决以上问题，本发明提供了一种兼容多类型信号传感器的RTU，包括CPU微处理模块、采集模块、矩阵模块、电源模块、无线通讯模块，所述CPU微处理模块与采集模块、矩阵模块、无线通讯模块连接，处理模块相互之间的事件、中断、定时、计算、存储，所述采集模块与矩阵模块连接，处理各种数字信号和模拟信号的采集，所述矩阵模块与外部传感器通道连接，处理各种信号通道的切换及保护，所述电源模块为各模块提供电源，所述无线通讯模块与中心服务器连接，处理往服务器传输RTU的各种数据。
所述采集模块集成数字电源模块和模拟电源模块，所述数字电源模块包括频率信号采集电路、485数字信号采集电路、开关信号采集电路和脉冲信号采集电路，所述模拟电路模块包括电阻信号采集电路、电压信号采集电路和电流信号采集电路，所述频率信号采集电路对取样的频率信号和所述485数字信息采集电路将485数字信号都转成TTL数字信号，所述TTL数字信号处理部分共用，所述开关信号采集电路采集的开关信号和脉冲信号采集电路采集的脉冲信号转换为光耦信号，所述光耦信号处理部分共用，所述电阻信号采集电路、电压信号采集电路、电流信号取样汇合后进行AD模数转换信号处理部分共用的AD模数转换信号，其中电压和电流信号取样部分共用，所述TTL数字信号处理、光耦信号处理和AD模数转换处理都和CPU微处理模块连接。
所述矩阵模块中通过矩阵开关在识别传感器信号和接口采样及数据处理中切换，所述矩阵开关为MAX14778双通道4:1模拟多路复用器。
所述采样包括开关信号测量、脉冲信号测量、485数字信号测量、频率信号测量、电阻信号测量、电压信号测量、电流信号测量中的一个或多个。
一种所述的兼容多类型信号传感器的RTU的采样方法，包括以下步骤：采样开始 ，步骤S01：CPU微处理模块中写入传感器通道信号类型和信息参数；步骤S02：CPU微处理器读取存储器中N通道的信号类型和信息参数；步骤S03：N通道矩阵开关切换至对应的信号测量模块；步骤S04：采样模块工作，并进行测量；步骤S05：CPU微处理器读取到传感器数据，发送到终端。
3.有益效果：
本发明适应单一通道兼容多种信号类型传感器的情况，而且通过自识别模式，RTU不需要区分信号类型则能够采集到传感器的数据。
附图说明
图1是本发明RTU框架示意图。
图2是采集电路模块的框架示意图。
图3是矩阵电路模块框架示意图。
图4是采样流程图。
具体实施方式
下面结合附图和说明书对本发明进行详细说明。
如图1所示，发明提供了一种兼容多类型信号传感器的RTU，包括CPU微处理模块、采集模块、矩阵模块、电源模块、无线通讯模块，所述CPU微处理模块与采集模块、矩阵模块、无线通讯模块连接，处理模块相互之间的事件、中断、定时、计算、存储，所述采集模块与矩阵模块连接，处理各种数字信号和模拟信号的采集，所述矩阵模块与外部传感器通道连接，处理各种信号通道的切换及保护，所述电源模块为各模块提供电源，所述无线通讯模块与中心服务器连接，处理往服务器传输RTU的各种数据。
本发明通过采集模块获取传感器的类型，然后通过矩阵模块在在识别传感器信号和接口采样及数据处理中切换，如图3所示，在一个实施例中，以三个传感器为例，先识别第一传感器，然后第一矩阵开关切换到接口采样测量，然后识别第二传感器、第二矩阵开关切换到接口采样测量，最后第三传感器，第三矩阵开关切换到接口采样测量。从而使本发明的RTU能够兼容多类型传感器。所述采样包括开关信号测量、脉冲信号测量、485数字信号测量、频率信号测量、电阻信号测量、电压信号测量、电流信号测量中的一个或多个。RTU任意传感器接入通道在硬件上通过矩阵开关切换，软件上通过可编程模式或自识别模式，实现任意通道任意信号类型传感器的采集。
在一个实施例中，如图2所示，所述采集模块集成数字电源模块和模拟电源模块，所述数字电源模块包括频率信号采集电路、485数字信号采集电路、开关信号采集电路和脉冲信号采集电路，所述模拟电路模块包括电阻信号采集电路、电压信号采集电路和电流信号采集电路，所述频率信号采集电路对取样的频率信号和所述485数字信息采集电路将485数字信号都转成TTL数字信号，所述TTL数字信号处理部分共用，所述开关信号采集电路采集的开关信号和脉冲信号采集电路采集的脉冲信号转换为光耦信号，所述光耦信号处理部分共用，所述电阻信号采集电路、电压信号采集电路、电流信号取样汇合后进行AD模数转换信号处理部分共用的AD模数转换信号，其中电压和电流信号取样部分共用，所述TTL数字信号处理、光耦信号处理和AD模数转换处理都和CPU微处理模块连接。
RTU硬件上高度集成频率信号、开关信号、脉冲信号、485数字信号、电压模拟信号、电流模拟信号、电阻模拟信号的采样电路，在过去单一信号RTU设备的体积内，实现信号的全覆盖采集。
本发明提供了一种所述的兼容多类型信号传感器的RTU的采样方法，包括以下步骤：采样开始 ，步骤S01：CPU微处理模块中写入传感器通道信号类型和信息参数；步骤S02：CPU微处理器读取存储器中N通道的信号类型和信息参数；步骤S03：N通道矩阵开关切换至对应的信号测量模块；步骤S04：采样模块工作，并进行测量；步骤S05：CPU微处理器读取到传感器数据，发送到终端。
在一个实施例中，如图4所示，在步骤S01中CPU微处理模块中写入传感器通道信号类型和信息参数的方法为：步骤S61：传感器端预先植入已写好类型及参数的智能芯片:；步骤S62：准备采样时，打开矩阵模块中一个通道矩阵开关电源，将所述通道矩阵开关电源切换至CPU微处理模块中的智能芯片识别功能模块；步骤S63：CPU微处理模块先通过与智能芯片配套的识别程序智能扫描所述通道中是否含有智能芯片；步骤S64：识别完成后，读取智能芯片中传感器的信号类型，参数保存至存储器中；步骤S65：然后将所述通道矩阵开关切换至从存储器获取到的信号类型相对应的测量模块；步骤S66：通道接口采样及数据处理好后，关闭所述通道矩阵开关电源:；当有多个传感器时，每个传感器对应一个矩阵模块中的一个通道，重复步骤S61-S66。这种方法定义为：自识别模式。
自识别模式中需要与传感器智能芯片配套使用。传感器智能芯片是一种专为识别传感器类型而设计的一种芯片。其可以植入传感器的类型、参数、编号，以及各种信息，使其具有自身独有的特定身份。首先对每支传感器内部或线缆连接处内嵌智能芯片，RTU在采集时，预先识别智能芯片，根据芯片内传感器的类型通过矩阵开关切换至信号类型的采集电路上，用户只需按要求连接传感器即可。
在一个实施例中，在步骤S63中，当CPU微处理模块先通过与智能芯片配套的识别程序智能扫描所述通道中没有含有智能芯片时，处理方法为：步骤S71：向CPU微处理模块的存储器中写入一个传感器通道信号类型和信息参数；步骤S72：准备采样时，CPU微处理模块先从存储器中获取传感器通道接口的信号类型，然后打开矩阵模块中一个通道矩阵开关电源，将通道矩阵开关切换至从存储器获取到的信号类型相对应的测量模块；步骤S73：通:接口采样及数据处理好后，关闭通道矩阵开关电源。
在一个实施例中，在步骤S01中CPU微处理模块中写入传感器通道信号类型和信息参数的方法为：步骤S81：向CPU微处理模块的存储器中写入一个传感器通道信号类型和信息参数；步骤S82：准备采样时，CPU微处理模块先从存储器中获取传感器通道接口的信号类型，然后打开矩阵模块中一个通道矩阵开关电源，将通道矩阵开关切换至从存储器获取到的信号类型相对应的测量模块；步骤S83：通:接口采样及数据处理好后，关闭通道矩阵开关电源，当有多个传感器时，每个传感器对应一个矩阵模块中的一个通道，重复步骤S71-S73。此方法定义为编程模式。
在一个实施例中，在步骤S81中，通过本地无线通讯模块或蓝牙模块向CPU微处理模块的存储器中写入一个传感器通道信号类型和信息参数。
从图4中可以看出，可以自动模式采样，也可以编程模式采样，在自动模式中不能自动识别的情况下，自动转入到编程模式。
Claims (9)
1.一种兼容多类型信号传感器的RTU，其特征在于：包括CPU微处理模块、采集模块、矩阵模块、电源模块、无线通讯模块，所述CPU微处理模块与采集模块、矩阵模块、无线通讯模块连接，处理模块相互之间的事件、中断、定时、计算、存储，所述采集模块与矩阵模块连接，处理各种数字信号和模拟信号的采集，所述矩阵模块与外部传感器通道连接，处理各种信号通道的切换及保护，所述电源模块为各模块提供电源，所述无线通讯模块与中心服务器连接，处理往服务器传输RTU的各种数据。
2.如权利要求1所述的兼容多类型信号传感器的RTU，其特征在于：所述采集模块集成数字电源模块和模拟电源模块，所述数字电源模块包括频率信号采集电路、485数字信号采集电路、开关信号采集电路和脉冲信号采集电路，所述模拟电路模块包括电阻信号采集电路、电压信号采集电路和电流信号采集电路，所述频率信号采集电路对取样的频率信号和所述485数字信息采集电路将485数字信号都转成TTL数字信号，所述TTL数字信号处理部分共用，所述开关信号采集电路采集的开关信号和脉冲信号采集电路采集的脉冲信号转换为光耦信号，所述光耦信号处理部分共用，所述电阻信号采集电路、电压信号采集电路、电流信号取样汇合后进行AD模数转换信号处理部分共用的AD模数转换信号，其中电压和电流信号取样部分共用，所述TTL数字信号处理、光耦信号处理和AD模数转换处理都和CPU微处理模块连接。
3.如权利要求1所述的兼容多类型信号传感器的RTU，其特征在于：所述矩阵模块中通过矩阵开关在识别传感器信号和接口采样及数据处理中切换，所述矩阵开关为MAX14778双通道4:1模拟多路复用器。
4.如权利要求3所述的兼容多类型信号传感器的RTU，其特征在于：所述采样包括开关信号测量、脉冲信号测量、485数字信号测量、频率信号测量、电阻信号测量、电压信号测量、电流信号测量中的一个或多个。
5.如权利要求1-4任一项权利要求所述的兼容多类型信号传感器的RTU的采样方法，包括以下步骤：采样开始，步骤S01：CPU微处理模块中写入传感器通道信号类型和信息参数；步骤S02：CPU微处理器读取存储器中N通道的信号类型和信息参数；步骤S03：N通道矩阵开关切换至对应的信号测量模块；步骤S04：采样模块工作，并进行测量；步骤S05：CPU微处理器读取到传感器数据，发送到终端。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：在步骤S01中CPU微处理模块中写入传感器通道信号类型和信息参数的方法为：步骤S61：传感器端预先植入已写好类型及参数的智能芯片:；步骤S62：准备采样时，打开矩阵模块中一个通道矩阵开关电源，将所述通道矩阵开关电源切换至CPU微处理模块中的智能芯片识别功能模块；步骤S63：CPU微处理模块先通过与智能芯片配套的识别程序智能扫描所述通道中是否含有智能芯片；步骤S64：识别完成后，读取智能芯片中传感器的信号类型，参数保存至存储器中；步骤S65：然后将所述通道矩阵开关切换至从存储器获取到的信号类型相对应的测量模块；步骤S66：通道接口采样及数据处理好后，关闭所述通道矩阵开关电源:；当有多个传感器时，每个传感器对应一个矩阵模块中的一个通道，重复步骤S61-S66。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于：在步骤S63中，当CPU微处理模块先通过与智能芯片配套的识别程序智能扫描所述通道中没有含有智能芯片时，处理方法为：步骤S71：向CPU微处理模块的存储器中写入一个传感器通道信号类型和信息参数；步骤S72：准备采样时，CPU微处理模块先从存储器中获取传感器通道接口的信号类型，然后打开矩阵模块中一个通道矩阵开关电源，将通道矩阵开关切换至从存储器获取到的信号类型相对应的测量模块；步骤S73：通:接口采样及数据处理好后，关闭通道矩阵开关电源。
8.如权利要求5所述的方法，其特征在于：在步骤S01中CPU微处理模块中写入传感器通道信号类型和信息参数的方法为：步骤S81：向CPU微处理模块的存储器中写入一个传感器通道信号类型和信息参数；步骤S82：准备采样时，CPU微处理模块先从存储器中获取传感器通道接口的信号类型，然后打开矩阵模块中一个通道矩阵开关电源，将通道矩阵开关切换至从存储器获取到的信号类型相对应的测量模块；步骤S83：通:接口采样及数据处理好后，关闭通道矩阵开关电源，当有多个传感器时，每个传感器对应一个矩阵模块中的一个通道，重复步骤S71-S73。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于：在步骤S81中，通过本地无线通讯模块或蓝牙模块向CPU微处理模块的存储器中写入一个传感器通道信号类型和信息参数。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202211426400.XA CN115808200A (zh) | 2022-11-14 | 2022-11-14 | 一种兼容多类型信号传感器的rtu和采样方法 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116481599A (zh) * | 2023-06-25 | 2023-07-25 | 珠海矽敏科技有限公司 | 多通道信号采集设备和传感器系统 |
| CN118570993A (zh) * | 2024-08-01 | 2024-08-30 | 山东创赢科技信息有限公司 | 一种电力移动作业终端 |
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2022
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