CN117826673A - 一种多路温度采集系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种多路温度采集系统及方法,涉及自动控制技术领域,该系统包括上位机控制设备、APL现场交换机和多个APL多通道温度变送器;上位机控制设备用于生成实时数据请求指令并发送给APL现场交换机;APL现场交换机用于根据MAC地址转发实时数据请求指令给APL多通道温度变送器;APL多通道温度变送器用于通过实时数据请求指令进行多通道温度采集得到温度数据;APL多通道温度变送器包括嵌入式微处理器模块和继电器模块。本发明实现了不仅可同时进行大范围的数据采集,且数据传输稳定。
Description
技术领域
本发明涉及自动控制技术领域,具体而言,涉及一种多路温度采集系统及方法。
背景技术
温度采集系统通常通过在相关场景中设置温度变送器,从而实现对现场进行实时监测、控制和记录。温度变送器是一种用于测量和传输温度信号的设备,它将温度信息转换为电信号,并将其传输给控制系统或监测设备。但目前的温度采集系统如果想要在同一地点采集多组数据,就需要在该地点设置多组温度变送器,且需要相应配置较为复杂的网关设备,导致成本较高。并且现有的温度采集系统在进行大量数据同时上传时,容易出现数据传输错误的情况。
发明内容
本发明旨在解决上述至少一个问题。
为解决上述问题,本发明提供一种多路温度采集系统,包括上位机控制设备、APL现场交换机和多个APL多通道温度变送器;
所述上位机控制设备用于生成实时数据请求指令并发送给所述APL现场交换机;
所述APL现场交换机用于根据MAC地址转发所述实时数据请求指令给所述APL多通道温度变送器;
所述APL多通道温度变送器用于通过所述实时数据请求指令进行多通道温度采集得到温度数据;
其中,所述APL多通道温度变送器包括嵌入式微处理器模块和继电器模块,所述继电器模块包括多个继电器,所述嵌入式微处理器模块用于通过偏置电流或偏置电压控制所述继电器模块中的所述继电器,以通过所述继电器采集得到所述温度数据。
可选地,所述嵌入式微处理器模块包括处理器单元和硬件拨码单元;所述处理器单元和所述硬件拨码单元相连接;所述处理器单元用于通过所述硬件拨码单元得到高低电平信息并根据所述高低电平信息切换通讯协议。
可选地,所述处理器单元包括GPIO管脚诊断单元和通信协议切换单元;所述GPIO管脚诊断单元用于通过所述硬件拨码单元得到所述高低电平信息,并将所述高低电平信息发送给所述通信协议切换单元。
可选地,所述上位机控制设备还用于通过组态配置通讯协议并发送给所述APL现场交换机;所述APL现场交换机还用于将所述通讯协议发送给所述APL多通道温度变送器实现数据通信。
可选地,所述APL多通道温度变送器还包括模数转换模块;所述模数转换模块用于将所述温度数据由模拟信号转化为数字信号。
可选地,所述APL多通道温度变送器还包括电源IC模块;所述电源IC模块用于为所述嵌入式微处理器模块和所述继电器模块供电。
可选地,所述APL多通道温度变送器还包括防反接模块;所述防反接模块与所述电源IC模块相连接;所述防反接模块用于防止电源正负极反接。
可选地,所述APL现场交换机包括多个端口;所述端口用于连接所述APL多通道温度变送器。
可选地,所述APL现场交换机还包括以太网接口;所述以太网接口用于通过APL双线连接所述上位机控制设备。
本发明的多路温度采集系统,可通过上位机控制设备生成实时数据请求指令并发送给APL现场交换机,其中,通过采用APL技术可有效提高数据传输速率,并且不需要配置复杂网关设备,只需直接通过交换机便可以实现分散的现场仪表设备数据访问。APL技术通过对物理层进行调整,可以满足大量数据实时上传的要求。并利用APL现场交换机根据MAC地址转发实时数据请求指令给APL多通道温度变送器,其中,通过APL现场交换机能够同时管理多个APL多通道温度变送器,减少数据传输错误。另外,APL多通道温度变送器可通过实时数据请求指令进行多通道温度采集得到温度数据,其中,APL多通道温度变送器的嵌入式微处理器模块可通过偏置电流或偏置电压选择相应继电器进行温度数据的采集,不仅可同时进行大范围的数据采集,且数据传输稳定。
本发明还提供一种多路温度采集方法,包括:上位机控制设备生成实时数据请求指令并发送给APL现场交换机;
所述APL现场交换机根据MAC地址转发所述实时数据请求指令给APL多通道温度变送器;
所述APL多通道温度变送器通过所述实时数据请求指令进行多通道温度采集得到温度数据;
其中,所述APL多通道温度变送器包括嵌入式微处理器模块和继电器模块,所述继电器模块包括多个继电器,所述嵌入式微处理器模块用于通过偏置电流或偏置电压控制所述继电器模块中的所述继电器,以通过所述继电器采集得到所述温度数据。
本发明所述的多路温度采集方法与所述的多路温度采集系统相对于现有技术的优势相同,在此不再赘述。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分,示出了符合本发明的实施例,并与说明书一起用于解释本发明的原理。
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的介绍,显而易见地,对于本领域普通技术人员而言,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1所示为本发明实施例中多路温度采集系统的系统示意图;
图2所示为本发明实施例中嵌入式微处理器模块的系统示意图;
图3所示为本发明实施例中通信协议切换方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,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,所描述的实施例是本发明的一部分实施例,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的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。
结合图1所示,本实施例提供一种多路温度采集系统,其特征在于,包括上位机控制设备、APL现场交换机和多个APL多通道温度变送器;
所述上位机控制设备用于生成实时数据请求指令并发送给所述APL现场交换机;
所述APL现场交换机用于根据MAC地址转发所述实时数据请求指令给所述APL多通道温度变送器;
所述APL多通道温度变送器用于通过所述实时数据请求指令进行多通道温度采集得到温度数据;
其中,所述APL多通道温度变送器包括嵌入式微处理器模块和继电器模块,所述继电器模块包括多个继电器,所述嵌入式微处理器模块用于通过偏置电流或偏置电压控制所述继电器模块中的所述继电器,以通过所述继电器采集得到所述温度数据。
在一些更具体地实施例中,嵌入式微处理器模块通过控制I/O管脚从而控制采样通道,对于设计的n路现场温度采样通道,每个继电器模块包括5个PHOTOMOS,即继电器,每一路温度采样电路的形成由5个PHOTOMOS的切换实现。通过改变不同通道的偏置电流或偏置电压进行选择采样通道PHOTOMOS,所选择通道的PHOTOMOS控制对应采样通道进行采样。在一个采样周期内嵌入式微处理器模块控制遍历所有采样通道,并且在嵌入式微处理器模块中保存所有采样通道实时值,当完成一次采样周期后再次从第一个通道开始切换PHOTOMOS进行采样。
具体地,上位机控制设备通过发送实时数据请求命令包至APL现场交换机,APL现场交换机通过MAC地址判断发往哪个温度变送器,仪表嵌入式微处理器将其中所存储的多通道测量数据进行计算与处理,并且根据请求命令响应数据应答帧封装。每台APL多通道温度变送器都有其独一无二的MAC地址、IP地址、仪表描述信息,以确保上位机软件能够识别并控制不同仪表。温度变送器经由双线以太网口将实时数据上送给APL现场交换机,APL现场交换机通过双线以太网转发包给上位机进行交互,从而完成一次多通道温度采集。
本发明的多路温度采集系统,可通过上位机控制设备生成实时数据请求指令并发送给APL现场交换机,其中,通过采用APL技术可有效提高数据传输速率,并且不需要配置复杂网关设备,只需直接通过交换机便可以实现分散的现场仪表设备数据访问。APL技术通过对物理层进行调整,可以满足大量数据实时上传的要求。并利用APL现场交换机根据MAC地址转发实时数据请求指令给APL多通道温度变送器,其中,通过APL现场交换机能够同时管理多个APL多通道温度变送器,减少数据传输错误。另外,APL多通道温度变送器可通过实时数据请求指令进行多通道温度采集得到温度数据,其中,APL多通道温度变送器的嵌入式微处理器模块可通过偏置电流或偏置电压选择相应继电器进行温度数据的采集,不仅可同时进行大范围的数据采集,且数据传输稳定。
本发明实施例中,所述嵌入式微处理器模块包括处理器单元和硬件拨码单元;所述处理器单元和所述硬件拨码单元相连接;所述处理器单元用于通过所述硬件拨码单元得到高低电平信息并根据所述高低电平信息切换通讯协议。
具体地,所述硬件拨码单元采用4个独立的接插件拨码,通过拨码产生的GPIO引脚高电平信号来对应4种通信协议。
本发明实施例中,结合图2所示,所述处理器单元包括GPIO管脚诊断单元和通信协议切换单元;所述GPIO管脚诊断单元用于通过所述硬件拨码单元得到所述高低电平信息,并将所述高低电平信息发送给所述通信协议切换单元。
具体地,GPIO管脚诊断单元获取4个拨码对应的GPIO管脚高低电平信息。通信协议切换单元设计数据帧格式,规定通信协议字节含义,规定其中的1个字节位软件协议组态设置位。在通信协议切换单元定义了同为1个字节的协议切换标志位、软件组态标志位、硬件组态标志位,例如:标志位0x01代表HART-IP协议、0x10代表OPC UA协议、0x11代表PROFINET协议。
在一些更具体地实施例中,结合图3所示,硬件拨码通常是一种物理开关或设置,用于调整或配置硬件设备的某些功能。这些拨码位于硬件设备上,GPIO管脚诊断单元获取4个拨码对应的GPIO管脚高低电平信息,判断4个管脚是否均为低电平。
若4个管脚均为低电平,则通信协议切换单元通过上位机组态命令配置通信协议。再通过软件组态内容进行判断,解析组态请求命令数据帧格式,判断组态下载是否正确,若组态正确则正常切换通信协议并回正响应,否则负响应。
若4个管脚含有高电平,则进行判断是否有多个管脚具有高电平,采用硬件拨码方式时只允许拨上一个开关,若存在多个高电平时,通信协议切换单元将还是采用通信组态配置的方式进行切换。
若只有一个管脚为高电平时,通信协议切换单元根据高电平管脚切换相应通信协议,通讯协议包括Ethernet/IP、HART-IP、OPC UA和Profinet通信协议。通信协议切换单元以硬件拨码为准。同时在上位机与APL多通道温变装置通信前先对上位机组态进行判断,判断上位机通信组态与硬件拨码是否一致,判断一致后允许进行实时数据通信。
在一些更具体地实施例中,温度变送器连接APL现场交换机不同端口,通过LLDP协议自动获取并生成自身IP地址。LLDP是一种链路层发现协议,它提供了一种标准的链路层发现方式,APL交换机将自身管理地址、设备标识、接口标识等信息发送给接入的多通道温变设备,多通道温变设备通过设备标识来确认是否根据APL交换机管理地址和接口标识来更改IP地址。上位机软件组态配置温变仪表通信协议类型,通过组态协议下发请求命令给APL现场交换机,APL现场交换机转发至温度变送器仪表,仪表解析组态包并响应回包,上位机软件获取连接的温度变送器仪表基础信息,进行实时数据通信
本实施例的多路温度采集系统提供了两种通信协议切换方式,硬件拨码方式采用4个独立的接插件拨码,通过拨码产生的GPIO引脚高电平信号来对应4种通信协议。组态配置方式采用软件通信组态,通过规定组态通信协议格式,设计数据帧格式,规定通信协议字节含义,通过协议栈解析上位机组态请求命令进行协议切换。相较于其他发明中所提及的装置通过各个常用以太网通信协议的应用层协议数据结构的不同,通过抓包分析处理进行自适应协议切换的方法存在安全风险,此种方法无法保证通信协议切换的准确性,同时若网络中存在其他协议包则会对设备造成干扰,从而影响装置在现场工作时的稳定性。可以准确、实时的通过上位机软件实现在线协议切换,无需重启设备即可完成,具备更高的实时性和可靠性。
本发明实施例中,所述上位机控制设备还用于通过组态配置通讯协议并发送给所述APL现场交换机;所述APL现场交换机还用于将所述通讯协议发送给所述APL多通道温度变送器实现数据通信。
本发明实施例中,所述APL多通道温度变送器还包括模数转换模块;所述模数转换模块用于将所述温度数据由模拟信号转化为数字信号。
具体地,采样电压输出给ADC采样芯片,即模数转换模块,嵌入式微处理器模块与ADC采样芯片通过SPI通讯,从而获取当前采样通道实时采样信号。所述模数转换模块采用ADS1148IPWR芯片。
具体地,ADI的ADS1148IPWR是专为温度传感器设计16位ADC,能编程输出测试电流和电压,不用外搭电源进行温度数据的采样,该芯片的工作温度范围在–40℃ to+125℃。
本发明实施例中,所述APL多通道温度变送器还包括电源IC模块;所述电源IC模块用于为其他模块供电。
本发明实施例中,所述APL多通道温度变送器还包括防反接模块;所述防反接模块与所述电源IC模块相连接;所述防反接模块用于防止电源正负极反接。
本发明实施例中,所述APL现场交换机包括多个端口;所述端口用于连接所述APL多通道温度变送器。
本发明实施例中,所述APL现场交换机还包括以太网接口;所述以太网接口用于通过APL双线连接所述上位机控制设备。
在一些更具体地实施例中,所述处理器单元采用Cortex-M0处理器。Cortex-M0芯片是专门为那些对成本和功耗非常敏感但同时对性能要求有相当高的嵌入式应用而设计的,此处选择的MCU为M0内核的LPC11E68。
在一些更具体地实施例中,所述嵌入式微处理器模块还包括以太网通讯芯片;所述处理器单元与所述以太网通讯芯片相连接。处理器单元与以太网通讯芯片通过SPI进行通讯,以太网通讯芯片根据10BASE-T1L协议经由二线制双线以太网接口与以太网连接,可提供完整的数据传输服务,实现测量数据、诊断信息、组态信息等实时传输。
在一些更具体地实施例中,所述采集得到所述温度数据可以采用热电阻采样。检测原理是热电阻的阻值随环境温度的不同而不同,只要能对热电阻的阻值进行准确的读取,就能保证环境温度检测的准确度。而普通的两线制的热电阻的采样电路不能很好消除采样回路线缆电阻的影响,为了减小线缆电阻对采样温度准确性的影响,这里的温度采样方式是三线制热电阻的形式。可以支持的热电阻采样量程分为:1—400Ohms、2—1000Ohms。同时根据PT100和CU50热电阻阻值随温度变化关系,通过嵌入式代码计算支持PT100、CU50两种热电阻类型检测。
所述采集得到所述温度数据还可以采用热电偶采样。首先要对热电偶施加一个偏置电压,因为热电效应产生的电动势很微弱,ADC直接采样,读取精度太低,给热电偶施加偏置电压的目的就是让热电偶的两端的电压都靠近ADC采样电压满量程的中间位置,这样能提高热电偶两端电压的采样精度,也即能提高温度的采样精度。支持的可选热电偶量程为:-100—100mV。同时根据各热电偶类型温度与电压之前的算法关系,通过嵌入式对电压值进行算法处理后支持:E型、K型、N型、J型、S型、T型、B型、R型热电偶。
本发明的多路温度采集系统,可通过上位机控制设备生成实时数据请求指令并发送给APL现场交换机,其中,通过采用APL技术可有效提高数据传输速率,并且不需要配置复杂网关设备,只需直接通过交换机便可以实现分散的现场仪表设备数据访问。APL技术通过对物理层进行调整,可以满足大量数据实时上传的要求。并利用APL现场交换机根据MAC地址转发实时数据请求指令给APL多通道温度变送器,其中,通过APL现场交换机能够同时管理多个APL多通道温度变送器,减少数据传输错误。另外,APL多通道温度变送器可通过实时数据请求指令进行多通道温度采集得到温度数据,其中,APL多通道温度变送器的嵌入式微处理器模块可通过偏置电流或偏置电压选择相应继电器进行温度数据的采集,不仅可同时进行大范围的数据采集,且数据传输稳定。
和上述多路温度采集系统相对应,本发明实施例还提供了一种多路温度采集方法。所述多路温度采集方法包括:
上位机控制设备生成实时数据请求指令并发送给APL现场交换机;
所述APL现场交换机根据MAC地址转发所述实时数据请求指令给APL多通道温度变送器;
所述APL多通道温度变送器通过所述实时数据请求指令进行多通道温度采集得到温度数据;
其中,所述APL多通道温度变送器包括嵌入式微处理器模块和继电器模块,所述继电器模块包括多个继电器,所述嵌入式微处理器模块用于通过偏置电流或偏置电压控制所述继电器模块中的所述继电器,以通过所述继电器采集得到所述温度数据。
本发明所述的多路温度采集方法与所述的多路温度采集系统相对于现有技术的优势相同,在此不再赘述。
需要说明的是,在本发明中,诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本发明的具体实施方式,使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的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,而是要符合与本发明的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种多路温度采集系统,其特征在于,包括上位机控制设备、APL现场交换机和多个APL多通道温度变送器;
所述上位机控制设备用于生成实时数据请求指令并发送给所述APL现场交换机;
所述APL现场交换机用于根据MAC地址转发所述实时数据请求指令给所述APL多通道温度变送器;
所述APL多通道温度变送器用于通过所述实时数据请求指令进行多通道温度采集得到温度数据;
其中,所述APL多通道温度变送器包括嵌入式微处理器模块和继电器模块,所述继电器模块包括多个继电器,所述嵌入式微处理器模块用于通过偏置电流或偏置电压控制所述继电器模块中的所述继电器,以通过所述继电器采集得到所述温度数据。
2.根据权利要求1所述的多路温度采集系统,其特征在于,所述嵌入式微处理器模块包括处理器单元和硬件拨码单元;所述处理器单元和所述硬件拨码单元相连接;所述处理器单元用于通过所述硬件拨码单元得到高低电平信息并根据所述高低电平信息切换通讯协议。
3.根据权利要求2所述的多路温度采集系统,其特征在于,所述处理器单元包括GPIO管脚诊断单元和通信协议切换单元;所述GPIO管脚诊断单元用于通过所述硬件拨码单元得到所述高低电平信息,并将所述高低电平信息发送给所述通信协议切换单元。
4.根据权利要求1所述的多路温度采集系统,其特征在于,所述上位机控制设备还用于通过组态配置通讯协议并发送给所述APL现场交换机;所述APL现场交换机还用于将所述通讯协议发送给所述APL多通道温度变送器实现数据通信。
5.根据权利要求1所述的多路温度采集系统,其特征在于,所述APL多通道温度变送器还包括模数转换模块;所述模数转换模块用于将所述温度数据由模拟信号转化为数字信号。
6.根据权利要求1所述的多路温度采集系统,其特征在于,所述APL多通道温度变送器还包括电源IC模块;所述电源IC模块用于为所述嵌入式微处理器模块和所述继电器模块供电。
7.根据权利要求6所述的多路温度采集系统,其特征在于,所述APL多通道温度变送器还包括防反接模块;所述防反接模块与所述电源IC模块相连接;所述防反接模块用于防止电源正负极反接。
8.根据权利要求1所述的多路温度采集系统,其特征在于,所述APL现场交换机包括多个端口;所述端口用于连接所述APL多通道温度变送器。
9.根据权利要求8所述的多路温度采集系统,其特征在于,所述APL现场交换机还包括以太网接口;所述以太网接口用于通过APL双线连接所述上位机控制设备。
10.一种多路温度采集方法,基于权利要求1至9任一项所述的多路温度采集系统,其特征在于,包括:
上位机控制设备生成实时数据请求指令并发送给APL现场交换机;
所述APL现场交换机根据MAC地址转发所述实时数据请求指令给APL多通道温度变送器;
所述APL多通道温度变送器通过所述实时数据请求指令进行多通道温度采集得到温度数据;
其中,所述APL多通道温度变送器包括嵌入式微处理器模块和继电器模块,所述继电器模块包括多个继电器,所述嵌入式微处理器模块用于通过偏置电流或偏置电压控制所述继电器模块中的所述继电器,以通过所述继电器采集得到所述温度数据。
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