CN201243303Y

CN201243303Y - 用于网络测控的ip传感器

Info

Publication number: CN201243303Y
Application number: CNU2008200982467U
Authority: CN
Inventors: 余成波; 谢东坡; 张冬梅
Original assignee: Chongqing Institute of Technology
Current assignee: Chongqing Institute of Technology
Priority date: 2008-05-09
Filing date: 2008-05-09
Publication date: 2009-05-20
Anticipated expiration: 2018-05-09

Abstract

本实用新型是一种用于网络测控的IP传感器，其包括传感元件前端部分、A/D及微信号处理部分、中央微处理器、TCP/IP通讯接口模块。它结合传感技术和Internet技术，将传感器制成网络产品，并实现网络通信协议，使之具有网络通信功能，成为网络中的一个节点而直接与计算机网络进行数据通信，实现在网络上任何节点对网络传感器进行远程数据访问，信息实时发布与共享，以及对网络传感器的在线编程；借助因特网的低成本接入技术，确保将各类传统传感器的数据传输到Internet上，并通过动态网页提交传感器信息，进而可对不同的传感器进行不同的量化处理以实现传感器的自适应功能，构建具有更高性能价格比的测控自动化系统。

Description

用于网络测控的IP传感器

技术领域：

本实用新型属于测控技术领域，具体地说，本实用新型涉及一种能方便接入Internet网络的IP传感器。

背景技术：

目前，在测控领域，存在着大量的仪表和设备，采集来自现场的压力、流量、位移、温度等物理量，这些物理量通过各种传感器如：温度传感器、压力传感器以及位移传感器等等，转换成电信号，进行处理后通过RS-232、RS-485、RS-422等数字接口传送到上位设备中去。但采用这些接口存在着一些不足：(1)传输距离有限；(2)与PC机进行串行通信，一台PC机最多可挂接89个此类传感器，从而对传感器系统的扩充也是个致命的限制；(3)在远距离传输信号时很容易受线路干扰及环境噪声的影响，还会造成信号衰减，且布线复杂；并且其所传输的数据量将受到影响，速度慢，数据传输实时性受到限制。另外，许多大公司都推出了自己的现场总线(Fieldbus)标准，如Intel公司推出Bitbus、美国Rosemount公司推出HART、德国Bosch公司推出Canbus、Siemens公司推出Profibus、Foundation Fieldbus、以及美国Echelon公司推出LonWorks等。这些总线形式已经被广泛运用于现场总线控制系统，构成传输各类传感器信息的数字式、双向、多分支结构的通讯网络。由于现场总线形式的繁多，传输信息的方式不一样，所以它们之间是不可以互相连接的。

而Internet自诞生以来，就以其可以连接位于任何地方的任何形式终端的优点牢牢占据了人类的生活，基于TCP/IP协议的以太网逐渐渗入到社会生活的各个角落并延伸到工业自动化系统。将传感器采集的各类信息数字化后传输到Internet上，使工作人员在任何能连上Internet的终端上都能查看现场的状况。但由于传感器的类型繁多，其输入输出量、量程等参数都不相同，因此在对传感器的数据进行量化时，操作复杂。本实用新型就是介绍了一种能方便接入Internet网络的IP传感器。

发明内容：

本实用新型针对上述问题提供了一种新的技术手段。就是结合传感技术和Internet技术，将传感器制成网络产品，并实现网络通信协议，使之具有网络通信功能，成为网络中的一个节点而直接与计算机网络进行数据通信，实现在网络上任何节点对网络传感器进行远程数据访问，信息实时发布与共享，以及对网络传感器的在线编程；借助因特网的低成本接入技术，确保将各类传统传感器的数据传输到Internet上，并通过动态网页提交传感器信息，进而可对不同的传感器进行不同的量化处理以实现传感器的自适应功能，构建具有更高性能价格比的测控自动化系统。

本实用新型所采用的技术方案如下：

一种用于网络测控的IP传感器，其包括传感元件前端部分、A/D及微信号处理部分、中央微处理器、TCP/IP通讯接口模块。所述传感元件前端部分用于采集所要测试的物理参量，并将该采集的信号输入至A/D及微信号处理部分，所述A/D及微信号处理部分对传感元件前端部分所输入的信号进行提取和A/D转换，并将转换后的数字信号传输至中央微处理器，经过中央微处理器的数据处理后输出至TCP/IP通讯接口模块，在TCP/IP通讯接口模块中，由TCP/IP协议实现TCP/IP数据包的封装并完成与网络数据交换。

本实用新型所公开的一种用于网络测控的IP传感器本质上为网络中的一个节点，它通过设置各自独立的IP地址来实现网络识别，突破了传统传感器所受的时空局限，更便于扩展、系统的集成和远程测控的实现。基于IP传感器构建的网络化测控系统具有易扩展、处理速度快、长距离传输、可靠性高、成本低等特点，为传统测控系统注入了生机和活力。

附图说明：

图1为本实用新型的整个IP传感器系统框图；

图2为本实用新型的TCP/IP协议的网络接口装置；

图3为本实用新型的IP传感器模型图。

具体实施方式：

下面根据说明书附图对本实用新型的技术方案进一步详细表述。

本实用新型主要由传感元件前端部分、A/D及微信号处理部分、中央微处理器部分、TCP/IP通讯接口模块和基于虚拟仪器技术的人机界面化及后台数据库监测系统平台等组成。其中传感元件前端部分主要检测所要测试的物理参量和为后续电路提供处理信号；A/D及微信号处理部分主要用于对所要处理的信号进行提取、A/D转换并进行微信号处理成为中央微处理系统的所需要的信号；中央微处理器部分主要对所采取的信号进行软件滤波、温度补偿及多任务等处理；TCP/IP通讯接口模块主要用于对中央微处理器处理完的信号进行TCP/IP数据包发送，完成与网络数据交换。

本实用新型的系统框图如图1虚线框部分所示，包括传感元件前端部分、A/D及微信号处理部分、中央微处理器部分、TCP/IP通讯接口模块。将被测参量转换为电信号，并经过电信号调理和A/D采集转换为数字信号，再经过微处理器的数据处理(包括零位漂移、温度漂移的补偿、滤波及校准后)，由TCP/IP协议实现TCP/IP数据包的封装，最后通过以太网接口模块完成与网络数据交换。IP传感器是通过设置各自独立的IP地址来实现网络识别，因此与传统传感器相比能够更好的便于扩展，以及系统的集成和远程测控的实现。另外，图1中的测试对象和PC机或其它网络节点两部分不是IP传感器的组成部分，图1中的测试对象是IP传感器的测试信号来源，PC机或其它网络节点可以和IP传感器进行数据交互和信息共享，PC机还可以对IP传感器的测试数据进行分析处理。

图2显示了IP传感器模型。在硬件设计上将接口装置分成两大功能模块：网络应用模块(Networking Appliance Modular，NAM)和传感器接口模块(Transducer InterfaceModule，TIM)，节点功能分为两个模块：第一个模块包括运行网络协议和应用软件的NAM，第二个模块包括换能器、逻辑控制和信号处理单元。图2中传感器接口模块主要负责与现实世界中的传感元件前端部分对接，完成IP传感器的信息采集、预处理、地址逻辑选择等功能，与图1中的A/D及微信号处理部分相对应；图2中网络应用模块由通信接口、MCU、扩展设备等部分组成，主要负责对TIM模块的数据进行处理(包括零位漂移、温度漂移的补偿、滤波及校准等)，以及数据包的封装和网络数据传输等功能，与图1中的TCP/IP通讯接口模块、中央处理器部分相对应；图2中的Sensor前端部分与图1中的传感器元件前端部分对应。

图3显示了基于TCP/IP协议的网络接口装置各个模块之间的相互关系、数据的流向和总体控制。主要由两大部分组成：用于TCP/IP通讯的网络应用处理器(上位机)和用于端口管理控制的敏捷传感器接口(下位机)。两部分之间基于中断的方式进行数据的交换。网络应用处理器没有操作系统的支持，网络通讯是由TCP/IP主应用程序框架来进行管理的，发送控制和接受控制用于具体实现IP传感器与PC机或其它网络节点的数据传输和信息共享。事件可以来自网络数据的控制信息、也可以来自下位机或者上位机本身，由事件驱动逻辑统一管理。下位机在上位机的统一管理下协调工作，主要实现I/O端口和功能函数的管理/控制：I/O端口寻址逻辑、功能函数寻址，以及与上位机的中断通讯等等。图3本质上是对图2中络应用模块(Networking Appliance Modular，NAM)和传感器接口模块(Transducer Interface Module，TIM)的功能实现描述，图3中的实线框部分(TCP/IP主应用程序框架、发送控制、接收控制、嵌入式TCP/IP服务等)与图2中的网络应用模块相对应，与图1中的TCP/IP通讯接口模块、中央处理器部分相对应；图3中的虚线框部分(数据捕获、状态捕获、模拟输入/输出控制过程、数字输入/输出控制过程等)与图2中的传感器接口模块相对应，与图1中的传感元件前端部分、A/D及微信号处理相对应。

Claims

1、一种用于网络测控的IP传感器，该传感器包括传感元件前端部分、A/D及微信号处理部分、中央微处理器系统、TCP/IP通讯接口模块，其特征为：所述传感元件前端部分用于采集测试对象的物理参量，并将该采集的信号输入至A/D及微信号处理部分；所述A/D及微信号处理部分对传感元件前端部分所输入的信号进行提取和A/D转换，并将转换后的数字信号传输至中央微处理器系统，经过中央微处理器系统的数据处理后输出至TCP/IP通讯接口模块，在TCP/IP通讯接口模块中，由TCP/IP协议实现TCP/IP数据包的封装并完成与网络数据交换。

2、根据权利要求1所述的IP传感器，其特征为：所述传感器的前端部分采集所要测试的物理参量，并将该参量转换为电信号输出至A/D及微信号处理部分。

3、根据权利要求1所述的IP传感器，其特征为：在中央微处理器系统中进行的数据处理包括零位漂移、温度漂移的补偿、滤波及校准。

4、根据权利要求1所述的IP传感器，其特征为：所述TCP/IP通讯接口模块中还包括以太网接口模块，用于完成与网络数据的交换；并在TCP/IP通讯接口模块中通过设置独立的IP地址来实现各自IP传感器的网络识别。

5、根据权利要求1所述的IP传感器，其特征为：所述IP传感器通过TCP/IP通讯接口模块可以与基于虚拟仪器技术的人机界面化及后台数据库监测系统平台实现网络数据交换。

6、根据权利要求4所述的IP传感器，其特征为：所述TCP/IP通讯接口模块包括用于TCP/IP通讯的网络应用处理器部分和用于端口管理控制的敏捷传感器接口部分，所述两部分之间基于中断的方式进行数据的交换，网络通讯是由TCP/IP主应用程序框架进行管理，用于端口管理控制的敏捷传感器接口部分在用于TCP/IP通讯的网络应用处理器部分的统一管理下协调工作。

7、根据权利要求6所述的IP传感器，其特征为：所述用于端口管理控制的敏捷传感器接口部分用于实现I/O端口和功能函数的管理和控制，包括I/O端口寻址逻辑、功能函数寻址，以及与上位机的中断通讯。