CN201345041Y - 可远程程序升级的现场数据采集终端 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可远程程序升级的现场数据采集终端，由微处理器电路、通用无线分组业务GPRS模块接口电路、升级过程状态存储器电路、升级程序接受存储器电路、液晶显示接口电路、串行接口电路、模拟量输入电路组成，微处理器的内部程序存储空间分为两个独立部分使用，监控程序部分和可升级的用户程序部分，这两部分的存放地址互相独立，升级过程状态存储器电路用于存储记录升级过程的状态标志，升级程序接收存储器电路用于升级过程中存储接收到的升级用户程序，该现场数据采集终端具有可远程程序升级的能力，很好的解决了量大且地域分散使用的现场数据采集终端的软件升级问题，降低了劳动强度，提高了工作效率。

Description

可远程程序升级的现场数据采集终端

技术领域

本实用新型涉及现场数据采集终端，特别是一种可远程程序升级的现场数据采集终端。

背景技术

在各种系统的应用场合，需要在监控中心监控现场设备的状态和工作参数，如电压、电流、温度等，现场数据采集终端就是要把现场传感器所采集的物理量数据经过远程通信传递到监控中心，使监控中心可以随时监视系统中现场各个设备的工作状态和工作参数。

现场数据采集终端要完成这样的功能，其内部有预先固化好的程序，现场终端依据此固化程序所控制的流程实现其功能，这样就有一个问题，现场终端一旦完成，安装到现场后，其内部程序和功能是固定的，如果用户在使用过程中，感觉有些功能需要修改，或是程序本身有问题需要升级，解决起来就比较麻烦。

现在的方法是安排技术人员到现场重新下载更新程序或者更换新的终端，对于量大且地域分散使用的现场终端，要完成这样的更新任务是很费时间和精力的。

实用新型内容

本实用新型就是针对上述问题，提供一种采用通用无线分组业务GPRS网络通信方法实现可远程程序升级的现场数据采集终端。

本实用新型的技术方案是：一种可远程程序升级的现场数据采集终端，包括微处理器电路A、通用无线分组业务GPRS通信模块接口电路B、升级过程状态存储器电路C、升级程序接收存储器电路D、液晶显示接口电路E、串行接口电路F，模拟量输入电路G，其中微处理器U1为系统的核心，通过相应的信号线与其它各部分相连，微处理器U1的内部程序存储空间分为两个独立部分使用，分别为监控程序部分和可升级的用户程序部分，这两部分的存放地址互相独立，升级过程状态存储器电路C用于存储记录升级过程的状态标志，升级程序接收存储器电路D用于升级过程中存储接收到的升级用户程序，GPRS通信模块接口电路B用于现场终端与监控中心进行无线通信，液晶显示接口电路E用于显示现场终端的参数，串行接口电路F用于现场终端与其它串口设备连接，模拟量输入电路G用于采集模拟量传感器数据，微处理器U1为现场数据采集终端的核心，其中GPRS通信模块接口电路中的模块M1的TXDM、RXDM分别和微处理器U1的P0.0和P0.1端相连；升级过程状态存储器电路中的升级过程状态存储器U2的数据输出端2脚、数据输入端5脚、时钟端6脚、片选端1脚分别与微处理器U1的P0.3、P0.4、P0.5、P0.6端相连；升级程序接收存储器电路中的掉电保持存储器U3的数据输出端8脚、数据输入端1脚、时钟端2脚、片选端4脚分别与微处理器U1的P0.3、P0.4、P0.5、P0.7端相连；液晶显示接口电路中的液晶显示模块M2的7～14脚、使能端6脚、读写控制端5脚、命令数据选择端4脚、复位端17脚、片选1端15脚、片选2端16脚分别与微处理器U1的数据端D0～D7、P1.20、P1.21、P1.22、P1.31、P0.18、P0.19端相连；串行接口电路中的通信集成模块U4的数据发送端TXDH、数据接收端RXDH与微处理器U1的P0.8、P0.9相连；模拟量输入电路中的由电阻R6、R10电容C13，电阻R7、R11电容C14，电阻R8、R12电容C15，电阻R9、R13电容C16构成的阻容滤波网络，分别与微处理器U1的AD0～AD3相连。

由于其微处理器U1的内部程序存储空间分为两个独立部分使用：监控程序和可升级的用户程序，且他们的存放地址是互相独立的，另又专门设计了存储升级过程状态的升级过程状态存储器U2和用于接收升级用户程序的掉电存储器U3，使该现场数据采集终端具有了可远程程序升级的能力，很好的解决了量大且地域分散使用的现场数据采集终端的软件升级问题，降低了劳动强度，提高了工作效率。

附图说明

图1是无线数据采集系统结构示意图；

图2是本实用新型内部结构示意图；

图3是本实用新型的电路原理图；

图4升级过程流程图；

图5监控程序流程图；

下面结合附图，对本实用新型的实施方式作详细阐述。

具体实施方式

图1是无线数据采集系统的示意图，该系统由监控中心主台服务器及相应的计算机网络、无线网络和现场数据采集终端构成，无线网络采用中国移动的GPRS网络，其特点是通信费用低，网络可靠，覆盖面广。

图2为本实用新型内部结构示意图，由七个部分构成，分别为微处理器核心电路A、GPRS通信模块接口电路B、升级过程状态存储器电路C、升级程序接收存储器电路D、液晶显示接口电路E、串行接口电路F，模拟量输入电路G。

图3是本实用新型的电路原理图，包括微处理器核心电路A、GPRS通信模块接口电路B、升级过程状态存储器电路C、升级程序接收存储器电路D、液晶显示接口电路E、串行接口电路F，模拟量输入电路G，其中微处理器U1的内部程序存储空间分为两个独立部分使用，分别为监控程序部分和可升级的用户程序部分，这两部分的存放地址互相独立，监控程序是固定不可修改的程序，用户程序是指需要修改升级的程序，监控程序负责用户升级程序的接受，存储，并把接收的用户程序写入到升级程序空间，当写入完毕后，监控程序退出运行，转到用户程序的运行。

所述微处理器核心电路A包括微处理器U1(LPC2138)，复位模块U5(SP706)，复位按钮S1和由晶振Y1、电容C3、C4，电阻R1组成的晶振电路，其中U5的8脚接U1的P1.31，1脚通过复位按钮S1接地，2脚接Vcc，3脚接地，5、6、7脚悬空。

微处理器U1采用菲利普公司的ARM系列微处理器LPC2138，它是现场数据采集终端的控制核心，其内部有512K的程序存储器用来存储采集终端的应用程序，和32K的静态随机存储器用来作为程序运行时的内存，微处理器U1还具有在线编程功能以及模数转换功能。

所述GPRS通信模块电路B包括GPRS模块M1(MC35i)、手机卡座SIM1及电容C1、C2、C6、C7，其中M1的TXDM、RXDM分别和微处理器的P0.0和P0.1端相连，M1的CCGND、CCVCC、CCRST、CCIO、CCCLK端分别与手机卡座的相应端子1、2、4、5、6脚相连，电容C1、C6并联后，一端接手机卡座SIM1的CCVCC端，另一端接手机卡座SIM1的CCGND端，同时再经电容C2接地，CCRST端经电容C7接地。

GPRS通信模块M1可以采用市场上的通用的GPRS模块，如西门子的MC35i模块、摩托罗拉的G20模块等，本实用新型采用西门子的MC35i，其功能是实现与服务器远程无线连接，即在微处理器U1的控制下，经过中国移动的GPRS网络与服务器建立网络连接，微处理器U1通过串口可以和GPRS通信模块M1进行通信，实现微处理器控制GPRS通信模块进行网络注册，网络连通，断开，短信息的收发等操作。

所述升级过程状态存储器电路C包括升级过程状态存储器U2(FM25CL256)，电阻R2、R3，电容C5，其中U2的数据输出端2脚、数据输入端5脚、时钟端6脚、片选端1脚分别与U1的P0.3、P0.4、P0.5、P0.6端相连，U2的写保护端/WP端经上拉电阻R2接Vcc，U2的数据保持端HOLD端经上拉电阻R3接Vcc，U2的Vcc端接电源Vcc，U2的Vss端接地，滤波电容C5并接在U2的Vcc与Vss端之间。

所述升级程序接收存储器电路D包括掉电保持存储器U3(45DB041)，电阻R4，电容C8，其中U3的数据输出端8脚、数据输入端1脚、时钟端2脚、片选端4脚分别与U1的P0.3、P0.4、P0.5、P0.7端相连，U3的5脚经电阻R4接Vcc，3、6脚直接接电源Vcc，7脚接地，电容C8并接在U3的6、7脚之间。

所述液晶显示接口电路E包括液晶显示模块M2(CA12864)，电阻R5，电位器W1，其中液晶显示模块M2的数据端7～14脚、使能端6脚、读写控制端5脚、命令数据选择端4脚、复位端17脚、片选1端15脚、片选2端16脚分别与微处理器U1的数据端D0～D7、P1.20、P1.21、P1.22、P1.31、P0.18、P0.19端相连，电位器W1的一端经电阻R5接地，另一端接M2的18脚，电位器W1的活动端接M2的3脚，用于调节液晶显示器的亮度，M2的2脚和19脚接电源Vcc，1脚接地，20脚悬空，M2的复位端17脚与复位模块U5的8脚相连后接入微处理器U1的P1.31端。

液晶显示模块M2用来显示采集终端参数和终端的状态。

所述串行接口电路F包括通信集成模块U4(SP3232)、RS232引出端子J1、电容C9、C10、C11、C12，其中U4的数据发送端TXDH、数据接收端RXDH与微处理器的P0.8、P0.9相连，U4的数据发送端TX232、数据接收端RX232端分别接引出端子J1的2、3脚，电容C9接在U4的1、3脚之间，电容C10接在U4的4、5脚之间，U4的2脚经电容C11接电源Vcc，6脚经电容C12接地，8、10、15脚接地，7、9脚悬空。

串行接口电路F用于和现场串口通信设备连接，采集设备的状态数据和运行参数，完成TTL电平与RS232电平转换。

所述模拟量输入电路G包括外接传感器的连接端子J2，由电阻R6、R10电容C13，电阻R7、R11电容C14，电阻R8、R12电容C15，电阻R9、R13电容C16构成的阻容滤波网络，它们分别与微处理器U1的AD0～AD3相连。

现场采集终端所需的直流供电可采用直流电源供电，或者采用通用的交直流电源电路实现。

图4为用户程序升级过程示意图，正常工作状态下，现场数据采集终端运行用户程序，该程序负责现场数据的采集，存储，与主台服务器的通信等任务，现场数据采集终端和服务器的通讯连接可能处于连接状态，即在线状态；也可能处于非连接状态，即离线状态。如果现场采集终端与主台服务器的连接处于在线状态，则通过主台服务器发送升级命令通知现场终端准备升级；如果是离线状态，升级人员可以通过向终端GPRS模块M1发送升级短信命令，当现场采集终端接收到主台服务器的升级命令或者升级短信命令时，监控程序把升级标志和下载成功标志修改为无效，并把所述的升级标志和下载成功标志存储到升级过程状态存储器U2，然后，停止用户程序的运行，跳转到监控程序的运行。

图5为监控程序工作流程图，进入监控程序后，首先从升级过程状态存储器U2读取升级标志，如果读到升级标志为有效，说明不需要升级或者升级成功，则转到用户程序的运行；如果读到升级标志为无效，说明程序需要升级，则转到下一步，判断升级程序是否下载完毕，如果没有下载完毕，则进行程序的下载，步骤是，首先初始化手机通信模块M1，当初始化完毕后，GPRS通信模块M1通过呼叫主台服务器的IP地址和端口，自动与主台服务器建立网络连接，主台服务器收到现场采集终端的连接请求后，向现场采集终端发送启动升级数据帧，升级数据帧包含有升级软件的总长度，升级软件的版本等信息，现场采集终端收到升级数据帧后，判断如果是新版本，则准备接受升级数据帧，并向主台服务器发送确认帧，确认收到正确。主台服务器即按顺序发送升级程序，每次发送一帧，现场采集终端收到后，判断这一帧升级程序是否正确，如果正确，继续下一帧的发送，否则，回应接收错误，提示主台服务器重新发送，如果重发三次均失败，则服务器停止发送，重新等待终端上连，重新开始升级过程，直到升级程序下载完毕，终端在接收到每一帧升级程序后，按地址把升级程序存储到升级程序接收存储器电路的掉电保持存储器U3中，当正确接收完全部升级程序后，设定下载程序成功标志为有效，当监控程序判断到下载成功标志为有效后，把升级程序从U3中读出，写入到U1的内部用户程序存储器地址，写完毕后，设定升级成功标志为有效，当监控程序判断到升级成功标志为有效后，跳转到用户程序入口，执行升级后的用户程序，完成了用户程序的升级。

由以上过程可以看出，当升级过程中由于某种原因，如断电，通信中断等造成升级失败，升级过程不得不中止时，如果没有相应的标志，会造成系统崩溃，本发明设计有下载成功标志和升级成功标志，所述的两个标志存入升级过程状态存储器U2，当升级过程意外中止后，现场采集终端重新上电时，首先运行监控程序，监控程序首先从升级过程状态存储器U2当中读出升级成功标志，如果是升级不成功的标志，则会重新启动升级过程，直到升级成功。

此外，现场采集终端和主台服务器之间按帧发送和接收程序数据，每一帧数据都进行校验和应答，保证了程序的正确性。

本实用新型的工作原理如下：正常使用情况下，现场数据采集终端运行用户程序，该程序负责现场数据的采集，存储，与主台服务器的通信等任务，一方面现场数据采集终端把采集到的现场数据传送到主台服务器，另一方面，现场数据采集终端接受主台服务器的命令，现场数据采集终端与主台服务器的连接状态可以是在线状态或者是离线状态，现场数据采集终端上电首先运行监控程序，读取升级标志，如果升级标志有效，则转入运行用户程序，否则，执行升级程序。

经过对现场数据采集终端内的微处理器U1的内部程序存储空间的存放地址的重新分配和软件设计，加上专用的两个掉电存储器，使现场数据采集终端具有了可远程升级用户程序的功能，对于量大且地域分散使用的现场终端，再也不用费时、费力的跑到现场去解决用户程序升级的问题，经过试用，本实用新型远程程序升级简单、可靠、快捷。

Claims (9)

1、一种可远程程序升级的现场数据采集终端，由微处理器核心电路、GPRS通信模块接口电路、存储器电路、液晶显示接口电路、串行接口电路，模拟量输入电路组成，其特征在于：存储器电路分为升级过程状态存储器电路和升级程序接收存储器电路，微处理器U1的内部程序存储空间分为两个独立部分使用，分别为监控程序部分和可升级的用户程序部分，这两部分的存放地址互相独立，微处理器U1为现场数据采集终端的核心，其中GPRS通信模块接口电路中的模块M1的TXDM、RXDM分别和微处理器U1的P0.0和P0.1端相连；升级过程状态存储器电路中的升级过程状态存储器U2的数据输出端2脚、数据输入端5脚、时钟端6脚、片选端1脚分别与微处理器U1的P0.3、P0.4、P0.5、P0.6端相连；升级程序接收存储器电路中的掉电保持存储器U3的数据输出端8脚、数据输入端1脚、时钟端2脚、片选端4脚分别与微处理器U1的P0.3、P0.4、P0.5、P0.7端相连；液晶显示接口电路中的液晶显示模块M2的7～14脚、使能端6脚、读写控制端5脚、命令数据选择端4脚、复位端17脚、片选1端15脚、片选2端16脚分别与微处理器U1的数据端D0～D7、P1.20、P1.21、P1.22、P1.31、P0.18、P0.19端相连；串行接口电路中的通信集成模块U4的数据发送端TXDH、数据接收端RXDH与微处理器U1的P0.8、P0.9相连；模拟量输入电路中的由电阻R6、R10电容C13，电阻R7、R11电容C14，电阻R8、R12电容C15，电阻R9、R13电容C16构成的阻容滤波网络，分别与微处理器U1的AD0～AD3相连。

2、根据权利要求1所述的可远程程序升级的现场数据采集终端，其特征在于：所述微处理器核心电路包括微处理器U1，复位模块U5，复位按钮S1和由晶振Y1、电容C3、C4，电阻R1组成的晶振电路，其中U5的8脚接U1的P1.31，1脚通过复位按钮S1接地，2脚接Vcc，3脚接地，5、6、4、7脚悬空。

3、根据权利要求1所述的可远程程序升级的现场数据采集终端，其特征在于：所述GPRS通信模块接口电路包括GPRS模块M1、手机卡座SIM1及电容C1、C2、C6、C7，其中M1的CCGND、CCVCC、CCRST、CCIO、CCCLK端分别与手机卡座的相应端子1、2、4、5、6脚相连，电容C1、C6并联后，一端接手机卡座SIM1的CCVCC端，另一端接手机卡座SIM1的CCGND端，同时再经电容C2接地，CCRST端经电容C7接地。

4、根据权利要求1所述的可远程程序升级的现场数据采集终端，其特征在于：所述升级过程状态存储器电路包括升级过程状态存储器U2，电阻R2、R3，电容C5，其中U2的写保护端/WP端经上拉电阻R2接Vcc，U2的数据保持端HOLD端经上拉电阻R3接Vcc，U2的Vcc端接电源Vcc，U2的Vss端接地，滤波电容C5并接在U2的Vcc与Vss端之间。

5、根据权利要求1所述的可远程程序升级的现场数据采集终端，其特征在于：所述升级程序接收存储器电路包括掉电保持存储器U3，电阻R4，电容C8，其中U3的5脚经电阻R4接Vcc，3、6脚直接接电源Vcc，7脚接地，电容C8并接在U3的6、7脚之间。

6、根据权利要求1所述的可远程程序升级的现场数据采集终端，其特征在于：所述液晶显示接口电路包括液晶显示模块M2，电阻R5，电位器W1，其中电位器W1的一端经电阻R5接地，另一端接M2的18脚，电位器W1的活动端接M2的3脚，M2的2脚和19脚连接电源Vcc，1脚接地，20脚悬空，M2的17脚nRST端与复位模块U5的8脚相连后接入微处理器U1的P1.31端。

7、根据权利要求1所述的可远程程序升级的现场数据采集终端，其特征在于：所述串行接口电路包括通信集成模块U4、RS232引出端子J1、电容C9、C10、C11、C12，其中U4的数据发送端TX232、数据接收端RX232端分别接引出端子J1的2、3脚，电容C9接在U4的1、3脚之间，电容C10接在U4的4、5脚之间，U4的2脚经电容C11接电源Vcc，6脚经电容C12接地，8、10、15脚接地，7、9脚悬空。

8、根据权利要求1所述的可远程程序升级的现场数据采集终端，其特征在于：所述模拟量输入电路还包括一个外接传感器连接端子J2，J2的2、3、4、5端分别与由电阻R6、R10电容C13，电阻R7、R11电容C14，电阻R8、R12电容C15，电阻R9、R13电容C16构成的阻容滤波网络中的电阻R6、R7、R8、R9相连。

9、根据权利要求1所述的可远程程序升级的现场数据采集终端，其特征在于：所述U1为LPC2138、U2为FM25CL256、U3为45DB041、U4为SP3232、U5为SP706、M1为MC35i模块、M2为CA128X64液晶显示器。

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