CN2482145Y

CN2482145Y - 智能仪表集散系统的远程输入装置

Info

Publication number: CN2482145Y
Application number: CN 01242201
Authority: CN
Inventors: 龙庆华; 陈天钧
Original assignee: South China Normal University
Current assignee: South China Normal University
Priority date: 2001-06-19
Filing date: 2001-06-19
Publication date: 2002-03-13
Anticipated expiration: 2011-06-19

Abstract

一种智能仪表集散系统的远程输入装置,该装置以单片计算机为核心,安放于现场,挂入计算机集散系统的通讯总线,操作者通过红外遥控键盘输入方式,将某些经便携式仪表检测的环境参数或生产数据按预定格式及编码输入此装置中,并自动保存,在总线上接受到数据传送指令时,该装置将其存储的所有数据传送给上层计算机,此装置还可接收上层计算机的指令校正自己的时间,并在掉电情况下,原已储存的数据不会丢失。

Description

智能仪表集散系统的远程输入装置

本实用新型涉及物理领域信号装置，更具体地是智能仪表集散系统的远程输入装置。

目前在智能仪表集散系统结构中一般环境参数数据都是在线检测，生产数据都由上层管理计算机处输入，这需要昂贵的在线检测设备，且在线设备的长时间精度稳定性较低，如想检测不同地点的参数，就需要多台设备，使成本急剧增加。如果用廉价的便携式仪表检测，需要人为记录，且须在上层管理计算机处输入，才能进入上层数据库保存。管理参数(某大棚各种花的日产量)就更是如此，很不方便。

本实用新型的目的在于提供一种智能仪表集散系统的远程输入装置，该装置以单片计算机为核心，安放于现场，挂入计算机集散系统的通讯总线(如RS-422)，操作者通过红外遥控键盘输入方式，将某些经便携式仪表检测的环境参数(如CO2，PH，EC值)或生产数据(花的日产量)按预定格式及编码输入此装置中，并自动保存(包括输入参数的时间)。在总线上接受到数据传送指令时，该装置将其存储的所有数据传送给上层计算机。此装置还可接收上层计算机的指令校正自己的时间，并在掉电情况下，原已储存的数据不会丢失。

如图1所示，本实用新型的智能仪表集散系统的远程输入装置主要由主控制器3、从控制器9、微型键盘16与红外发送器1及红外接受器2组成的红外线键盘、输入显示器4、记录存储器5、内部通讯器7、地址开关6、时间显示器13、电源检测器15与备用电源14组成的备用电源系统、光电隔离器10、主电源12、以及为其他形式的小键盘预留的键输入接口8构成，主控制器3通过内部通讯器7与从控制器9连接、主控制器3分别与红外接受器2、输入显示器4、记录存储器5、键输入接口8连接，从控制器9分别与光电隔离器10、时间显示器13、备用电源14、电源检测器15连接，地址开关6与内部通讯器7连接，光电隔离器10与通讯接口11连接，以上连接均是信号线连接。

本实用新型包含两只微控制器(单片机)3和9，其中3为主控制器，9为从控制器。由微型键盘16与红外线编码发送器1组成红外线遥控器，数据(类型及数据)通过红外遥控器发送，并经红外接收器译码接收输入主控制器3，主控制器3将数据显示在输入显示器4上，同时将数据写入记录存储器5。数据的时间参数是靠从控制器9产生的，从控制器9是一定时器，独立完成记时功能，时间参数显示在时间显示器13上，在有数据输入时，主控制器3通过内部通讯器7告知从控制器9将时间作为参数传送至主控制器3，并存储于记录存储器5中。设备地址由地址开关6产生通过内部通讯器传至从控制器9，以备与RS-422总线通讯。从控制器9又是通讯管理器，它通过通讯接口11及光隔离器10与通讯总线连接，完成数据通讯。光隔离器的作用是防止电干扰。电源检测器15与备用电源14完成掉电时的电源自动切换以保持从控制器的连续供电，当外电源关闭时9备用电源，自行启动，以保证记时的连续性。

本实用新型装置可以应用于具有智能仪表集散监测系统的场合，如花卉，蔬菜，菌类养殖；家畜家禽乃至鱼类水产养殖；生态环境监测与模拟等。

例如应用于花卉培育环境计算机自动监控系统中，用于汇总棚内CO2含量，肥水PH，EC值以及各类非洲菊的产量统计。

将本实用新型的装置置于数据采集现场，而处理数据的上位机置于管理中心，通过RS-422总线上位机可将数据读入。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点：

1、供手工测量与自动测量相结合的模式。既人工用便携式仪表检测的数据，可在现场输入并自动加入时间参量保存，并且自动上传给上层计算机，形成数据库。降低了成本，提高了仪表的利用率(同一仪表可用于不同的测量点，数据由类别与地域编码识别)，增加了方便性及灵活性；

2、产数据也可在现场输入，自动上传，进入数据库，使监测系统与信息管理系统有机结合；

3、置采用掉电保护措施，在掉电情况下，原已储存数据不会丢失；

4、装置的时钟可由上层计算机修改；

5、采用红外线键盘，可以避免非操作人员的错误操作。

图1是本实用新型智能仪表集散系统的远程输入装置的结构方框图；

图2是图1的一种外形图；

图3、图4、图5、图6是图1的电路原理图。

图7是图3、图4、图5、图6的连接关系图。

下面结合实施例和附图进一步说明本实用新型的技术方案。

实施例

前面已对图1作出说明。

如图2所示，本实用新型装置为长方形，面板左侧下方17是电源开关，右侧18为电源引线插座。中间19为红外接收器，20为时间显示，21为输入显示(有两个显示窗，其上面的显示参数类别号，下面的显示具体参数值)。22为红外键盘，用于数据输入。装置的通讯总线通过右侧的孔，接入内部固定端子。

红外键盘具有20键，10个数字键，10个功能键，包括：

设置及运行键“P”、时间输入键“B”、年设置键“Y”、月日设置键“M/D”、时分设置键“H/S”、参数类别及位置设置键“T”、参数设置键“H”、记录保存键“L”及调试键“A”。

下面结合图1、图3、图4、图5、图6、图7说明本实用新型装置的各部件工作原理及其电路原理。

1、主控制器3

主控制器3选用Intel公司生产的位单片机89C51，该单片机采用时钟频率18.432MHZ，具有32路输入/输出端口。端口应用分配如下：

1)P0.7-P0.0用做内部通信7，完成与从控制器9之间的位并行数据交换及通过一个位锁存器74HC273，实现8位地址输入6。当两只控制器执行通信任务时P3.3及P3.5为握手信号端。

2)P1.7～P1.0为红外码输入接口，当执行查询方式时，可通过对P1.7～P1.0的数据查询取得红外输入键码，当采用中断方式时，则可使用接至P3.2的一个负跳变能发INT0中断，用中断程序读取键码。

3)P2.6，P2.5用于构成对E2PROM(5)的访问，E2PROM选用器件24LC16，为2K字节容量的电可改写的非易失性存储器，掉电后仍保存记录。该芯片为I2C接口，由P2.6与P2.5组成，在89C51中固化了符合I2C总线的读/写程序。

4)P3.6，P3.7，P2.7用于显示更新。以串行方式将显示码送入由8位LED数码管组成的输入显示4，P3.7输出串行显示码，P3.6发出移位时钟。输入显示4的8位LED由8只74HC164驱动，8只74HC164组成了64位移位寄存器，自P3.7串行发出64位显示码，配合P3.6发出的64个移位脉冲，而送入64位移位寄存器，完成一次显示更新。P2.7用于抗干扰，平时用一个低电平关闭与门U2：A，只有进行显示更新操作时才开启。

5)P3.0用于外部串行码输入。可用于外接键盘。当键输入接口8有一个键码输入时，主控制器3可发出一个串行中断，而转入相应的中断服务程序，执行相应键操作。

上述I/O端口应用可知主控制器3是设备的主控制器，其内部具有4K程序存储空间，固化了全设备的主控制程序。程序由汇编语言编写，固化机器码约3K。包括：

主流程模块

数据输入模块

键盘分析模块

显示模块

INT0及串行中断处理

通信模块等

2、从控制器9

从控制器9选用Intel公司生产的简化型单片机89C2051，该单片机采用时钟频率18。432MHZ，具有15路I/O端口，端口的应用分配如下：

1)P1.7～P1.0用于内部通信7，完成与主控制器3之间的8位并行数据交换。P3.5，P3.3分别与主控制器3的P3.3，P3.5连接，形成两个控制器之间的通信握手信号，以3为主控完成与9间通过P1.7～P1.0的数据交换。

2)P3.0，P3.1用于与外部设备间数据通信。外部通信采用RS-422标准总线，由两片75176分别构成输出驱动与输入接口11为了防止外线对控制器的干扰，在界面上加入了光电隔离10，P3.0为数据接收端，P3.1为数据发送端，1H信号则用于发送控制，这是考虑多个设备接入RS-422总线，本实用新型装置只是设备之一，当上位主控设备不允许本实用新型装置发送时，本实用新型装置1H为低电平，处于接收状态。

3)P3.4，P3.2用于时间显示驱动

本实用新型装置中所记录的数据都具有时间标记(年、月、日时、分)才有实际意义，因此装置中具备一个走时系统。从控制器9内部设有定时中断，在选用的频率下，最大定时周期为近40ms，因此25次中断既是1秒的定时。再配入软记时操作，就可以完成分、时、日、月、年的走时操作。对大月，小月，平年，闰年均有特殊处理，只要给予初值，定时可自动进行。上电后所有记时存储单元均为另，并开始走时。时间校准由RS-422总线输入。

为保证在系统掉电时能继续走时，设计有备用电源14它由3.6V电源组与逆向二极管D1构成，上电后D1正向，向B1充电；掉电后，D1处于逆向防止B1向全系统供电，只向单片机89C52051供电，此时单片机处于“睡眠”状态，只维持部分工作，可响应中断，工作电流下降至3ma，保证继续走时。

正常与睡眠之间转换由P3.7端口检测，上电运行为高电平，为另转入睡眠状态。走时系统将“时”与“分”以LED显示于时间显示13上，而秒则用LED的闪动来表示。

时间显示13由四位8段LED数码管完成，显示管驱动由四片74HC164组成32位移位寄存器实现，“SD-T”由P3.4输出为串行数据，“SK-T”由P3.2输出为移位时钟，执行32次移位操作，可完成一次显示更新。

1H为某显示管中的特殊一位，它不用于显示更新，而用于RS-422通信控制，用第一显示管的H段的电平完成此功能，标为1H。

从控制器9内部有2K程序存储空间，固化了本设备另一汇编程序，机器码约1.5K，包括：

内部通信模块

RS-422通信模块

定时走时模块

显示驱动模块等

3、红外系统

本实用新型是一数据输入设备人机界面为一个键盘，采用红外遥控方式与主机相连。红外系统包括：

1)红外发送器。由两部分组成：微型键盘16与编码与红外发送1。

A.微型键盘是一个由导电橡胶构成的20键位的手持式键盘。采用二极管矩阵进行编码，红外发送专用芯片SM5201具有8位输入端口，由于二极管的不同连接方式可有与各键对应的编码值送入SM5201，完成第一次编码。

B.编码与红外发送1：由键盘输入的编码，SM5201将其编成专用的38KH的红外通信串行编码序列，由P15送出，经三极管驱动红外发光管IR-LED转化为红外光发送。

2)红外接收器2：

完成两项功能：将38KHZ的红外码解调得到串行编码；将串行编码进行解码还原为键码，在并行端口输出。第一项工作由专用红外光敏接收器RSV及晶体管9013完成。第二项任务则用红外接收专用芯片SM5032实现。

主控制器3与红外接收器的接口可由中断与查询两种方式完成。当选用中断方式时，可用INT0中断，当选用查询方式时则在主流程中安排对P1口的查询程序，当结果为非0FFH时，表示有一个红外编码输入。在主控制器3中固化了键盘分析程序，可根据输入键码完成相应操作。

4、电源供给15

本实用新型的电源取自220V电网。变压器具有相互隔离的两组9V，1A绕组，经整流稳压形成两组+5V直流，以光电隔离10为界面，内面(与控制器相连)为一组；外面(与通讯驱动相连)为另一组形成非共地连接。为防止干扰及雷击，在220V入口增加了交流滤波器及防雷自恢复保险。

在红外发送器中用AA电池两节，为红外键盘电源供给。

在备用电源14中使用Ni-cd充电电池3.6V，200mAH，为从控制器9的睡眠状态电源供给。

使用时，本实用新型装置应用于智能仪表集散系统中，应具有一个固定地址(系统预先设定的)，因此在装置接入系统前，按固有地址拨定地址开关。然后按RS-422总线要求将装置接入422总线。插入电源，指示灯亮，时间显示窗显示00BX(X表示地址号)，1秒后时间显示窗全熄，装置开始走时(从另开始)，此时通过红外键盘对时间进行校准(或通过上位机进行设定)，设置时间(年、月、日、时、分)后装置既可输入数据。

输入数据时，按程序首先进入设定状态，然后输入参数类别号(类别及地点各2位)，接着输入具体参数值，之后按记录保持键，连续再输入下一个数据，全部输入完毕退出设定状态。数据类别及数据值以及输入时间会自动保存在装置的存储器中。在接到数据传送指令时，自动将存储器的数据一次性全部传送至上位计算机。

Claims

1、一种智能仪表集散系统的远程输入装置，其特征在于主要主控制器、从控制器、微型键盘与红外发送器及红外接受器组成的红外线键盘、输入显示器、记录存储器、内部通讯器、地址开关、时间显示器、电源检测器与备用电源组成的备用电源系统、光电隔离器、主电源、以及为其他形式的小键盘预留的键输入接口构成，主控制器通过内部通讯器与从控制器连接、主控制器分别与红外接受器、输入显示器、记录存储器、键输入接口连接，从控制器分别与光电隔离器、时间显示器、备用电源、电源检测器连接，地址开关与内部通讯器连接，光电隔离器与通讯接口连接，以上连接均是信号线连接。