一种燃气行业的实时数据采集单元的制作方法
【专利摘要】本发明基于燃气行业的智能化数字化解决方案【技术领域】，具体涉及一种燃气行业的实时数据采集单元。主要由如下几个单元组成：处理器模块、存贮模块、内存模块、数字输入/输出模块、模拟输入模块、模拟输出模块；其中：处理器模块进行数据的运算和处理；存贮模块进行数据的永久保存；内存模块进行数据的暂时保存；数字输入/输出模块进行开关量数据的采集和控制；模拟输入模块进行对模拟数据的采集；模拟输出模块进行模拟量的输出和设备的控制；通讯模块进行数据的上传和下传，后台软件平台通过通讯模块完成用户的命令下传和规定的动作，前端的数字输入/输出模块、模拟输入模块通过通讯模块完成所有现场数据的收集和上传。
【专利说明】一种燃气行业的实时数据采集单元
【技术领域】
[0001]本发明属于基于燃气行业的智能化数字化解决方案【技术领域】，具体涉及一种燃气行业的实时数据采集单元。
【背景技术】
[0002]对于燃气行业的实时数据采集单元应用最重要的是，定制设计服务能够为需要特殊功能的应用提供额外的灵活性。针对用户所提出各项具体需求，目前已有的国内外RTU均不能很好的满足，因此，亟需研制一种新的实时数据采集单元，通过采用高性能ARM9处理器，结合大容量存储器，并扩展相关外设，来定制满足客户应用需求的高性能RTU。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题是:提供一种新的实时数据采集单元，为需要特殊功能的应用提供额外的灵活性。
[0004]为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是:
[0005]一种燃气行业的实时数据采集单元，主要由如下几个单元组成:处理器模块、存贮模块、内存模块、数字输入/输出模块、模拟输入模块、模拟输出模块；其中:处理器模块进行数据的运算和处理；存贮模块进行数据的永久保存，对现场数据进行现场保存并保证掉电不丢失；内存模块进行数据的暂时保存，现场数据先到内存模块之后，再由处理器模块决定进一步处理方式；数字输入/输出模块进行开关量数据的采集和控制；模拟输入模块进行对模拟数据的采集；模拟输出模块进行模拟量的输出和设备的控制；通讯模块进行数据的上传和下传，后台软件平台通过通讯模块完成用户的命令下传和规定的动作，前端的数字输入/输出模块、模拟输入模块通过通讯模块完成所有现场数据的收集和上传。
[0006]数字输入/输出模块主要完成开关量数据的采集和控制，当数字输入/输出模块采集到开关量的数据之后，通过数据总线将采集到的开关量数据传给处理器模块，经过处理器模块对开关量数据进行计算处理后，通过通讯模块上传到后台软件平台，后台软件平台处理的结果再通过通讯模块传给处理器模块，处理器模块收到处理结果之后对其进行分析，再通过数字输入/输出模块完成要求的控制动作。
[0007]模拟输入模块主要完成模拟数据的采集，当模拟输入模块采集到模拟的数据之后，通过数据总线将采集到的模拟数据传给处理器模块，处理器模块对模拟数据进行计算处理之后，判断是否通过通讯模块上传到后台软件平台:如果判断无须上传，就继续处理后续的采集模拟数据；如果判断需要上传，则传给后台软件平台，后台软件平台经过计算之后，将处理的结果通过通讯模块传给处理器模块，处理器模块收到处理结果之后对其进行分析，再通过数字输入/输出模块完成要求的控制动作。
[0008]模拟输出模块主要完成模拟量的输出和设备的控制，后台软件平台通过通讯模块下传数据到处理器模块之后，处理器模块分析当前的数据，判断是否要做模拟量的输出和设备的控制:如果判断无须做任何动作，则继续处理后续的下传数据；如果判断需要做模拟输出和设备控制的动作，则将分析数据的结果传给模拟输出模块完成规定的动作。
[0009]通讯模块主要完成数据的上传和下传，后台软件平台通过通讯模块完成用户的命令下传和规定的动作，前端的数字输入/输出模块、模拟输入模块通过通讯模块完成所有现场数据的收集和上传。
[0010]进一步的，如上所述的一种燃气行业的实时数据采集单元，处理器模块采用ARM9+Linux的软硬件形式实现。
[0011]进一步的，如上所述的一种燃气行业的实时数据采集单元，通讯模块采用如下两张形式中的至少一种=GPRS模块、WIFI模块。
[0012]本发明技术方案是适用于燃气行业的一款实时数据采集单元，具有多个采集点并有较高的精度，足够的数据处理能力，大容量数据存储能力，较强的通讯能力，支持与前端多个现场仪表及与后端系统的高速网络通讯，便于系统的维护与升级。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是本发明一种燃气行业的实时数据采集单元的组成示意图。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图对本发明技术方案进行详细说明。
[0015]如图1所示，本发明技术方案是一种燃气行业的实时数据采集单元，主要由如下几个单兀组成:处理器模块、存忙模块、内存模块、数字输入/输出模块、模拟输入模块、模拟输出模块；其中:处理器模块进行数据的运算和处理；存贮模块进行数据的永久保存，对现场数据进行现场保存并保证掉电不丢失；内存模块进行数据的暂时保存，现场数据先到内存模块之后，再由处理器模块决定进一步处理方式；数字输入/输出模块进行开关量数据的采集和控制；模拟输入模块进行对模拟数据的采集；模拟输出模块进行模拟量的输出和设备的控制；通讯模块进行数据的上传和下传，后台软件平台通过通讯模块完成用户的命令下传和规定的动作，前端的数字输入/输出模块、模拟输入模块通过通讯模块完成所有现场数据的收集和上传。
[0016]数字输入/输出模块主要完成开关量数据的采集和控制，当数字输入/输出模块采集到开关量的数据之后，通过数据总线将采集到的开关量数据传给处理器模块，经过处理器模块对开关量数据进行计算处理后，通过通讯模块上传到后台软件平台，后台软件平台处理的结果再通过通讯模块传给处理器模块，处理器模块收到处理结果之后对其进行分析，再通过数字输入/输出模块完成要求的控制动作。
[0017]模拟输入模块主要完成模拟数据的采集，当模拟输入模块采集到模拟的数据之后，通过数据总线将采集到的模拟数据传给处理器模块，处理器模块对模拟数据进行计算处理之后，判断是否通过通讯模块上传到后台软件平台:如果判断无须上传，就继续处理后续的采集模拟数据；如果判断需要上传，则传给后台软件平台，后台软件平台经过计算之后，将处理的结果通过通讯模块传给处理器模块，处理器模块收到处理结果之后对其进行分析，再通过数字输入/输出模块完成要求的控制动作；处理器模块采用ARM9+LinuX的软硬件形式实现。
[0018]模拟输出模块主要完成模拟量的输出和设备的控制，后台软件平台通过通讯模块下传数据到处理器模块之后，处理器模块分析当前的数据，判断是否要做模拟量的输出和设备的控制:如果判断无须做任何动作，则继续处理后续的下传数据；如果判断需要做模拟输出和设备控制的动作，则将分析数据的结果传给模拟输出模块完成规定的动作。
[0019]通讯模块采用如下两张形式中的至少一种:GPRS模块、WIFI模块。通讯模块主要完成数据的上传和下传，后台软件平台通过通讯模块完成用户的命令下传和规定的动作，前端的数字输入/输出模块、模拟输入模块通过通讯模块完成所有现场数据的收集和上传。
[0020]下面从硬件和软件开发以及应用场景对本发明技术方案做逐一的介绍，从硬件的角度看，本系统采用核心系统由ARM9微处理器、SDRAM、总线驱动、N0RFlash、NAND Flash构成，而扩展接口主板则包括板载以太网接口、USB、电源输入接口、DUART调试串口和通用串口、ADC输入接口、DAC输出接口、DI (数字量输入)接口、DO (继电器输出)接口、PI脉冲输入接口、BMS等多个功能接口。核心系统采用ATMEL的工业级ARM9 (AT91RM9200)处理器，ARM9内核，主频为200MIPS，是一款专用于嵌入式工业控制应用场合的高性能、低功耗、低成本、小体积嵌入式微处理器，作为一款高性价比的ARM9处理器，AT91RM9200已被广泛应用于各种工业控制系统中。系统的存储介质则包含SDRAM、NORFLASH和NandFlash三部分。系统板载64MB SDRAM,作为嵌入式操作系统和应用程序的运行空间，支持RAMFS和TMPFS文件系统，可作为系统临时文件存放空间。同时系统板载了 8MB NOR Flash,用于存放Uboot、嵌入式Linux操作系统及应用程序，NOR Flash支持JFFS2文件系统。此外，系统还自带了128MB NAND Flash，用于存放应用程序或大量用户数据，NAND Flash支持YAFFS文件系统。
[0021]以太网接口为标准RJ45接口，标识为:RJ45，可直接使用双绞线接入网络。USB接口采用A型USB插座，标识为:USB，该插口为USB主接口，可挂接U盘、USB无线网卡、USB摄像头等从设备。系统的两路RS485接口为三芯插座，标识为:RS485_0、RS485_1，包括两个差分信号和一个屏蔽层接线端子。系统支持2路RS232C电平的串行接口，分别对应AT91RM200的UARTO、UARTl，其中UARTO、UARTl用标准DB9插座连接。系统板载调试串口，标识为:DUART，通过与PC连接，可用于系统调试与程序下载功能，调试串口支持通讯波特率固定为:115200bps。系统调试串口采用标准DB9插座连接。系统支持8通道16位ADC，模拟信号输入接口标识为:ΑΙΝ(0?7)，可外接8通道独立的模拟信号输入，支持电压信号范围为:0?5V。系统支持4通道16位DAC，模拟信号输出接口标识为:DAC_0UT，可输出4通道独立的模拟信号，每通道均支持O?5V模拟电压信号输出。系统支持8路数字量输入(DI)接口，输入接口标识为:D10?DI7 ;系统支持4路继电器输出(DO)接口，输入接口标识为:D001，D002?D031，D032 ;支持2通道脉冲信号输入，接口标识为:PI (O?I)。系统板载低功耗RTC，带后备锂电池供电，支持年、月、日、星期、时、分、秒等时间信息的调电保持功能。设计了一个电源插座，标识为:P0WER，P0WER为3Pin接口。系统工作电压范围为:DC9V ?DC24V，推荐使用 DC12V。
[0022]系统功能描述:
[0023](I) 1扫描程序:负责设备中Al、D1、A0、DO等1通道的扫描、转换和存储。
[0024]A:A1、AO 进行 4_20mA 或 0_20mA，16bit 精度的 AD、DA 转换，4_20mA 与 0_20mA 可通过配置文件进行选择。
[0025]B:10扫描转换周期可根据配置文件进行调整。
[0026]C:10通道与存储空间的对应关系，由配置文件确定。
[0027]D:A0、DO扫描该通道对应的数据存储区，当发现数据有变化时，将该数据通过1通道发送，1通道与存储空间的对应关系，由配置文件确定。
[0028]E:重上电后保持AO、DO不输出。AO、DO所对应的存储空间的数据要做到掉电保持。
[0029](2)串口通讯程序:负责与串口设备通过Modbus通讯协议进行通讯。
[0030]A:串口通讯实现Modbus RTU协议，支持1，2，3，4，5，6，15，16功能码及错误处理代码。
[0031]B:每个串口可单独设置其工作模式。
[0032]C:每个串口对应一个串口通讯程序进程
[0033]D:每个串口可分别设置主从模式状态
[0034]E:串口工作在主模式状态时
[0035]巡检时发送巡检数据帧，并把返回数据放入共享数据空间的指定位置。
[0036]共享数据空间与串口、及其连接设备的对应关系有配置文件决定。
[0037]F:串口工作在从模式状态时
[0038]等待主设备发送指令，如果是巡检指令则返回与目标地址对应的数据空间中的数据。
[0039](3)以太网通讯程序:负责通过以太网使用Modbus通讯协议进行通讯。
[0040]A:以太网通讯实现Modbus TCP/IP协议，支持0，1,3,4,5,6,15，16功能码及错误处理代码。
[0041]B:以太网对应一个以太网通讯程序进程。
[0042]C:以太网工作在从模式状态，等待主设备发送指令，如果是巡检指令则返回与目标地址对应的数据空间中的数据。
[0043](4)数据库记录程序:负责存放历史数据
[0044]A:根据配置文件决定是否启动数据记录功能。
[0045]B:存放数据记录长度为Date+Time+64字节数据。
[0046]C:接收到上位机查询指令时，根据条件查询出符合条件的数据并上传给上位机。
[0047](5) Web 管理
[0048]A:通过web页面配置，生成其他进程运行需要的配置文件相关信息。
[0049]B:系统1信息配置管理。
[0050]C:各个串口信息、工作模式配置管理。
[0051]D:数据记录功能配置管理。
[0052]E:网络配置、网络校时、系统重启、系统恢复出厂设置、用户管理、更新固件功能配置管理。
[0053]F:系统监控功能:动态更新显示时间间隔为5秒。
[0054]串口监控:负责对指定串口进行数据接收、数据发送的监控。
[0055]1监控:负责对系统中Al、A0、D1、DO进行监控，页面显示Al、AO对应通道中的数据及D1、DO对应通道的状态。
[0056]基于Web的系统配置与整机测试服务:
[0057]1、通过IE或其他浏览器直接访问系统，web登陆初始用户及密码为admin、admin ；
[0058]2、通过web，可以完成系统的参数配置及系统部件的验证测试；
[0059]3、可以通过web根据需要对系统进行管理和监控。
【权利要求】
1.一种燃气行业的实时数据采集单元，其特征在于:主要由如下几个单元组成:处理器模块、存贮模块、内存模块、数字输入/输出模块、模拟输入模块、模拟输出模块；其中:处理器模块进行数据的运算和处理；存贮模块进行数据的永久保存，对现场数据进行现场保存并保证掉电不丢失；内存模块进行数据的暂时保存，现场数据先到内存模块之后，再由处理器模块决定进一步处理方式；数字输入/输出模块进行开关量数据的采集和控制；模拟输入模块进行对模拟数据的采集；模拟输出模块进行模拟量的输出和设备的控制；通讯模块进行数据的上传和下传，后台软件平台通过通讯模块完成用户的命令下传和规定的动作，前端的数字输入/输出模块、模拟输入模块通过通讯模块完成所有现场数据的收集和上传； 数字输入/输出模块主要完成开关量数据的采集和控制，当数字输入/输出模块采集到开关量的数据之后，通过数据总线将采集到的开关量数据传给处理器模块，经过处理器模块对开关量数据进行计算处理后，通过通讯模块上传到后台软件平台，后台软件平台处理的结果再通过通讯模块传给处理器模块，处理器模块收到处理结果之后对其进行分析，再通过数字输入/输出模块完成要求的控制动作； 模拟输入模块主要完成模拟数据的采集，当模拟输入模块采集到模拟的数据之后，通过数据总线将采集到的模拟数据传给处理器模块，处理器模块对模拟数据进行计算处理之后，判断是否通过通讯模块上传到后台软件平台:如果判断无须上传，就继续处理后续的采集模拟数据；如果判断需要上传，则传给后台软件平台，后台软件平台经过计算之后，将处理的结果通过通讯模块传给处理器模块，处理器模块收到处理结果之后对其进行分析，再通过数字输入/输出模块完成要求的控制动作； 模拟输出模块主要完成模拟量的输出和设备的控制，后台软件平台通过通讯模块下传数据到处理器模块之后，处理器模块分析当前的数据，判断是否要做模拟量的输出和设备的控制:如果判断无须做任何动作，则继续处理后续的下传数据；如果判断需要做模拟输出和设备控制的动作，则将分析数据的结果传给模拟输出模块完成规定的动作； 通讯模块主要完成数据的上传和下传，后台软件平台通过通讯模块完成用户的命令下传和规定的动作，前端的数字输入/输出模块、模拟输入模块通过通讯模块完成所有现场数据的收集和上传。
2.如权利要求1所述的一种燃气行业的实时数据采集单元，其特征在于:处理器模块采用ARM9+Linux的软硬件形式实现。
3.如权利要求1所述的一种燃气行业的实时数据采集单元，其特征在于:通讯模块采用如下两张形式中的至少一种:GPRS模块、WIFI模块。
【文档编号】G05B19/042GK104076708SQ201310099821
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2013年3月26日 优先权日:2013年3月26日
【发明者】张国栋, 刘涛, 唐淼, 郭 东, 崔瑶 申请人:北京航天拓扑高科技有限责任公司