一种模数转换的控制系统及其控制方法与流程

本发明涉及通信领域，特别是一种模数转换的控制系统及其控制方法。

背景技术：

在大型工厂或者建筑系统内，由于楼层较多，设备种类和数量繁多，如在消防系统中，包括消防电梯、消防栓、应急照明、防火卷帘等，因此为了确保消防安全，必须对消防系统进行实时的监控，以保证在发生消防事故时，消防设备正常工作。

而在设备数量庞大的监控系统内，在对工厂或者建筑系统整个监控时，需对带电设备的其电压、电流、功率以及工作状态中的设备的温湿度等指标进行在线监测，在监测时，往往有很多诸如压力、流量、温湿度的传感量需要在线监测。而且一些设备或监测地点，像水泵房等地则往往集中分布有好多末端压力和开关量。每个末端安装一个监测模块，使用物联网监测终端来对每一个监测模块进行数据采集和传输则会显著提高系统成本，并且传输效率也会非常低，而且如此监测时，往往不能集中管理，难以有效、系统的管控设备。

基于上述原因，需要对现有的技术问题提出一种解决方案。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供了一种模数转换的控制系统，通过一控制中心对所有模数转换模块的进行集中管控，达到减小控制系统运算处理压力的目的，同时减少成本。

实现上述目的的技术方案是：一种模数转换的控制系统，包括

至少一信息采集模块，用于采集所测设备的监测信息；

至少一模数转换模块，每一所述信息采集模块连接于一所述模数转换模块；

一控制中心，每一所述模数转换模块连接于所述控制中心，其中，所述控制中心用于控制信息采集模块以及用于控制每一所述模数转换模块将模拟量的监测信息转换为数字量的监测信息，同时用于接收和处理数字量的监测信息。

在本发明一实施例中，所述模数转换模块包括

一微控制单元，用于将所述信息采集模块所采集的模拟量的监测信息转换为数字量的监测信息；

至少一RS485通信模块，用于所述模数转换模块与所述控制中心之间的通信；

至少一拨码开关，设于所述RS485通信模块的通信电路上，所述拨码开关用于设置RS485通信模块的通信地址；

一JTAG接口，连接于所述微控制单元，所述JTAG接口将应用程序更新下载至程序应用模块；

一电可擦可编程只读存储器，连接于所述微控制单元，所述电可擦可编程只读存储器用于存储非易失性的用户数据；

一复位模块，连接于所述微控制单元；

一LED指示模块，连接于所述微控制单元，用于指示系统的运行状态。

在本发明一实施例中，所述信息采集模块包括多种传感器，所述传感器包括温湿度传感器、压力传感器、流量传感器中的至少一种。

本发明的另一个目的是：提供一种模数转换的控制系统的控制方法。

实现上述目的的技术方案是：一种模数转换的控制系统的控制方法，包括以下步骤，

S1）系统初始化；

S2）所述控制中心向所述信息采集模块发送信息监测指令；

S3）所述信息采集模块接收监测指令并采集监测信息，以及将采集的监测信息传递至模数转换模块；

S4）所述模数转换模块将模拟量的监测信息转换为数字量的监测信息，以及将所述数字量的监测信息传递至所述控制中心；

S5）所述控制中心接收和处理所述数字量的监测信息

在本发明一实施例中，所述步骤S1）与步骤S2）之间还包括以下步骤：

S6）所述微控制单元监听RS485通信模块，配置通信地址；

S7）所述微控制单元监听RS485通信模块，校验所述通信地址，若校验成功则进入步骤S8）；若校验不成功，则返回步骤S6）；

S8）所述微控制单元监听RS485通信模块，进行CRC校验；若校验成功，则进入步骤S9），若校验不成功，则返回步骤S7）；

S9）所述微控制单元监听RS485通信模块，校验RS485通信模块的通信协议的功能码和所述微控制单元的寄存器个数；若均校验成功，则进入步骤S2），若校验不成功，则发送错误代码。

在本发明一实施例中，所述步骤S6）包括以下步骤，

S61）所述微控制单元监听RS485通信模块；

S62）所述微控制单元查询该RS485通信模块是否有通信数字信号，若有，则进入步骤S63）；若无，则返回步骤S61）；

S63）所述微控制单元读取并处理拨码开关的数据，将所述拨码开关的数据配置为RS485通信模块的通信地址。

在本发明一实施例中，所述步骤S1)之后还包括以下步骤，

S0) 所述模数转换模块的程序应用模块监听所述微控制单元是否工作正常，若正常，则进入步骤S6)；若不正常，则返回步骤S1)。

在本发明一实施例中，所述程序应用模块看门狗监听频率为900毫秒/次。

在本发明一实施例中，所述步骤S3）包括在一监测循环内，所述信息采集模块多次采集监测信息；

所述步骤S4）包括所述模数转换模块将信息采集模块多次采集的监测信息分别从模拟量转换为数字量；

所述步骤S5）所述模数转换模块取多次监测信息的平均值。

在本发明一实施例中，所述步骤S5）中还包括当所述控制中心每次接收到所述监测信息，所述RS485通信模块的通信电路产生中断，在中断时间中，所述控制中心将所述监测信息存储至缓存中。

本发明的优点是：本发明的模数转换的控制系统及其控制方法，通过一控制中心对所有模数转换模块的进行集中管控，达到减小控制系统运算处理压力的目的；采用485总线进行信息传输，相对于TCP/IP的网线和WIFI模块，硬件成本大大降低，同时仍然保持有非常高的传输稳定性；所有对模数转换模块的控制功能均由控制中心完成，保证基础功能的情况下，减少了大量的重复的操作步骤，同时大幅降低了成本；由于液晶屏幕和TCP/IP功能的削减，核心芯片的存储能力和计算能力的需求都大为减少，因此，此模块的核心芯片采用STM8，开发成本和硬件成本均有降低；模数转换模块仍然采用硬件电路+核心芯片转换的方式，转换精度保持不变；集成标准Modbus通信协议；含有独立看门狗功能，控制系统的稳定性强。

综上所述，本发明的模数转换的控制系统及其控制方法在保持数据采集、模数转换、数据传输的基本功能、精度、稳定性不变的情况下，大幅减小了成本和操作步骤，而与其它市面相似功能模块相比较，本控制系统的价格更具优势，是市面价格的三分之一，而且控制中心的体积小。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

图1为本发明实施例的模数转换的控制系统结构示意图。

图2为本发明实施例的模数转换模块结构示意图。

图3为本发明方法实施例1的步骤流程图。

图4为本发明方法实施例2的步骤流程图。

其中。

1信息采集模块； 2模数转换模块；

3控制中心； 21微控制单元；

22 RS485通信模块； 23 拨码开关；

24 JTAG接口； 25电可擦可编程只读存储器；

26 复位模块； 27 LED指示模块。

具体实施方式

以下实施例的说明是参考附加的图式，用以例示本发明可用以实施的特定实施例。本发明所提到的方向用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「顶」、「底」等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用以说明及理解本发明，而非用以限制本发明。

实施例

如图1所示，一种模数转换的控制系统，包括至少一信息采集模块1、至少一模数转换模块2、以及一控制中心3。

信息采集模块1用于采集所测设备的监测信息；监测信息包括设备的压力值、流量值、设备工作状态中的温湿度等。因此，在本实施例中，信息采集模块1采用多种传感器，来实现监测信息的采集，其中，传感器包括温湿度传感器、压力传感器、流量传感器等。传感器安装于所要监测的设备或所要监测的监测点，每一传感器连接于一模数转换模块2。

在监测信息采集时，传感器依据采集到信号的不同，输出0—20mA的电流，通过150Ω的电阻稳压后转换为0.6—3V的电压，再将电压通过AD口输入模数转换模块2。

每一模数转换模块2连接于控制中心3，其中，控制中心3用于控制信息采集模块1以及用于控制每一模数转换模块2将模拟量的监测信息转换为数字量的监测信息，同时用于接收和处理数字量的监测信息。

如图2所示，具体的，模数转换模块2包括一微控制单元21、至少一RS485通信模块22、至少一拨码开关23、一JTAG接口24、一电可擦可编程只读存储器25、一复位模块26以及一LED指示模块27。

模数转换模块2将上文所述的模拟量的电压转换为十进制的数字信号，并在核心芯片（STM8芯片）中进行编程，采用Modbus协议对数据信息进行封装通过后通过RS485通信模块22（485总线）发送给传感器传输控制中心3，由控制中心3按照Modbus协议进行解析后使用。

至少一RS485通信模块32（即RS485总线）用于模数转换模块2与控制中心3之间的通信。

拨码开关23设于RS485通信模块22的通信电路上并连接于微控制单元21，拨码开关23用于设置RS485通信模块32的通信地址。拨码开关23为八位拨码开关，用来设置RS485通信模块3228（RS485总线）的通讯地址，地址范围为0-255。其中通信协议采用Modbus协议。每一位在低位即为0，高位即为1。每一位可以手动在高位和低位之间切换，即数据值表示范围为0~28（0~255）。通过手动控制，可以调节每一个模拟量转数字量模块的地址，总共256的地址范围可以满足每一个控制中心3之间的通信的要求。

JTAG接口24连接于微控制单元21，JTAG接口24用于将应用程序更新下载至程序应用模块。

电可擦可编程只读存储器25连接于微控制单元21，电可擦可编程只读存储器25用于存储非易失性的用户数据。

复位模块26连接于微控制单元21。

LED指示模块27连接于微控制单元21，用于指示系统的运行状态。如指示电源通断、程序的正常运行及通信故障等情况。

方法实施例1

如图3所示，一种模数转换的控制系统的控制方法，包括以下步骤。

S1）系统初始化。

S2）所述控制中心3向所述信息采集模块1发送信息监测指令。

S3）所述信息采集模块1接收监测指令并采集监测信息，以及将采集的监测信息传递至模数转换模块2。

S4）所述模数转换模块2将模拟量的监测信息转换为数字量的监测信息，以及将所述数字量的监测信息传递至所述控制中心3。

S5）所述控制中心3接收和处理所述数字量的监测信息。

步骤S3）包括在一监测循环内，所述信息采集模块1多次采集监测信息。本实施例中设为3次采集。

所述步骤S4）包括所述模数转换模块2将信息采集模块1多次采集的监测信息分别从模拟量转换为数字量。

所述步骤S5）所述控制中心33次从所述模数转换模块2获取数字量的监测信息，取3次监测信息的平均值。当所述控制中心向下发送Modbus读数据指令后，进入接收中断，模数转换模块2通过多次读取取平均值的方法从ADC获得传感量的AD值，按照标准Modbus协议进行封装，通过RS485总线向上传输到控制中心，触发控制中心接收中断，数3每次接收到所述监测信息，所述RS485通信模块32的通信电路产生中断，在中断时间中，所述控制中心3将所述监测信息存储至缓存中。控制中心读取中断数据并将其存储至缓存中。

多次获取监测信息，以取平均值的方法，是为了修正数据采集以及数据获取时产生的误差，减小随机误差，有效提高了监测信息的准确性。

上述实施例实现了监测信息在模数转换的集成化控制，以及在模数转换后能够集中处理数字量的监测信息，实现的各种监测信息的集成汇总。

方法实施例2

如图4所示，本实施例与方法实施例1的区别在于，增加了通信电路的校检步骤和数据传输的校检步骤。其步骤如下所示。

S0)所述模数转换模块2的程序应用模块监听微控制单元21是否工作正常，若正常，则进入步骤S6)；若不正常，则返回步骤S1)。所述程序应用模块监听频率为900毫秒/次。即在该步骤中，模数转换模块2上电后，开启看门狗，至少每900ms喂狗一次，若再规定的时间段内没有喂狗，则程序软复位。

该步骤S0)是为了监测微控制单元21是否工作正常。若出现异常，能够方便及时检修。如果程序在运行过程中由于外界干扰出现异常，可以自动重新复位。复位模块26可以是硬复位，即手动复位。

所述步骤S1）与步骤S2）之间还包括以下步骤。

S6）微控制单元21监听RS485通信模块22，配置通信地址。

S61）微控制单元21监听RS485通信模块22。

S62）查询该RS485通信模块22是否有通信数字信号，若有，则进入步骤S63）；若无，则返回步骤S61）。

S63）微控制单元21读取并处理拨码开关23的数据，将所述拨码开关23的数据配置为RS485通信模块22的通信地址。

S7）微控制单元21监听RS485通信模块22，校验所述通信地址，若校验成功则进入步骤S8）；若校验不成功，则返回步骤S6）。通信地址校验是在读取到RS485总线数据后进行，并且在每次设备地址校验时，均会再一次读取拨码开关23数据。即通信地址的设置支持热修改功能，在模数转换模块2（设备）运行过程中，可以对设备地址进行修改，但必须在控制中心3发送读取监测信息指令之前。

该步骤S6）和步骤S7）实现了RS485通信模块22（RS485总线）通信地址的配置过程，保证了通信过程中数据传输的稳定性。

S8）监听RS485通信模块22，进行CRC校验；若校验成功，则进入步骤S9），若校验不成功，则返回步骤S7）。

该步骤S8）实现了RS485通信模块22的CRC校验，循环冗余校验码（CRC）的基本原理是：在K位信息码后再拼接R位的校验码，整个编码长度为N位，因此，这种编码也叫（N，K）码。对于一个给定的（N，K）码，可以证明存在一个最高次幂为N-K=R的多项式G(x)。根据G(x)可以生成K位信息的校验码，而G(x)叫做这个CRC码的生成多项式。校验码的具体生成过程为：假设发送信息用信息多项式C(X)表示，将C(x)左移R位，则可表示成C(x)*x的R次方，这样C(x)的右边就会空出R位，这就是校验码的位置。通过C(x)*X的R次方除以生成多项式G(x)得到的余数就是校验码。

该步骤S8）的CRC校验实现了信息传输过程中数据的校验，保证数据传输的准确性，以防止出现乱码，影响监测结果。

S9）监听RS485通信模块22，校验RS485通信模块22的通信协议的功能码和微控制单元21的寄存器个数；若均校验成功，则进入步骤S2），若校验不成功，则发送错误代码。

该步骤S9）的功能码和微控制单元21的寄存器个数的校检，保证数据存储的准确性，以防止存储时出现乱码，影响监测信息处理结果。

应当指出，对于经充分说明的本发明来说，还可具有多种变换及改型的实施方案，并不局限于上述实施方式的具体实施例。上述实施例仅仅作为本发明的说明，而不是对本发明的限制。总之，本发明的保护范围应包括那些对于本领域普通技术人员来说显而易见的变换或替代以及改型。