多通道数字传感器并行采集系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种多通道数字传感器并行采集系统，属于工业自动化控制系统中的嵌入式应用领域。
【背景技术】
[0002]随着近些年科学技术的飞速发展，我国已经全面进入信息电子化时代。在工业生产、交通运输、智能家居等各个领域当中，自动化控制技术的应用越来越广泛，功能越来越强大，并且自动化程度也越来越高。而数据信号的采集作为自动化控制技术中重要的一部分，已经越来越受到人们的重视与研宄。
[0003]外界的各种各样的物理参数，就像水位、压力、温度、ph值等这些非电信号量，都是自动化控制系统当中需要进行采集的各种信号状态量。将这些信号通过传感器转换成芯片处理的电信号，接着再将信号调理转换成系统能够采集的电压信号，然后每隔固定的时间对其信号进行采样、保持、量化、编码四个步骤转化为数字信号，电子系统才能识别和处理这种数字信号，这个过程就是数据信号的采集。
[0004]在传统的自动化控制设备中，数据信号的采集都是集成在控制设备中的一部分。但是现在市场上不同品牌的传感器的通讯协议不尽相同，整个控制系统为了匹配不同传感器的通讯协议而需要不断地被修改，这会使一个自控工程变得复杂与不稳定，也极大地增加了工程师的工作量。这时候，一个能将通讯协议上的差异屏蔽掉，并且功能强大、性能优良的数据采集系统就会更加显示其应用的必要性。本发明准备基于STC15W408AS芯片，设计一种通用性强、精度高、能自动识别传感器类型的多通道数字传感器并行采集系统，将数据采集的工作独立出来，完成对不同数字传感器之间的通讯协议差异的屏蔽，从而提高数据信号采集的实时性、准确性与工程的稳定性。如果这个产品能够应用到实际生产中，将会有很好的发展前景。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是设计一种通用性强、精度高、能自动识别传感器类型的多通道数字传感器并行采集系统。
[0006]为了实现上述目的，本发明采用如下方案为多通道数字传感器并行采集系统，该系统的硬件包括以下几个部分:主处理器、从处理器、RS485接收模块、电源模块；其中，计算机或单片机等控制器通过RS485接收模块与主处理器相连接，主处理器和4个从处理器通过SPI接口以一主四从的方式连接，4个从处理器分别通过RS485接收模块与数字传感器连接，电源模块与主处理器和从处理器相连接。
[0007]下面详细阐述该系统整体构造及其各部分具体实现过程。
[0008]主处理器与从处理器都选用型号为STC15W408AS的芯片。主处理器通过SPI将时钟信号与要采集的传感器地址按时序依次发送到每个从处理器，并将从处理器相应的数据采集并储存到片外数据存储器里；当主处理器通过RS485模块接收到控制器下达的数据采集命令时，它会读取片外数据存储器里相应地址传感器的数据并上传到控制器。4个从处理器每路最多支持16个数字传感器的接入；从处理器能够通过轮询问答自动识别接入的数字传感器的数量、地址、类型等信息；从处理器进入工作状态后，开始不停的通过RS485模块与所接入的数字传感器进行通信，然后将所采集的数据解析出来并按照modbus RTU协议重组成帧，当主处理器通过SPI查询传感器数据时把相应的帧上传到主处理器。电源模块能够将24V输入电压转换成5V输出电压。每个处理器配有I个TTL下载接口，能够在系统运行前对每个处理器中的数字传感器查询指令表进行配置，已达到自动识别数字传感器类型的目的。5个处理器通过SPI —主四从的方式连接实现数据采集的并行，能够提高数据采集的实时性；RS485模块中设计了滤波保护电路，能够提高数据采集的准确性。
[0009]基于以上硬件设计，本系统的软件内容包括主处理器部分和从处理器部分。主处理器包括查询模块与应答模块；从处理器包括查询模块、应答模块与指令解析模块。
[0010]其中，主处理器的查询模块的功能是通过SPI协议与从处理器通信，实现对从处理器中最新数字传感器的数据进行采集；主处理器的应答模块实现与控制器的通信，在串口中断中将数据第一时间上传。另一方面，从处理器查询模块包括传感器自动识别功能与数据采集功能。其中，自动识别功能是从处理器按照提前配置好的传感器信息对接入的数字传感器进行轮询发送指令，当接到应答后将相应的传感器类型、通信格式、地址等信息储存在传感器通道使能表里；数据采集功能按照修改后的传感器通道使能表进行轮询查询，不断的采集最新的传感器数据。从处理器的指令解析模块实现对所采集的数据帧进行校验并解析出数据的功能，然后将所采集的数据按照modbus RTU协议进行重组并保存到数组中等待主处理器的查询。当从处理器接到主处理器的片选信号后进入SPI中断，将主处理器所查询地址的传感器数据帧进行上传，这是从处理器的应答模块。
[0011]综合硬件与软件的设计，本系统具有以下特征:
[0012]通过通讯协议转换功能能够屏蔽不同传感器之间的通讯差异。通讯协议转换功能实现的两个步骤:首先数据处理部分把不同通讯协议下的数据帧中的有效数据提取出来，并保证数据的完整性，不缺帧漏帧。然后数据转换部分把已提取出的有效数据进行重组并写入新的数据帧，单片机或者计算机可以直接读取到统一格式的数据信息。
[0013]自动识别不同数字传感器。同类型不同品牌的传感器，同品牌不同类型的传感器，其初始化命令也不尽相同。
[0014]与现有技术相比，本发明具有如下有益效果。
[0015]在实际生产中，工程师需要为不同的数字传感器在控制端编写相应的驱动才能实现其功能，这不仅耗时耗力，也导致整个工程无法适应不同的生产环境。本发明在数据采集系统中提前配置大量不同数字传感器的驱动信息，以达到传感器自动识别，即插即用的效果O
【附图说明】
[0016]图1:多通道数字传感器并行采集系统正面图。
[0017]图2:多通道数字传感器并行采集系统硬件结构图。
[0018]图3:多通道数字传感器并行采集系统软件结构图。
[0019]图4:多通道数字传感器并行采集系统主处理器流程图。
[0020]图5:多通道数字传感器并行采集系统从处理器流程图。
【具体实施方式】
[0021]结合图1到图5部分，在以下部分对这些图示进行详细描述:
[0022]如图1所示，在工业自动化控制工程中，将不同数字传感器连接到B3-B10这4组RS485接口，每组接口最多能接16路数字传感器，实现对数字传感器信息的采集。A9、AlO为24V电源输入，通过电源模块的转换，BUB2为5V电源输出。A7、A8连接计算机、单片机或PLC等控制器，实现本系统和上位机的通信。A1-A6为扩展接口，可以实现其他功能模块的后期接入。I个主处理器，4个从处理器按照树状连接，旁边配有工作指示灯可以观察到整个系统的工作状态。
[0023]如图2所示，多通道数字传感器并行采集系统的数据流如下:数字传感器接收