专利名称：热网智能数据终端的制作方法
技术领域：
本发明涉及智能通信技术，具体的说是一种热网智能数据终端。
背景技术：
我们知道，工业现场仪表在最初只为记录现场工作中的有关参数，为工业现场的管理提供参考依据。到20世纪70年代以来，随着电子技术和半导体工业的迅速发展，工业生产对测量的需求不断提高，测量领域也出现巨大的变化，现场仪表也逐渐向智能化仪器仪表发展；特别是计算机和网络通信与智能仪表的日益紧密结合，使得智能仪表在测量和监控领域内的运用广度和深度得到极大延伸。通信技术在近几年突飞猛进，通信网络日趋成熟和完善，如以太网、GSM、GPRS、CDMA等等，这都对人们的工作和生活产生了深远的影响。但是人们一直在研究如何更充分挖掘通信网络的应用潜力，不仅仅限于生活和工作，还有更广阔的工业应用领域。一方面，人们试图在网络中接入更多的设备，以便在扩充其应用模式的同时享受其带来的更多便利；另一方面，工业化程度的加剧，也给现场监控的发展提出了新的问题如何组建一个更高效的、更智能化的能够和其他高层网络互联的现场监控网络系统，以便于实时、集中监控，将现场与决策的时差缩得更短，提高决策的正确性、实时性和科学性，也就是将现场监测、反馈控制与现代化通信技术相融合。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种将现场监测、反馈控制与现代化通信技术相融合的热网智能数据终端。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案是一种热网智能数据终端，其包括有外壳、置于外壳上的LCD显示屏、置于壳内的数字小键盘和终端硬件，终端硬件包括电源部分、MCU小系统部分、模拟前端部分和数字前端部分，其特征在于MCU小系统部分设有CPU外部扩展的大容量RAM；数字前端部分设有通信输出模块、海量存储器和基本输出接口RS232、RS485串行口。
本发明由于采用将现场监测、反馈控制与现代化通信技术相融合，对照现有技术，其不仅实现了对现场数据的采集、分析、处理和存储，同时也能够实现将数据通过各种通信网络向高层传输并作出及时反馈。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的硬件总结构图。
图2是本发明的软件模块关联结构图。
图3是本发明的电路部分原理图。
图4是本发明的电源监测程序流程图。
图5是本发明的键盘处理程序流程图。
图6是本发明的模拟前端电路原理结构图。
图7是本发明的积算功能程序流程图。
具体实施例方式
一种热网智能数据终端，其包括有外壳、置于外壳上的LCD显示屏、置于壳内的数字小键盘和终端硬件，终端硬件包括电源部分、MCU小系统部分、模拟前端部分和数字前端部分，MCU小系统部分设有CPU外部扩展的大容量RAM；数字前端部分设有通信输出模块、海量存储器和基本输出接口RS232、RS485串行口。
图1中硬件的核心部分是MCU小系统部分包括主CPU(中央处理单元)、液晶显示、外部扩展数据RAM(存储器)、数据缓冲存储器、数据的铁电存储器和KEY(数字小键盘)等部分；主CPU采用P89C52RD2H系列芯片，带片内程序FLASH和内部RAM，支持在系统编程功能；采用缓冲方式与外界通信共享设置参数和显示数据；使用FM3104芯片，具有实时时钟、看门狗定时器、低电压复位、电压比较监测、铁电数据存储(高速读写、无限次擦除)等功能，支持I2C板上总线。
MCU小系统还扩展了人机界面的输入输出部分输入部分使用数字小键盘，通过MCU的UART口进行指令输入；输出部分采用点阵液晶模块，同时显示各种采集数据信息；同时，在MCU小系统部分为CPU增加了外部扩展的大容量RAM，存储较长时间内的历史数据，提供历史曲线追忆输出，供用户查询历史数据和运行状态。
图1的左边是电源部分包括电池供电和市电供电(AC/DC)两部分，由电源管理模块进行监测管理，并通过隔离，分别为数字部分、模拟部分和MCU小系统供电；具体方案为通过电源隔离提供独立的小系统5V电源、独立的数字前端5V电源、外围馈电24V电源，同时由稳压块提供模拟前端5V电源。
电源采用可切换式市电供电和电池供电，避免因市电断电而影响终端的正常工作，由软件和硬件协同实现MCU小系统部分监测市电电源，一旦市电掉电，响应最高级中断，进行数据备份，自动切换至备份电池；电池采用12V，由MCU通过继电器控制，为数字前端和模拟前端提供电源，MCU对备份电源电压实时监测，响应最高级中断，进行数据备份和待机。
图1的右边是数字前端部分由另外一个单独的CPU(中央处理单元)来对通信过程进行控制，通信模块是数据的输出接口，有RS232/485、数字电台、以太网、GSM、GPRS和蓝牙等形式；其与外界的通信控制采用AT89C4051系列芯片，采用缓冲方式与主MCU共享设置参数和显示数据；驱动通信协议，对部分通信设备提供必要的驱动指令、握手信号，建立通信连接，与外界进行信息交换。
数字前端部分还增加了海量存储器，在与外部的通信中断其间，通过MSF将共享区域协议数据进行本地备份，并在下次通信连接建立时，根据协议读出相应存储数据并发送。
图1的最下端是模拟前端部分，是模拟输入和输出的接口。
模拟输入前端频率信号通过光电隔离，传送给MCU；前端的电流和电压信号通过专用的ADC转换成数字信号，传送给MCU，采用4通道10位AD转换，并支持芯片低功耗待机功能；为前端的铂电阻信号提供恒流激励；采集到的信号，由内部软件完成运算和积算的处理。
模拟输出流量信号提供PWM的频率输出、8位DAC的电压输出和4-20mA的电流输出。
报警和控制报警信号以声、光报警方式输出；外部执行器控制信号以继电器方式输出。
图2表述了软件的建立模式和各个模块之间的关联关系。MCU部分是核心，搭建了一个软件的平台，主要完成对整个过程决策的控制和执行包括初始化、上电自检、电源监测控制和积算控制。电源监测控制根据电源电压信号的状态指令来执行中断，分别为各个部分提供电源，而电源电压信号的状态来源于系统对各个输入输出接口的监测。积算控制过程执行输入和输出中断，输入部分包括模拟输入的转换控制和键盘输入的驱动；输出部分包括显示输出驱动、数据通信输出驱动和模拟输出驱动三个部分。
图3中电源分两路，一路是市电(交流220V)供电，另一路是电池供电，由MCU监测电源电压的变化而执行不同的供电模式。同时MCU控制继电器K2，并通过电源隔离，分别为数字外围和小系统提供电源，控制继电器K1，提供外围馈电和模拟供电。
图4是小系统对市电(交流220V)供电和电池供电两种模式互相切换的控制过程。
图5是软件输入过程中的一个键盘中断过程，与所有输入/输出中断一样，接到中断请求后，先保护现场，读取键盘输入值，并进行相应的处理，然后恢复现场。
图6是一个对输入/输出信号处理的全部内容模拟信号输入，经过AD(模/数)转换，频率信号输入通过光电隔离，传送给MCU；由恒流源输出激励电流提供电压参考；输出的电流信号经V/I转换，输出的电压信号经F/V转换，与频率输出信号一样，均通过光电隔离后，输出。
图7是积算过程的主程序，由定时中断控制采样过程，中断到来，执行采样过程，然后进行相应的计算，并对计算结果数据执行打包、保存、备份等操作，并刷新显示，然后回到中断监控现场。
以GPRS模块为例其工作过程如下热网智能数据终端安装在一热网管道现场，接入热电公司的“基于GPRS无线网络的热网监控系统”中，需监测现场管道的流量、温度、压力三个参数，由流量调节阀控制管道恒定流量，温度和压力采用光、声形式报警，数据通过GPRS模块向远程监控中心发送数据。
终端上电后，进行自检，首先要识别电源状态，以确定执行市电供电模式还是电池供电模式，经识别执行市电供电模式，启动各端电源驱动。终端进行系统初始化操作后，进入后台循环状态扫描、采集、运算、处理、显示、通信等任务。
系统循环过程中，小键盘有指令输入，响应键盘处理程序，确认是参数设置操作比如设置流量控制范围、温度报警控制范围、压力报警控制范围、信号输入形式等等参数。系统确认设置信息后，执行存储处理。
扫描模拟前端输入，采集现场信息流量是频率信号输入，执行频率信号采集驱动；压力是电压信号，执行AD转换驱动；温度是铂热电阻信号，执行激励电流驱动和AD转换驱动。
对采集到的信号进行运算、比较操作，调用积算处理程序，结果数据送入显示区域；同时调用显示驱动程序，将结果并送显。
将处理好的结果数据存入大容量存储器内(CUP扩展RAM)，响应用户的曲线查询指令，根据历史数据描点，输出曲线(历史追忆)。
识别通信状态，驱动前端通信协议，通过本地的GPRS模块建立与远端监控中心的无线通信连接；判断海量存储器内是否有未发送数据，根据协议读取备份数据并发送；同时发送采集到的实时数据。
在运行过程中，与外界的通信连接中断，实时数据不能及时发送，则根据协议将数据存入本地的海量存储器。
在运行过程中，经比较，若温度或压力信号超出或低于设定报警控制范围，发出信号启动报警灯报警，同时将报警信息发送到远端监控中心；若流量信号超过或低于恒流控制范围，给流量调节阀发出指令，控制阀门的开启或关闭，调节流量，直至稳定在控制的范围内。
在运行过程中，系统随时监测电源状态，一旦市电停电，马上切换至电池供电模式向远端监控中心发送停电信息，切断通信连接；模拟前端支持低功耗待机模式；处理后的实时数据存入海量存储器，以便在下次通信连接时发送。
本发明主要应用于热力管网中对管道介质参数(温度、压力、流量等)的监控和管理，同时也适用于其他工业过程中对现场工业参数(温度、压力、流量、液位等)的监控和管理。它可以完成对现场参数的采集、运算、处理和存储，同时内嵌了不同的网络通信模块，通过不同的网络传输媒介，将数据有线或无线发送到远程高层监控中心，进行分析统计，并作出及时反馈处理。
权利要求
1.一种热网智能数据终端，其包括有外壳、置于外壳上的LCD显示屏、置于壳内的数字小键盘和终端硬件，终端硬件包括电源部分、MCU小系统部分、模拟前端部分和数字前端部分，其特征在于MCU小系统部分设有CPU外部扩展的大容量RAM；数字前端部分设有通信输出模块、海量存储器和接口是RS232、RS485串行口的基本输出接口。
2.根据权利要求1所述的热网智能数据终端，其特征在于电源部分采用可切换的市电供电和电池供电。
3.根据权利要求1所述的热网智能数据终端，其特征在于MCU小系统扩展了人机界面的输入输出部分，输入部分使用数字小键盘，通过MCU小系统的UART口进行指令输入，输出部分采用点阵液晶模块，同时显示各种采集数据信息。
4.根据权利要求1所述的热网智能数据终端，其特征在于模拟前端部分包括前端输入、前端输出、报警信号输出和控制信号输出。
5.根据权利要求1所述的热网智能数据终端，其特征在于该终端是一种自行构建平台的嵌入式操作系统。
全文摘要
本发明涉及一种热网智能数据终端，其包括有外壳、置于外壳上的LCD显示屏、置于壳内的数字小键盘和终端硬件，终端硬件包括电源部分、MCU小系统部分、模拟前端部分和数字前端部分，MCU小系统部分设有CPU外部扩展的大容量RAM；数字前端部分设有通信输出模块、海量存储器和基本输出接口RS232、RS485串行口，其不仅可以实现对现场数据的采集、分析、处理和存储，同时也能够实现将数据通过各种通信网络向高层传输并作出及时反馈，主要应用于热力管网中对管道介质参数(温度、压力、流量等)的监控和管理，同时也适用于其他工业过程中对现场工业参数(温度、压力、流量、液位等)的监控和管理。
文档编号G06F17/00GK1564150SQ20041002388
公开日2005年1月12日 申请日期2004年4月6日 优先权日2004年4月6日
发明者陈涛, 王杰礼, 张栋 申请人:威海市贝特智能仪表有限公司