多通道总线仪表的制作方法

1.本发明涉及测量一起技术领域，尤其涉及一种可远程配置的多参数多通道总线仪表。


背景技术：

2.现有的总线仪表，设计结构冗余且复杂，并且只支持单通道电化学数字电极或者单通道模拟电极。当仪表切换不同总线应用时，需要离线进行配置并进行总线模块更换。这样操作造成整体成本提高，且容易产生误操作。此外，对于某些特定危险场合，每次更换电极，现场操作人员每多待几秒钟，危险指数可能会不成比例地增加，极有可能会伤害现场操作人员。因此，需要一款可在线进行总线功能切换的，且能够同时支持模拟电极及数字电极的可配置的多参数多通道总线仪表解决以上问题。


技术实现要素：

3.针对现有技术的上述问题，本发明提出了一种多通道总线仪表，能在线更新总线协议，相当于更换总线模块，从而能够实现远程操作。
4.具体地，本发明提出了一种多通道总线仪表，包括，
5.微控制器；
6.n个信号测量处理模块，所述n个信号测量处理模块包括m个数字信号处理模块和n-m个模拟信号处理模块，所述数字信号处理模块与微控制器连接，所述模拟信号处理模块通过模数转换器与所述微控制器连接；
7.电源控制模块，与所述微控制器连接，并向所述n个测量处理模块供电；
8.总线协议栈处理模块和第一通信接口，所述总线协议栈处理模块与所述微控制器连接，并经由所述第一通信接口与外部设备连接，所述总线协议栈处理模块包括多个以太网总线协议，所述总线协议栈处理模块通过所述以太网总线协议来解码或编码所述微控制器与外部设备之间的传输数据；
9.第二通信接口，与所述微控制器连接，所述微控制器从所述第二通信接口接收更新数据，用以更新所述总线协议栈处理模块的多个以太网总线协议或所述微控制器的模块程序；
10.n和m为整数，且n≥m≥0。
11.根据本发明的一个实施例，多个所述以太网协议包括profinet、ethernet/ip、ether cat中的一种或几种。
12.根据本发明的一个实施例，所述第一通信接口为标准以太网接口。
13.根据本发明的一个实施例，所述标准以太网接口为rj45接口。
14.根据本发明的一个实施例，所述第二通信接口为短距离通信接口。
15.根据本发明的一个实施例，所述短距离通信接口为usb接口或rs232接口。
16.根据本发明的一个实施例，所述数字信号处理模块与外部的数字传感器连接，所
述模拟信号处理模块与外部的模拟传感器连接。
17.根据本发明的一个实施例，所述微控制器通过所述电源控制模块控制所述信号测量处理模块工作。
18.根据本发明的一个实施例，所述外部设备为上层控制系统，所述上层控制系统向所述微控制器发送控制命令。
19.根据本发明的一个实施例，所述第二通信接口与外部的协议更新设备连接，所述微控制器与协议更新设备通过第二通信接口进行数据交互。
20.本发明提供的一种多通道总线仪表，利用第二通信接口来在线更新以太网总线协议，整体结构紧凑，能实现远程操作，适使用方便且安全。
21.应当理解，本发明以上的一般性描述和以下的详细描述都是示例性和说明性的，并且旨在为如权利要求所述的本发明提供进一步的解释。
附图说明
22.包括附图是为提供对本发明进一步的理解，它们被收录并构成本技术的一部分，附图示出了本发明的实施例，并与本说明书一起起到解释本发明原理的作用。
23.附图中：
24.图1示出了本发明一个实施例的多通道总线仪表的原理结构示意图。
25.图2示出了本发明一个实施例的多通道总线仪表的场景示意简图。
26.其中，上述附图包括以下附图标记：
27.多通道总线仪表
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101
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微控制器
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102
28.总线协议栈处理模块
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103
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第一通信接口
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104
29.第二通信接口
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105
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外部设备
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106
30.协议更新设备
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107
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模数转换器
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108
31.数字信号处理模块
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109
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模拟信号处理模块
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110
32.数字传感器
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111
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模拟传感器
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112
33.工业以太网交换机
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113
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显示设备
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114
34.plc
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115
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电源控制模块
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120
具体实施方式
35.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
36.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本技术及其应用或使用的任何限制。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
37.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包
括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
38.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本技术的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
39.在本技术的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
40.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
41.此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本技术保护范围的限制。此外，尽管本技术中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本技术说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本技术。
42.图1示出了本发明一个实施例的多通道总线仪表的原理结构示意图。如图所示，多通道总线仪表101包括微控制器102、n个信号测量处理模块、总线协议栈处理模块103、第一通信接口104、第二通信接口105，以及电源控制模块120。
43.其中，n个信号测量处理模块包括m个数字信号处理模块109和n-m个模拟信号处理模块110。n和m为整数，且n≥m≥0。容易理解的，多通道总线仪表101包括n个信号测量处理模块，可以全部是数字信号处理模块109或者全部是模拟信号处理模块110。在常规情况下，总是由多个数字信号处理模块109和多个模拟信号处理模块110构成所有的信号测量处理模块。这些数字信号处理模块109与微控制器102连接，而模拟信号处理模块110则通过模数(a/d)转换器108与微控制器102连接。信号测量处理模块的主要作用是连接外部的各类传感器，用于接收由各类传感器检测到的数据信息。
44.电源控制模块120包括多个电源控制电路。各个电源控制电路对应地连接各个信
号测量处理模块，以供应这些信号测量处理模块的电源。图1为表达方便，设置了上下两个电源控制模块120，实际采用一个电源控制模块120可以直接连接所有的信号测量处理模块。作为举例而非限制，也可以如图中设置两个电源控制模块120，其中一个与数字信号处理模块109连接，另一个与模拟信号处理模块110连接。
45.在此实施例中，总线协议栈处理模块103与微控制器102连接。总线协议栈处理模块103经由第一通信接口104与外部设备106连接进行数据交互。总线协议栈处理模块103包括多个以太网总线协议，总线协议栈处理模块103通过以太网总线协议来解码或编码在微控制器102与外部设备106之间的传输数据。
46.在此实施例中，第二通信接口105与微控制器102连接，微控制器102能从第二通信接口105接收更新数据。该更新数据用以更新总线协议栈处理模块103的多个以太网总线协议。换言之，多通道总线仪表101可以通过第二通信接口105进行不断电情况下在线升级替换在总线协议栈处理模块103中运行的协议。
47.进一步的，微控制器102是多通道总线仪表101的核心，其可以由硬件及运行其上的软件来执行控制。在一实施例中，在微控制器102上存储了控制信号测量处理模块所需的程序。当微控制器102上运行这些程序时，由信号测量处理模块执行测量、计算、输出等操作。例如，微控制器102可以发出一组控制信号至电源控制模块120，指示电源控制模块120控制对应的信号测量处理模块工作或停止。当某一个或多个信号测量处理模块工作时，微控制器102可接收工作中的信号测量处理模块所输出的经处理的测量信号。这些测量信号已形成或经模数转换成数字形式被送往微控制器102。如果必要，微控制器102可对这些测量信号进行一些计算，例如测量值的单位换算，以得到最终所需要的测量值。
48.总线协议栈处理模块103运行的以太网协议包括profinet、ethernet/ip、ether cat中的一种或几种。例如，总线协议栈处理模块103处理profinet协议，并且通过与微控制器102进行数据交换，同时通过第一通信接口104与外部设备106进行数据交换。多通道总线仪表101可以通过第二通信接口105进行不断电情况下在线升级替换在总线协议栈处理模块103中运行的profinet。
49.较佳地，第一通信接口104为标准以太网接口。该标准以太网接口可以是rj45接口。总线协议栈处理模块103通过该rj45接口与外部设备106进行数据交互。
50.较佳地，第二通信接口105为短距离通信接口。该短距离通信接口可以是usb接口或rs232接口。更具体的来说该所采用的物理接口可以是micro-usb,type b,type c，db9等。
51.较佳地，数字信号处理模块109与外部的数字传感器111连接，模拟信号处理模块110与外部的模拟传感器112连接。
52.较佳地，外部设备106为上层控制系统，上层控制系统向微控制器102发送控制命令。
53.较佳地，第二通信接口105与外部的协议更新设备107连接，微控制器102与协议更新设备107通过第二通信接口105进行数据交互。这里的协议更新设备107可以pc，手机或pad中的任一种。
54.回转至图1，当上层控制系统106通过rj45接口向总线协议栈处理模块103发出一条控制命令，或可以称为工业以太网总线命令请求时，总线协议栈处理模块103在处理了当
前的以太网总线profinet或者ethernet/ip解码后，把请求传送给微控制器102，微控制器102便处理当前接收的命令请求，处理完后把处理结果返还发送给总线协议栈处理模块103，总线协议栈处理模块103再根据当前的以太网总线profinet或者ethernet/ip编码后，以以太网总线标准格式通过rj45接口104发送到上层控制系统106，从而完成微控制器102与上层控制系统106之间的数据交互。
55.常规的，微控制器102可定时的把测量数据发送给总线协议栈处理模块103，总线协议处理模块103根据当前的以太网总线profinet或者ethernet/ip标准格式编码后，以工业以太网标准格式通过rj45接口104，发送到上层控制系统106，上层控制系统106便可实时显示多通道总线仪表101测到的测量值。
56.特别在不断电并且设备运行情况下，可通过更新设备发出升级请求，通过usb接口105把更新数据发给微控制器102，然后替换掉运行在总线协议栈处理模块103中的现有协议，而无需更换硬件模块。在一实施例中，更新设备的升级工具为打包完的exe可执行文件，无需进行任何配置，只需一键式操作或者自动完成更新，与传统的总线仪表相比，大大节省了硬件成本和人力维护成本。
57.图2示出了本发明一个实施例的多通道总线仪表的场景示意简图。
58.参考图2，本实施例中，由微控制器102、外部设备106(如plc,lcd,触摸屏等)、工业以太网交换机、两个多通道总线仪表101极其传感器111，组成了多通道总线仪表101的使用场景。
59.参考图2，外部设备106可以包括与工业以太网交换机113连接的显示设备114和plc 115。外部设备106可接入到多台多通道总线仪表101。其中，显示设备114可以显示现场的各种数据和设备运行情况，可以显示与多通道总线仪表101连接的数字传感器111和模拟传感器112测量数据以及实时运行情况。同时，可以通过plc 115，通过多通道总线仪表101的第一通信接口对多通道总线仪表101做监控、标定和参数设置，可以对数字传感器111和模拟传感器112进行测量数据监控、标定和参数设置，从而为现场维护和生产带来了极大便利。
60.本发明提供的一种多通道总线仪表利用第二通信接口来在线更新总线协议栈处理模块上的以太网总线协议，整体结构紧凑，能实现远程操作，运行可靠且提升安全性能。
61.本领域技术人员可显见，可对本发明的上述示例性实施例进行各种修改和变型而不偏离本发明的精神和范围。因此，旨在使本发明覆盖落在所附权利要求书及其等效技术方案范围内的对本发明的修改和变型。