专利名称：一种基于IEEE1451.4智能传感器的IPv6数据采集系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种基于IEEE 1451.4智能传感器的IPv6数据采集系统，具体说是一种嵌入式的网络传感器装置。
背景技术：
现有的传感器所采集的数据要通过Internet传输，一般都是采用单片机将传感器的信号变成数字信号，再通过RS232、USB等接口传输到PC机中，这种系统非常复杂，造价也非常昂贵。此外也有通过嵌入式系统通过网络接口芯片直接连接到Internet上的，这种系统相对于本设计装置也要复杂，造价也要昂贵。同时，采用单总线的数据采集方式，能够大大减少装置的复杂程度，大大增强装置的可靠性。
IEEE 1451.4标准定义了一种接口，这种接口包括模拟信号接口和单总线信号接口。IEEE 1451.4标准的传感器内包含一个单总线的存储器，存储着传感器的身份信息、校正信息以及模拟信号特征。
随着Internet新一代IP协议IPv6的提出与进一步完善，IPv6网络在不久的将来必将取代现有的IPv4网络成为下一代网络的主体。
发明内容
本发明的目的是设计一种基于IEEE 1451.4智能传感器的IPv6数据采集系统，特别是一种结构简单、安装方便的嵌入式IPv6数据采集系统，有效的解决在IPv6网络中的数据采集的方法。
本发明采用的方案是本发明的基于IEEE 1451.4智能传感器的IPv6数据采集系统包括数据采集器和传感器，数据采集器具有N个满足IEEE 1451.4标准的传感器接口，数据采集器包括一个嵌入式网络控制器1，嵌入式网络控制器通过信号线2与以太网接口芯片3相连，同时通过信号线8与传感器接口电路5相连，以太网接口芯片3的输出与隔离变压器4的输入端连接，隔离变压器4的输出端与RJ45接口7连接，RJ45接口7作为与IPv6网络连接的接口；传感器与数据采集器分离，数据采集器可同时接入任意K个传感器，它们都经过满足IEEE 1451.4标准的传感器接口通过电缆线相连，传感器可以即插即用；嵌入式网络控制器中设定了一个固定的标识IP地址，并具有自动配置转交地址的功能，通过彻底绑定实现数据传输。
所述的一种基于IEEE 1451.4智能传感器的IPv6数据采集系统，当数据采集器接入IPv6网络时，IPv6网络的路由器将自动给数据采集器分配一个IPv6地址，这个IPv6地址称之为转交地址，数据采集器按照移动IPv6通信协议可以使远程用户计算机获得数据采集器的转交地址，使得数据采集器能够通过转交地址直接与用户计算机通信；数据采集器将用户计算机作为目的地址存储下来，并存储目前所配置的转交地址，同时用户计算机将数据采集系统的标识IP地址和转交地址都存储下来，将之彻底绑定。
所述的一种基于IEEE 1451.4智能传感器的IPv6数据采集系统，数据采集器中的传感器接口电路包括模拟开关和一个16位的A/D转换器。
所述的一种基于IEEE 1451.4智能传感器的IPv6数据采集系统，数据采集器具有N个满足IEEE 1451.4标准的传感器接口，各传感器接口中的单总线信号并联接入网络控制器的单总线接口。
所述的嵌入式网络控制器1与以太网接口芯片3之间的信号线2有TX_ER、TC_EN、TXD[3..0]、TC_CLK、RX_CLK、RX_DV、RX_ER、RXD[3..0]、CRS、COL、MDC、MDIO。
所述的基于IEEE 1451.4智能传感器的IPv6数据采集系统，将嵌入式网络控制器1、以太网接口芯片3、隔离变压器4、传感器接口电路以及相关电源封装在一起，通过按照IEEE 1451.4标准设计的接口与各传感器相连，由RJ45接口7作为与IPv6网络连接的接口。
所述的基于IEEE 1451.4智能传感器的IPv6数据采集系统，各个传感器分别封装，通过按照IEEE 1451.4标准设计的接口与数据采集器相连。
所述的基于IEEE 1451.4智能传感器的IPv6数据采集系统，嵌入式网络控制器中包括固定的标识IP地址和自动配置转交地址的功能，通过彻底绑定实现数据传输。
所述的基于IEEE 1451.4智能传感器的IPv6数据采集系统，数据采集系统包括一个数据采集器和M个传感器，M大于或等于N，传感器与数据采集器分离，通过电缆线相连，具有即插即用功能。
所述的基于IEEE 1451.4智能传感器的IPv6数据采集系统，各个传感器分别封装，通过按照IEEE 1451.4标准设计的接口与数据采集器相连。
本发明的优点系统设计非常简单，外围器件非常少。采用以太网接口芯片LXT972ALC及隔离变压器PM44-11AG作为控制器与采用双绞线的物理层接口。
传感器采用国际统一标准接口，方便实现即插即用功能。采用IPv6网络协议，保证数据的安全高效传递。
本发明将DS80C400、LXT972ALC、PM44-11AG、传感器接口电路以及相关电源封装在一起，通过RJ45接口与Internet相连，传感器可以远离控制器，本发明大大节省了导线的成本及装置的复杂程度。
图1是装置的结构框图。
图2是数据采集器的电路框图。
图3是嵌入式网络控制器与以太网接口芯的连线图。
图4是一个传感器的组成框图。
图5为数据采集器的软件流程图。
图6是A/D转换中断处理流程图。
具体实施例方式
采用按照IEEE 1451.4标准设计的传感器接口作为连接数据采集器和传感器的通道。采用Dallas公司的DS80C400网络控制器作为主控制器，其带有单总线接口，并包含有IPv4/IPv6的MAC协议栈。
如图1所示，本发明所提供一种基于IEEE 1451.4智能传感器的IPv6数据采集系统，是由数据采集器和若干传感器所组成的。传感器与数据采集器之间通过符合IEEE 1451.4标准的传感器接口相连。数据采集器具有N个满足IEEE 1451.4标准的传感器接口，M个传感器。在使用时，可以任意选择其中K个传感器，通过电缆线与数据采集器相连，K小于或等于N，M大于或等于N。
如图2所示，数据采集器是一个由网络控制器、以太网接口芯片、隔离变压器，以及传感器接口电路1～N和电源装置所组成的整体。电源是将220V交流电变换成3.3V直流电的电源装置。以下具体说明嵌入式网络控制器(DS80C400)1通过16根信号线2与以太网接口芯片(LXT972ALC)3相连，同时与传感器接口电路5相连。以太网接口芯片(LXT972ALC)3输出的信号经过一个隔离变压器(PM44-11AG)4通过RJ45接口7与IPv6网络连接；传感器接口电路5由模拟开关和16位A/D转换器组成。传感器接口电路5具有N个传感器接口，各传感器接口中的单总线信号并联接入网络控制器的单总线接口。
图3是嵌入式网络控制器1与以太网接口芯3的连线图嵌入式网络控制器DS80C400与以太网接口芯片之间的16根信号线分别为TX_ER、TC_EN、TXD[3..0]、TC_CLK、RX_CLK、RX_DV、RX_ER、RXD[3..0]、CRS、COL、MDC、MDIO。
图4是一个传感器的组成框图。传感器包括传感变换单元、信号调理单元、单总线存储器件以及一个满足IEEE 1451.4标准的传感器接口。
图5为数据采集器的软件流程图，图6是A/D转换中断处理流程图当数据采集器完成IP地址配置并建立与远程计算机的连接后，数据采集器就读取IEEE 1451.4传感器内的电子数据表(TEDS)信息，确定各通道的传感器类型、采集频率、数据传输格式等信息，并设置各通道的采集参数，然后等待远程计算机发出的指令。当网络控制器查询到网络接口芯片已经完成了网络数据的接收时，向网络接口芯片的缓存区内读取网络数据，完成接收过程。当接收到远程计算机的数据时，网络控制器需要判断这些数据所代表的指令，按照指令内容执行指令。这些指令包括开始采集、停止采集、读取TEDS内容、设定TEDS内容。在执行开始采集指令时，网络控制器要打开A/D转换的中断，并根据各通道传感器的参数分别产生对各通道进行A/D转换的触发信号。当执行停止采集指令时，网络控制器要关闭A/D转换的中断，并停止产生A/D转换的触发信号，并返回一个应答指令通知计算机所有指令已经完成。当执行读取TEDS内容指令时，首先对某个传感器的TEDS进行寻址，并读取其数据，然后重复此过程M次，直到所有传感器的TEDS数据均被读取完，再由网络控制器进行网络打包，并将数据传送至网络接口芯片，完成网络数据发送。当执行设定TEDS内容时，首先将接收到的数据包进行解码，获得每个传感器的TEDS数据，并将这些数据按照各个传感器相应的地址，写入TEDS中，完成TEDS内容的设定。
数据采集及数据传输由A/D中断处理完成，当网络控制器检测到A/D发出中断信号时，即进入A/D中断处理程序，首先读取A/D转换数据，并启动下一次采集的触发信号，然后将A/D转换数据进行封装并存入缓存中，再判断目前缓存器是否已经满，如果满了则进行数据打包，通过网络发送至计算机端，并退出中断处理。如果目前缓存器还没满，则直接退出中断处理。
数据采集系统作为IPv6网络中的一个移动节点，这种方法使得数据采集系统可以在远离用户计算机的位置接入网络而不需要预先知道所接入网络的IP地址。
网络控制器(DS80C400)内部设定一个固定的IPv6地址，称之为标识IP地址。同时，当数据采集器接入IPv6网络时，IPv6网络的路由器将自动给数据采集器分配一个IPv6地址，这个IPv6地址称之为转交地址。数据采集器按照移动IPv6通信协议可以使远程用户计算机获得数据采集器的转交地址，使得数据采集器能够通过转交地址直接与用户计算机通信。数据采集器将用户计算机作为目的地址存储下来，并存储目前所配置的转交地址。同时用户计算机将数据采集系统的标识IP地址和转交地址都存储下来。这个过程称之为彻底绑定。
本发明的工作原理与过程当数据采集器完成IP地址配置并建立与远程计算机的连接后，数据采集器就读取IEEE 1451.4传感器内的TEDS信息，确定各通道的传感器类型、采集频率、数据传输格式等信息，并设置各通道的采集参数，然后等待远程计算机发出的指令。当网络控制器查询到网络接口芯片已经完成了网络数据的接收时，向网络接口芯片的缓存区内读取网络数据，完成接收过程。当接收到远程计算机的数据时，网络控制器需要判断这些数据所代表的指令，按照指令内容执行指令。这些指令包括开始采集、停止采集、读取TEDS内容、设定TEDS内容。在执行开始采集指令时，网络控制器要打开A/D转换的中断，并根据各通道传感器的参数分别产生对各通道进行A/D转换的触发信号。当执行停止采集指令时，网络控制器要关闭A/D转换的中断，并停止产生A/D转换的触发信号，并返回一个应答指令通知计算机所有指令已经完成。当执行读取TEDS内容指令时，首先对某个传感器的TEDS进行寻址，并读取其数据，然后重复此过程M次，直到所有传感器的TEDS数据均被读取完，再由网络控制器进行网络打包，并将数据传送至网络接口芯片，完成网络数据发送。当执行设定TEDS内容时，首先将接收到的数据包进行解码，获得每个传感器的TEDS数据，并将这些数据按照各个传感器相应的地址，写入TEDS中，完成TEDS内容的设定。
每个通道的数据按照IEEE 1451.4的标准进行封装，当所有采集数据达到1Kbyte时，网络控制器将这些采集数据打包，经过网络接口芯片，向IPv6网络发送，数据包最终达到远程计算机端。
权利要求
1.一种基于IEEE 1451.4智能传感器的IPv6数据采集系统，包括数据采集器和传感器，其特征在于数据采集器具有N个满足IEEE1451.4标准的传感器接口，数据采集器包括一个嵌入式网络控制器(1)，嵌入式网络控制器通过信号线(2)与以太网接口芯片(3)相连，同时通过信号线(8)与传感器接口电路(5)相连，以太网接口芯片(3)的输出与隔离变压器(4)的输入端连接，隔离变压器(4)的输出端与RJ45接口(7)连接，RJ45接口(7)作为与IPv6网络连接的接口；传感器与数据采集器分离，通过电缆线相连，传感器可以即插即用；嵌入式网络控制器中设定了一个固定的标识IP地址，并具有自动配置转交地址的功能，通过彻底绑定实现数据传输。
2.根据权利要求1所述的一种基于IEEE 1451.4智能传感器的IPv6数据采集系统，其特征在于当数据采集器接入IPv6网络时，IPv6网络的路由器将自动给数据采集器分配一个IPv6地址，这个IPv6地址称之为转交地址，数据采集器按照移动IPv6通信协议可以使远程用户计算机获得数据采集器的转交地址，使得数据采集器能够通过转交地址直接与用户计算机通信；数据采集器将用户计算机作为目的地址存储下来，并存储目前所配置的转交地址，同时用户计算机将数据采集系统的标识IP地址和转交地址都存储下来，将之彻底绑定。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于IEEE 1451.4智能传感器的IPv6数据采集系统，其特征在于数据采集器中的传感器接口电路包括模拟开关和A/D转换器。
4.根据权利要求1或2所述的一种基于IEEE 1451.4智能传感器的IPv6数据采集系统，其特征在于数据采集器的N个满足IEEE 1451.4标准的传感器接口中的单总线信号并联接入网络控制器的单总线接口。
5.根据权利要求1或2所述的基于IEEE 1451.4智能传感器的IPv6数据采集系统，其特征在于所述的嵌入式网络控制器(1)与以太网接口芯片(3)之间的信号线(2)有TX_ER、TC_EN、TXD[3..0]、TC_CLK、RX_LK、RX_DV、RX_ER、RXD[3..0]、CRS、COL、MDC、MDIO。
6.根据权利要求1或2所述的基于IEEE 1451.4智能传感器的IPv6数据采集系统，其特征在于将嵌入式网络控制器(1)、以太网接口芯片(3)、隔离变压器(4)、传感器接口电路以及相关电源封装在一起，通过按照IEEE 1451.4标准设计的接口与各传感器相连，由RJ45接口(7)作为与IPv6网络连接的接口。
7.根据权利要求1或2所述的基于IEEE 1451.4智能传感器的IPv6数据采集系统，其特征在于各个传感器分别封装，通过按照IEEE 1451.4标准设计的接口与数据采集器相连。
8.根据权利要求1或2所述的基于IEEE 1451.4智能传感器的IPv6数据采集系统，其特征在于嵌入式网络控制器中包括固定的标识IP地址和自动配置转交地址的功能，通过彻底绑定实现数据传输。
9.根据权利要求1或2所述的基于IEEE 1451.4智能传感器的IPv6数据采集系统，其特征在于数据采集系统包括一个数据采集器和M个传感器，M大于或等于N，传感器与数据采集器分离，通过电缆线相连，具有即插即用功能。
10.根据权利要求1或2所述的基于IEEE 1451.4智能传感器的IPv6数据采集系统，其特征在于各个传感器分别封装，通过按照IEEE1451.4标准设计的接口与数据采集器相连。
全文摘要
本发明提供一种基于IEEE 1451.4智能传感器的IPv6数据采集系统，数据采集器具有N个满足IEEE 1451.4标准的传感器接口，数据采集器包括一个嵌入式网络控制器(1)，嵌入式网络控制器通过信号线(2)与以太网接口芯片(3)相连，同时通过信号线(8)与传感器接口电路(5)相连，以太网接口芯片(3)的输出与隔离变压器(4)的输入端连接，隔离变压器(4)的输出端与RJ45接口(7)连接，RJ45接口(7)作为与IPv6网络连接的接口；传感器与数据采集器分离，通过电缆线相连，传感器可以即插即用；嵌入式网络控制器中设定了一个固定的标识IP地址，并具有自动配置转交地址的功能，通过彻底绑定实现数据传输，可外接M个传感器，M大于或等于N。
文档编号H04L29/06GK1963882SQ20061012497
公开日2007年5月16日 申请日期2006年11月9日 优先权日2006年11月9日
发明者张森, 叶晓慧, 吴媛媛 申请人:中国人民解放军海军工程大学