专利名称：基于IPv6的智能化多传感集成测控装置的制作方法
技术领域：
基于IPv6的智能化多传感集成测控装置&飾@本实用新型涉及一种测试装置，特别涉及一种基于IPv6的智能化多传感集成测控装置。 背聚技术随着计算机、网络通信、测量控制等信息技术的不断发展，对被测环境中各种参数的 测量己不仅仅是局限在某一测试点上的数据采集处理，在很多应用场合上，要求能够实现 多点测量并实现各测量点间数据的相互交换、远程数据采集和集中处理。如仓库储存中为 保证货品能够长期保存，需要对仓库中各位置的环境参数进行实时检测并将多传感测量数 据传送到测控中心集中处理和监控。另外，多传感多点测控还广泛的应用于工业现场和智 能楼宇的环境监控中。自从上世纪70年代以来，基于不同总线的各种智能测控仪表先后涌现，出现集散测控 模式和现场总线测控模式。然而，国际上各知名企业基于自身利益考虑，所推出自有知识 产权的各种现场总线协议标准存在兼容性差的问题，不同厂家产品互连、信息的无缝集成 也就受到严重影响。以TCP/IP协议、以太网作为支撑技术的Internet网络技术自上世纪90 年代以来迅猛发展，具有标准统一、传输速率高、价格低、接入方便等特点，为现代测控 技术的网络化发展带来了机遇，基于TCP/IP的工业以太网测控装置(简称IP模式测控装 置)已成为测控领域的研究热点。但工业现场应用在环境适应性、实时性、可靠性和安全性等方面有严格的要求，以太 网是以办公自动化为目标设计的，并不完全符合工业环境的要求，将以太网应用于工业领 域主要存在如下缺陷通信的不确定性、实时性不够、安全性需要提高以及现场设备互操 作性差。经过多年的努力，以太网传输速率的提高、以太网交换技术的发展以及优先级技 术的应用等，使得工业以太网的研究已取得了很大的发展，并使以太网应用于工业现场测 控设备间的通信成为可能。但是以太网这一实时网络由于媒介访问控制协议~~CSMA/CD 存在不可预见的延迟特性，因此工业测控领域中的以太网实时性问题一直是其大面积推广 应用的瓶颈之一。目前国内外通过使用交换机、改进相关测控算法及修改通信协议等方法
来提高工业以太网的各种性能成为推动工业以太网广泛应用的研究热点。然而随着传感技 术、通信技术和计算机技术的发展，特别是基于IPv6的新一代网络技术的逐渐成熟，其网 络总体性能较IPv4网络得到了较大提高。IPv6具有以下的优势地址空间扩大到128位， 同时具备了更简单的地址自动配置；报头格式更简单，并增加了标志流能力，报头中的业 务级别和流标记通过路由器的配置可以实现优先级控制和QoS保障，从而提高了网络运行 的实时性；认证和加密能力提高，IPSec在网络层提供了认证数据加密等功能，提供了有效 的端到端的安全保证，从而使网络的安全性能有很大的提升。因此，本发明提出一种新型 的基于IPv6的智能化多传感集成测控装置。 实用新型内容本实用新型的目的在于针对现有基于IPv4的工业以太网技术的不足，提供一种基于 IPv6的具有高传输率、高可靠性、低成本、可远程传输的智能化多传感集成测控装置。本实用新型的目的通过下述技术方案来实现本智能化多传感集成测控装置由多传感 集成模块l、主机电路模块2、人机交互模块3、输出模块4和通信模块5组成，其中通信 模块5由IPv6接口模块51和232串口通信模块52组成，多传感集成模块1、人机交互模 块3、输出模块4和通信模块5均与主机电路模块2电气连接。所述人机交互模块3包括LCD显示子模块31、键盘输入子模块32。 LCD显示子模块 31、键盘输入子模块32、多路输出子模块和片外数据存储器均与嵌入式系统子模块22电 气连接。所述IPv6接口模块51包括嵌入式系统子模块22、以太网PHY515、网络隔离变压器 516和RJ45接口 517。所述电源模块21为各模块电路提供5V输出电源。本智能化多传感集成测控装置的工作原理是本智能测控装置上电工作后，通过键盘 操作可以设置测控装置各采集通道的开关状态。设置完成后，智能测控装置开始正常工作，多传感集成模块通过多传感器实时检测环境中的各种环境变量的大小，将检测到的各参数 数值传送到主机电路模块中的嵌入式系统子模块进行处理。嵌入式系统将这些测量数据传 送到LCD显示子模块进行实时数据显示，同时通过串口通讯模块将测量数值传送到IPv6
接口模块，IPv6接口模块将接收到的数据进行打包，然后将其传送到Internet上。在Internet 上，测控中心实时接收各测控点上智能测控装置发送上来的测量信息，对各测量点的测量 数据进行实时处理后再向各智能测控装置发送相应的控制命令。智能测控装置接收到测控 装置发送过来的控制命令后执行相应的操作，实时地调节环境参数，使其保持在一个合适 的范围之内。本实用新型相对于现有技术具有如下的优点(1)本智能化多传感集成测控装置综合 地应用计算机技术、网络通信技术、传感器技术和数字信号处理技术等多学科知识，高度 集成了多种环境参数的测量；(2)本智能化多传感集成测控装置基于IPv6协议，利用以太 网(Ethemet)的工业控制网络进行测量数据的传送，具有数据传输率高、可靠性好、易维护、 可远程传输、互操作性好等优点，可以轻松实现多点测量并实现各测量点间数据的相互交 换和远程数据釆集，集中处理；(3)本智能化多传感集成测控装置以嵌入式系统模块为核 心，利用嵌入式系统模块编程灵活、功能强大的特点，实现复杂的数据处理和基于IPv6的 以太网数据传送，具有极大的灵活性和可扩充性；
图1是本基于IPv6的智能化多传感集成测控装置的结构示意框图。 图2是图1中IPv6通信模块的组成框图。 图3测控装置IPv6通信流程图。图4是智能化多传感集成测控装置嵌入式微处理器中程序主流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本实用新型作进一步说明，但本实用新型要求保护的范围并不局限 于实施方式表述的范围。图1是本实用新型基于IPv6智能化多传感集成测控装置结构示意图。如图1所示，本 智能化多传感集成测控装置由多传感集成模块l、主机电路模块2、人机交互模块3、输出 模块4和通信模块5组成。主机电路模块2包括嵌入式微处理器22、外部RAM模块23、调电保护数据存储器24、 电源模块21;外部RAM模块23、调电保护数据存储器24和电源模块21分别与嵌入式微
处理器22电气连接，电源模块21为嵌入式微处理器22以及其它各模块电路提供5V输出 电源。外部RAM模块23可存取主程序运行过程的结果值，当装置断电后，所有结果值不 再存在。调电保护数据存储器24永久保存装置的设置结果值，如通道类型，通道开关状态 等。其中，嵌入式微处理器22的嵌入式芯片采用S3C4510B处理器。S3C4510B处理器负 责把从主机电路模块中接收到的串行数据封装成IPv6数据包，再转发到Internet,同时它 又随时检测总线上传输。S3C4510B处理器同时进行数据处理，上下限判断，动态自检，最 后进行结果显示等任务。多传感集成模块1由模数转换模块11和多路频率量输入模块12组成，两模块分别与 嵌入式微处理器22信号连接，其中模数转换模块11主要将传感器输出电压或电流模拟量 变成数字量；多路频率量输入模块12主要将多路电阻值传感输出信号直接经555芯片转变 为频率信号。人机交互模块3由液晶显示器31和按键设置模块32组成，嵌入式微处理器22将各传 感信号值通过插值计算后，将计算结果输送液晶显示器31显示，液晶显示器31选用TRULY M12864-1B4型号；键盘与嵌入式微处理器22直接电气连接，可在线设置装置各通道传感 类型和开关状态。输出模块4接收嵌入式微处理器22输出数字信号，通过继电器组实施对 外部受控设备的控制任务。通信模块5由IPv6通信模块51和232串口通信模块52组成。如图2所示，IPv6通信 模块51包括依次信号连接的以太网PHY子模块515、网络隔离变压器子模块516和RJ45 接口子模块517，以太网PHY子模块515与嵌入式微处理器22信号连接。其中，以太网 PHY子模块515为处理器内部硬件实现的CSMA/CD (载波监听多路访问/冲突检测)数据 链路层通信协议，网络隔离变压器子模块516是一种联系以太网芯片与终端接口(RJ45)之 间的通用磁性组件，起信号传输、阻抗匹配、波形修复、杂波抑制以及高电压隔离等作用， RJ45接口子模块517为网络综合布线中通用的非屏蔽双绞线(UTP)接口。处理器发出的网络层数据包经以太网PHY子模块515后变为一个网络帧结构，经网络隔离变压器子模块 516后转化为电信号由RJ45接口发出。应用程序通过TCP/UDP (传输层)和IPv6 (网络层)进行数据传输，如图3所示，嵌
入式系统内嵌IPv6协议栈和TCP/UDP等其他通信协议栈，步骤510在应用程序对要传输 的数据进行打包后，通过步骤511选择用TCP或UDP作为传输层协议如果用UDP协议 作为传输层协议，则通过步骤512实现IPv6地址和端口的绑定；如果用TCP做传输层协 议，则通过步骤513、 514、 515分别实现IPv6地址和端口的绑定、向目的地址发送数据报 请求建立连接，收到回复后建立连接的功能。随后，通过步骤516进行网络层的封装，最 后通过步骤514送数据链路层实现传输，从而实现通信功能。图4显示的是智能化多传感集成测控装置主机电路模块中嵌入式系统程序主流程图。 主程序模块是测控装置的核心，对各输入通道接入的传感参量进行信号采集，然后进行数 据处理，上下限判断，动态自检，最后进行结果显示等。如图4所示，开机后主程序通过 步骤101进行系统初始化、并通过步骤102进行开机自检，步骤103判断是否有故障，如 果发现故障(主要指装置的电源、外部存储器、键盘、LCD显示屏、通信接口等各硬件组 成部分是否正常运行)则进行故障处理步骤104并结束程序，如果无故障，则运行步骤105 检査参数合法性，参数合法性指各通道传感参数设置和通道号设置是否符合用户的要求， 随后进行步骤106对参数的合法性进行判断，如参数不合法，则进行步骤107参数恢复到 默认值并结束程序，如果参数合法则通过步骤108创建主任务，它用来管理所有任务，包 括数据采集及处理任务109、按键中断任务110、 LED显示任务lll、串口通信任务112和 IPv6通信任务113。
权利要求1、基于IPv6的智能化多传感集成测控装置，其特征在于该集成测控装置由多传感集成模块(1)、主机电路模块(2)、人机交互模块(3)、输出模块(4)和通信模块(5)组成，其中主机电路模块(2)包括嵌入式微处理器(22)、外部RAM模块(23)、调电保护数据存储器(24)、电源模块(21)；外部RAM模块(23)、调电保护数据存储器(24)和电源模块(21)分别与嵌入式微处理器(22)电气连接；多传感集成模块(1)由将传感器输出电压或电流模拟量变成数字量的模数转换模块(11)和将多路电阻值传感输出信号直接转变为频率信号的多路频率量输入模块(12)组成，两模块分别与嵌入式微处理器(22)信号连接；人机交互模块(3)由液晶显示器(31)和按键设置模块(32)组成，分别与嵌入式微处理器(22)电气连接；输出模块(4)与嵌入式微处理器(22)信号连接；通信模块(5)由IPv6通信模块(51)和232串口通信模块(52)组成，分别与嵌入式微处理器(22)信号连接。
2、 根据权利要求1所述的基于IPv6的智能化多传感集成测控装置，其特征在于IPv6 通信模块(51)包括依次信号连接的以太网PHY子模块(515)、网络隔离变压器子模块(516) 和RJ45接口子模块(517),以太网PHY子模块(515)与嵌入式微处理器(22)信号连接。
专利摘要本实用新型公开了一种基于IPv6的智能化多传感集成测控装置，该集成测控装置的主机电路模块(2)包括嵌入式微处理器(22)、外部RAM模块(23)、调电保护数据存储器(24)和电源模块(21)；多传感集成模块(1)由模数转换模块(11)和多路频率量输入模块(12)组成；人机交互模块(3)由液晶显示器(31)和按键设置模块(32)组成；通信模块(5)由IPv6通信模块(51)和232串口通信模块(52)组成，各子模块分别与嵌入式微处理器(22)信号连接。该集成测控装置利用以太网的工业控制网络进行各种测量数据的传送，可实现多点测量并实现各测量点间数据的相互交换、远程数据采集和集中处理。
文档编号H04L29/02GK201054613SQ20072005220
公开日2008年4月30日 申请日期2007年5月31日 优先权日2007年5月31日
发明者刘桂雄, 杜喜鹏, 洪晓斌, 斌 靳 申请人:华南理工大学