本发明涉及一种利用传感器输出线搭载数据通讯的装置及其设定方法。
背景技术：
现有的传感器的输出线作为电子开关时，是将传感器检测出的状态传达给控制器，作为电子开关，其负载能力一般100～200ma，10～30vdc的范围，用于驱动电磁阀，小型继电器等执行机构。但是这根输出线无法再和上位控制器进行交换数据。
现有的传感器的输出线作为总线方式时，如i/olink等，输出线和上位控制器以数据交互的方式传输传感器的检出状态。但这时的输出线无法直接驱动执行机构。
技术实现要素：
本发明的一个目的是提供一种利用传感器输出线搭载数据通讯的装置及其设定方法，能够实现输出线不仅可以直接驱动继电器等执行机构，还能和上位机进行数据交换，且不增加成本。
根据本发明的一个方面，提供了一种利用传感器输出线搭载数据通讯的装置，该装置包括：传感器单元和设定单元，其中，
所述传感器单元，包括：传感器mpu、电阻r1、电阻r2、npn的三极管tr1、npn三极管tr2、稳压电路reg和取样电阻rsense，其中，稳压电路reg的一端与12v电源相连，另一端输出5v电源；传感器mpu的端口p1.0与r2的一端相连，传感器mpu的端口p2.0与tr2的集电极及r1的一端相连；电阻r1的一端与5v电源相连，电阻r1的另一端与三极管tr2的集电极及传感器mpu的端口p2.0相连；电组r2的一端与传感器mpu的端口p1.0相连，另一端与三极管tr1的基极相连；三极管tr1的基极与电阻r2的一端相连，三极管tr1的发射极与三极管tr2的基极及取样电阻rsense的一端相连；三极管tr2的集电极与传感器mpu的端口p2.0及r1的一端相连，三极管tr2的基极与tr1的发射极及取样电阻rsense的一端相连，三极管tr2的发射极接地；取样电阻rsense的一端与tr1的发射极及tr2的基极相连，rsense的另一端接地；
所述设定单元，包括：设定单元mpu、pnp三极管tr3、npn三极管tr4、电阻r3、电阻r4、电阻r5和设置面板，其中，所述设置面板与设定单元mpu连接，实施设定单元mpu的端口p3.0与电阻r3的一端相连，设定单元mpu的端口p3.1与电阻r4的一端及三极管tr4的集电极相连；三极管tr3的集电极与12v电源相连，三极管tr3的基极与电阻r3的一端相连，三极管tr3的发射极与r5的一端相连，三极管tr3的发射极与三极管tr1的集电极相连，作为信号输入输出线(sio)；npn三极管tr4的集电极与设定单元mpu的端口p3.1及电阻r4的一端相连，三极管tr4的基极与电阻r5的一端相连，三极管tr4的发射极接地；电阻r3的一端与设定单元mpu的端口p3.0相连，电阻r3另一端与tr3的基极相连；所述电阻r4的一端与12v电源相连，电阻r4的另一端与所述设定单元mpu的端口p3.1及三极管tr4的集电极相连；电阻r5的一端三极管tr4的基极相连，另一端与三极管tr1的集电极及tr3的发射极相连
进一步的，上述装置中，所述装置的一次数据传输的时间依次包括工作周期t1和休息周期t2，其中，工作周期t1依次包括：
信号稳定周期t10,用于传感器mpu发出信号后，设定单元mpu从其他状态转为数据交换状态,等待信号；
确认周期t11，用于由设定单元mpu发出确认信号后，由传感器mpu对所述确认信号进行确认；
应答和数据传送周期t12，依次包括传感器mpu的应答位，设定单元mpu发出数据的起始位、数据位和校验位。
数据返回周期t13，用于传感器mpu根据接收到设定单元mpu发出的数据后，向设定单元mpu返回数据。
进一步的，上述装置中，所述信号稳定周期t10依次包括：
端口p1.0由低电平变为高电平；
三极管tr1导通；
三极管tr4截止；
端口p3.1由低电平变为高电平。
进一步的，上述装置中，所述确认周期t11依次包括：
端口p3.0由低电平变为高电平；
三极管tr3截止；
过电流消失；
三极管tr2截止；
端口p2.0由低电平变为高电平。
进一步的，上述装置中，所述应答和数据传送周期t12依次包括：
端口p1.0由高电平变为低电平；
三极管tr1截止；
三极管tr4导通；
端口p3.1由高电平变为低电平。
根据本发明的另一面，还提供一种如上述任一项的利用传感器输出线搭载数据通讯的装置的设定方法，其中，该方法包括：
连接设定单元和传感器单元之间的信号输入输出线；
所述设定单元通电，作数据发送准备；
传感器mpu通电并处于动作状态，三极管tr1导通，启动t1周期并进入的t10周期；
传感器mpu读取握手信号，进入t11周期；
设定单元mpu检测到t1周期开始，等待预设时间如50us，发送握手信号；
传感器mpu验证握手信号，验证通过后，三极管tr1关闭预设时间如5us来应答所述设定单元mpu；
所述设定单元mpu判断是否接收到应答，若接收到应答，发送一组设定数据给传感器mpu；
传感器mpu接收到所述设定数据后，进入t13周期，判断传感器mpu是否向设定单元mpu返回读取数据，若是，
设定单元mpu验证所述返回的读取数据；
判断设定单元mpu是否有操作，若无操作，进入t2周期。
进一步的，上述方法中，所述设定单元mpu判断是否接收到应答之后，还包括：
若未接收到应答，则等待下一个t1周期再次启动。
进一步的，上述方法中，判断传感器mpu是否向设定单元mpu返回读取数据之后，还包括：
若否，进入t2周期，关闭三极管tr1，防止三极管tr1烧损；
本次传输失败，将在下一个t1周期再次启动发送。
进一步的，上述方法中，判断设定单元mpu是否有操作之后，还包括：
若有操作，表明设定单元mpu有数据要发送，则在下一个t1周期再次启动发送。
与现有技术相比，本发明与现有技术相比，具有如下优点：
1.提高传感器制造过程中参数调试的效率
传感器某些系统级参数需要装配完成后才能设定，对于这些参数，现在的做法是在电路板上放置测试焊盘，用顶针接触后进行在线调整。这种方式的缺点在于测试焊盘占据电路板空间，而且不能在完全装配后进行设置，参数精度不高。本发明的方法可以在产品完全装配后，通过输出线的通讯达到参数写入的目的。
2.对产品在安装调试过程中的贡献
产品安装调试过程中，有一些设备的安装点过于狭小，手和工具无法进入的场合，如果通过输出线进行调整，就可解决问题。连接输出线进行调整的设备可以是上位控制器，也可以是手持式调整盒。
3.对降低材料和加工成本的贡献
增加了通讯功能，但是不需要昂贵的通信电路和芯片，利用传感器输出电路中的短路检知电路，通过本发明提出的时序和方法，与可以设定参数的控制器进行数据交换。这样就可以省略调整结构和调整电路，因为没有了调整结构，装配时间也大为缩短，节约加工成本。
4.降低了产品结构设计的难度，装配难度，同时加快了开发进度、缩减装配时间
使用通讯方式可以减少结构部品，如旋钮、按钮、密封圈等，降低了结构成本(降低约10％)和装配成本(降低约20％)。
5.更容易地可以达成产品的耐环境性能，做到低成本高防护。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1示出根据本发明一实施例的输出电路示意图；
图2示出本发明一实施例的短路检测时序图；
图3示出本发明一实施例的周期示意图；
图4示出本发明一实施例的数据构成示意图；
图5示出本发明一实施例的硬件接口示意图；
图6示出本发明一实施例的数据传输时序图；
图7示出本发明一实施例的数据传输流程图。
附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
在本申请一个典型的配置中，终端、服务网络的设备和可信方均包括一个或多个处理器(cpu)、输入/输出接口、网络接口和内存。
内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(ram)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(rom)或闪存(flashram)。内存是计算机可读介质的示例。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(pram)、静态随机存取存储器(sram)、动态随机存取存储器(dram)、其他类型的随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(cd-rom)、数字多功能光盘(dvd)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括非暂存电脑可读媒体(transitorymedia)，如调制的数据信号和载波。
使用电位器和按钮、开关对传感器的参数进行设置。例如要进行感度(灵敏度)调整，一般调整方法分为两种，一种模拟的方法，通过调节电位器的阻值，改变信号电平的大小来调整感度。还有一种是数字方式，通过按钮的操作来完成感度的调整。
传感器和上位机进行通讯的方法一般可以包括：传感器通过专用的通讯芯片和通讯电路，通过设定必要的通讯协议，和上位机进行通讯获取感度的参数。上位机可以是计算机也可以是专用的手持式设备。这种方式可以进行大容量的数据交换，但是需要额外的传输线和传输电路。
传感器输出控制线的用途是将传感器检测到的状态以具有一定带载能力的(通常为100ma左右)电流方式输出到下位控制器。下位控制器可以是继电器线圈、plc、ipc等输入电路。以一般的输出电路(npn)为例子如图1所示，图1中，输出三级管和取样电阻组成了最简单的输出电路，取样电阻的作用是当输出线和负载电源短路时，短路电流在取样电阻上产生的电压大于tr2的导通电压时，mpu端口会出现低电平，cpu检测到该低电平后，p1.0输出低电平，保证输出三级管tr1不因为短路而发生破坏。在关闭输出一段时间(t2)后，p1.0输出高电平，将输出三极管打开(t1)，检测短路信号有没有消失，如果消失，则根据检出状态正常输出，如果还是tr2还是处于导通状态，则继续关闭输出。其中，t1和t2的选择保证tr1不会被短路电流破坏。一般t1和t2的占空比为1：100，本文使用的数据为200us和20ms。如果输出电流低于能被检测出的短路电流，那么p2.0的短路检出端口如图2中点线所示，处于高电平。短路检测时序图如图2所示。
1.通讯的构成
根据上面的描述，可以发现，输出动作时，即p1.0处于高电平的t1阶段，三极管tr1一直处于导通状态，而三极管tr2的导通状态取决于负载的状态。这个状态按照现在通常设定的时间为200us。根据数据通讯的基本概念，以及cpu的运行速度，在200us过程中，进行几十比特数据通讯是完全可能的。
如图3所示，在t1的200us周期中，分成t10～t13，分别是：
t10：信号稳定时间，约50us
t11：握手信号，约30us
t12：应答和数据接收10bit，约50us
t13：数据返回，约70us
t10是一个信号稳定周期，传感器mpu发出信号后，设定单元mpu(和传感器进行数据交换的设备)从其他状态转为数据交换状态，需要的等待信号。这个状态可以10us，也可以50us，视不同的硬件而定
t11是一个确认周期，由设定单元mpu发出确认信号，由传感器mpu对所述确认信号进行确认，目的在于区分是传感器使用过程中的短路还是为了交换数据而刻意造成的短路。在使用过程中因为线路的抖动或是接线的不牢靠，短路过程中也会出现瞬时断开的状态，所以确认周期就是保证识别出是通讯状态还是意外的状态。这个周期越长越可靠。
t12是应答和数据传送周期，可分为传感器mpu的应答位，设定单元mpu发出数据的起始位、数据位、和校验位，本例周期在50～60us之间，传输8～10bit数据。
t13是传感器mpu根据接收到设定单元mpu发出的数据后返回给设定单元mpu的一组数据，可以根据返回刚才接收的值，也可以返回刚才数据的特征值。保证接收数据的正确性。
2.数据的构成
因为没有使用mpu的串口资源实施通讯，所以在通讯时，上、下位机处于最高级别响应，屏蔽所有中断，无法实施多任务，所以数据必须短而整洁。上、下位机约定5us为一个数据宽度，通过启动信号边沿触发响应后，进行校准，消除累计误差。数据构成例如图4所示。
图4所示的脉冲串数据为010100001010110，其中可以包含起始位、数据位、校验位等，和一般通讯表达的数据相同。不过每位数据的定义不完全相同。
按照图3所示，完成一次数据传输的时间为t1+t2，约22ms。t2为必须休息的时间，保证输出三极管不被烧损。
如图5所示，本发明提供一种利用传感器输出线搭载数据通讯的装置，包括传感器单元(sensor)和设定单元(settingunit)，其中，
所述传感器单元，包括：传感器mpu、电阻r1、电阻r2、npn的三极管tr1、npn三极管tr2、稳压电路reg和取样电阻rsense，其中，稳压电路reg的一端与12v电源相连，另一端输出5v电源；传感器mpu的端口p1.0与r2的一端相连，传感器mpu的端口p2.0与tr2的集电极及r1的一端相连；电阻r1的一端与5v电源相连，电阻r1的另一端与三极管tr2的集电极及传感器mpu的端口p2.0相连；电组r2的一端与传感器mpu的端口p1.0相连，另一端与三极管tr1的基极相连；三极管tr1的基极与电阻r2的一端相连，三极管tr1的发射极与三极管tr2的基极及取样电阻rsense的一端相连；三极管tr2的集电极与传感器mpu的端口p2.0及r1的一端相连，三极管tr2的基极与tr1的发射极及取样电阻rsense的一端相连，三极管tr2的发射极接地；取样电阻rsense的一端与tr1的发射极及tr2的基极相连，rsense的另一端接地；
所述设定单元，包括：设定单元mpu、pnp三极管tr3、npn三极管tr4、电阻r3、电阻r4、电阻r5和设置面板(settingpanel)，其中，所述设置面板与设定单元mpu连接，设定单元mpu的端口p3.0与电阻r3的一端相连，设定单元mpu的端口p3.1与电阻r4的一端及三极管tr4的集电极相连；三极管tr3的集电极与12v电源相连，三极管tr3的基极与电阻r3的一端相连，三极管tr3的发射极与r5的一端相连，三极管tr3的发射极与三极管tr1的集电极相连，作为信号输入输出线(sio)；npn三极管tr4的集电极与设定单元mpu的端口p3.1及电阻r4的一端相连，三极管tr4的基极与电阻r5的一端相连，三极管tr4的发射极接地；电阻r3的一端与设定单元mpu的端口p3.0相连，电阻r3另一端与tr3的基极相连；所述电阻r4的一端与12v电源相连，电阻r4的另一端与所述设定单元mpu的端口p3.1及三极管tr4的集电极相连；电阻r5的一端三极管tr4的基极相连，另一端与三极管tr1的集电极及tr3的发射极相连。
在此，所述传感器单元可以是最简单的三线式npn输出。三线分别为电源12v、电源地和动作输出线(参数设定时候为复用端口，作为信号i/o线)
所述设定单元的三线端口，分别为电源12v、电源地和i/o线，可以是手持调整器，也可以是生产线检查机的参数设定模块。
具体的端口设定可如下表：
如图5所示，需要进行参数设定时，将传感器单元和设定单元按照图5连接。设定单元通电，将传感器置于动作输出。调节设定单元的参数，设定单元通过sio线将数据传输给传感器。
根据图5表示的电路，传感器mpu和设定单元mpu，通过各自输入输出端口，完全可以监视和接管sio线，根据对通信参数的事先约定，可以在sio线上进行双向数据传输。
本发明的信号输入输出线(sio)不仅可以直接驱动继电器等执行机构，还能和上位机进行简单数据交换，且不增加成本。
如图6所示，本发明的利用传感器输出线搭载数据通讯的装置一实施例中，所述装置的一次数据传输的时间依次包括工作周期t1和休息周期t2，其中，工作周期t1依次包括：
信号稳定周期t10,用于传感器mpu发出信号后，设定单元mpu从其他状态转为数据交换状态,等待信号；
确认周期t11，用于由设定单元mpu发出确认信号后，由传感器mpu对所述确认信号进行确认；
应答和数据传送周期t12，依次包括传感器mpu的应答位，设定单元mpu发出数据的起始位、数据位和校验位。
数据返回周期t13，用于传感器mpu根据接收到设定单元mpu发出的数据后，向设定单元mpu返回数据。
本发明的利用传感器输出线搭载数据通讯的装置一实施例中，所述信号稳定周期t10依次包括：
端口p1.0由低电平变为高电平；
三极管tr1导通；
三极管tr4截止；
端口p3.1由低电平变为高电平。
本发明的利用传感器输出线搭载数据通讯的装置一实施例中，所述确认周期t11依次包括：
端口p3.0由低电平变为高电平；
三极管tr3截止；
过电流消失；
三极管tr2截止；
端口p2.0由低电平变为高电平。
本发明的利用传感器输出线搭载数据通讯的装置一实施例中，所述应答和数据传送周期t12依次包括：
端口p1.0由高电平变为低电平；
三极管tr1截止；
三极管tr4导通；
端口p3.1由高电平变为低电平。
具体的，数据流向和信号传递如下：
①t1周期启动：
端口p1.00→1,tr1导通，tr4截止，p3.10→1
②握手信号发送和接收：以发送“1”为例：
p3.00→1,tr3截止,过电流消失，tr2截止，p2.00→1
③应答和校验的发送和接收：
发送p1.01→0,tr1截止，tr4导通，p3.11→0。
如图7所示，本发明的利用传感器输出线搭载数据通讯的装置的设定方法，包括：
连接设定单元和传感器单元之间的信号输入输出线(sio)；
所述设定单元通电，作数据发送准备；
传感器mpu通电并处于动作状态，三极管tr1导通，启动t1周期并进入的t10周期；
传感器mpu读取握手信号，进入t11周期；
设定单元mpu检测到t1周期开始，等待预设时间如50us，发送握手信号；
传感器mpu验证握手信号，验证通过后，三极管tr1关闭预设时间如5us来应答所述设定单元mpu；
所述设定单元mpu判断是否接收到应答，若接收到应答，发送一组设定数据给传感器mpu；
传感器mpu接收到所述设定数据后，进入t13周期，判断传感器mpu是否向设定单元mpu返回读取数据，若是，
设定单元mpu验证所述返回的读取数据；
判断设定单元mpu是否有操作，若无操作，进入t2周期。
本发明的利用传感器输出线搭载数据通讯的装置的设定方法一实施例中，所述设定单元mpu判断是否接收到应答之后，还包括：
若未接收到应答，则等待下一个t1周期再次启动。
本发明的利用传感器输出线搭载数据通讯的装置的设定方法一实施例中，判断传感器mpu是否向设定单元mpu返回读取数据之后，还包括：
若否，进入t2周期，关闭三极管tr1，防止三极管tr1烧损；
本次传输失败，将在下一个t1周期再次启动发送。
本发明的利用传感器输出线搭载数据通讯的装置的设定方法一实施例中，判断设定单元mpu是否有操作之后，还包括：
若有操作，表明设定单元mpu有数据要发送，则在下一个t1周期再次启动发送。
综上所述，本发明与现有技术相比，具有如下优点：
4.提高传感器制造过程中参数调试的效率
传感器某些系统级参数需要装配完成后才能设定，对于这些参数，现在的做法是在电路板上放置测试焊盘，用顶针接触后进行在线调整。这种方式的缺点在于测试焊盘占据电路板空间，而且不能在完全装配后进行设置，参数精度不高。本发明的方法可以在产品完全装配后，通过输出线的通讯达到参数写入的目的。
5.对产品在安装调试过程中的贡献
产品安装调试过程中，有一些设备的安装点过于狭小，手和工具无法进入的场合，如果通过输出线进行调整，就可解决问题。连接输出线进行调整的设备可以是上位控制器，也可以是手持式调整盒。
6.对降低材料和加工成本的贡献
增加了通讯功能，但是不需要昂贵的通信电路和芯片，利用传感器输出电路中的短路检知电路，通过本发明提出的时序和方法，与可以设定参数的控制器进行数据交换。这样就可以省略调整结构和调整电路，因为没有了调整结构，装配时间也大为缩短，节约加工成本。
4.降低了产品结构设计的难度，装配难度，同时加快了开发进度、缩减装配时间
使用通讯方式可以减少结构部品，如旋钮、按钮、密封圈等，降低了结构成本(降低约10％)和装配成本(降低约20％)。
5.更容易地可以达成产品的耐环境性能，做到低成本高防护。
另外，对于pnp的输出形式，本发明没有专门进行描述，但是根据npn的电路和实施方法，专业内人员很容易通过类比的方法实现。
本发明在上述描述的过程中使用的数据，如t1、t2、应答5us等只是为了举例说明，不做为特例，其他任何数据都属于本发明的范畴。
本发明描述的方法可以应用在光电开关检测现场，使用本发明可以实现在现场的感度调整；也可应用在传感器生产过程中的特性检查工序，检查机可以通过此方法将特性数据写入传感器。
本专利发明点在于传感器和外界进行数据交互，共用了传感器的输出线，且不增加额外电路。
本发明描述的通信协议和时序，不同于一般的数据通讯，是一种特定条件下的数据交换。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
需要注意的是，本发明可在软件和/或软件与硬件的组合体中被实施，例如，可采用专用集成电路(asic)、通用目的计算机或任何其他类似硬件设备来实现。在一个实施例中，本发明的软件程序可以通过处理器执行以实现上文所述步骤或功能。同样地，本发明的软件程序(包括相关的数据结构)可以被存储到计算机可读记录介质中，例如，ram存储器，磁或光驱动器或软磁盘及类似设备。另外，本发明的一些步骤或功能可采用硬件来实现，例如，作为与处理器配合从而执行各个步骤或功能的电路。
另外，本发明的一部分可被应用为计算机程序产品，例如计算机程序指令，当其被计算机执行时，通过该计算机的操作，可以调用或提供根据本发明的方法和/或技术方案。而调用本发明的方法的程序指令，可能被存储在固定的或可移动的记录介质中，和/或通过广播或其他信号承载媒体中的数据流而被传输，和/或被存储在根据所述程序指令运行的计算机设备的工作存储器中。在此，根据本发明的一个实施例包括一个装置，该装置包括用于存储计算机程序指令的存储器和用于执行程序指令的处理器，其中，当该计算机程序指令被该处理器执行时，触发该装置运行基于前述根据本发明的多个实施例的方法和/或技术方案。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。装置权利要求中陈述的多个单元或装置也可以由一个单元或装置通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。