嵌入式網(wǎng)絡(luò)化多元輸入輸出系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種嵌入式網(wǎng)絡(luò)化多元輸入輸出系統(tǒng)，包括嵌入式控制裝置、與嵌入式控制裝置通過網(wǎng)絡(luò)連接通訊的IP攝像頭、用于進行現(xiàn)場信號的采集、轉(zhuǎn)換的現(xiàn)場設(shè)備；所述IP攝像頭將圖像視頻信息傳輸給嵌入式控制裝置；所述嵌入式控制裝置接收IP攝像頭和現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)，設(shè)置有網(wǎng)絡(luò)模塊、RFID模塊和輸入輸出模塊(I/O)，所述輸入輸出模塊(I/O)，通過串口總線與嵌入式控制裝置連接，用于對現(xiàn)場設(shè)備實施控制，使現(xiàn)場設(shè)備完成現(xiàn)場信號的采集、轉(zhuǎn)換；所述網(wǎng)絡(luò)模塊與IP攝像頭通訊控制傳輸圖像視頻信息。該系統(tǒng)不依賴PC機、費用低、易推廣、使用靈活、易于維護、外圍資源豐富，采用占先式實時操作系統(tǒng)。
【專利說明】嵌入式網(wǎng)絡(luò)化多元輸入輸出系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于物聯(lián)網(wǎng)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種嵌入式網(wǎng)絡(luò)化多元輸入輸出系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著Internet應(yīng)用及物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的日益普及，信息共享的程度不斷提高。傳統(tǒng)的Internet應(yīng)用以PC為中心，當(dāng)今的Internet應(yīng)用將轉(zhuǎn)向以嵌入式設(shè)備為中心。對于以單片機應(yīng)用系統(tǒng)為中心的小型嵌入式設(shè)備，怎樣利用方便的Internet資源將嵌入式設(shè)備的信息共享到Internet上,成為當(dāng)今電子產(chǎn)品開發(fā)的重點。IA(Internet Appliance)概念的流行表明Internet應(yīng)用已經(jīng)進入嵌入式Internet時代。據(jù)預(yù)測,將來在Internet上傳輸?shù)男畔⒅校瑢⒂?0%的信息來自于小型嵌入式系統(tǒng)。其中，利用單片機實現(xiàn)嵌入式Internet方案的技術(shù)難點在于:1、如何利用單片機自身有限的資源對信息進行TCP/IP協(xié)議處理，使之變成可以在Internet上傳輸?shù)腎P數(shù)據(jù)包。2、在單片機中運行實時內(nèi)核。
[0003]從解決這一技術(shù)問題出發(fā)，目前有如下幾種方案:
[0004](I) Gateway+專用網(wǎng):采用專用網(wǎng)絡(luò)(如RS-232，RS-485，CAN Bus等)把一小批單片機連接在一起，然后再將該專用網(wǎng)絡(luò)連接到一個PC上，該PC作為網(wǎng)關(guān)將專用網(wǎng)絡(luò)上的信息轉(zhuǎn)換為TCP/IP協(xié)議數(shù)據(jù)包，然后發(fā)到網(wǎng)上實現(xiàn)信息共享。該方案可以連接多種單片機。缺點:a.需要依賴PC機作網(wǎng)關(guān)進行協(xié)議轉(zhuǎn)換，在多個單片機系統(tǒng)分散的情況下，專用網(wǎng)絡(luò)布線極為不便；b.需要在PC機上安裝專門的協(xié)議轉(zhuǎn)換軟件，該軟件通常由專門的第三方軟件商提供，費用較高。
[0005](2) 32位MCU+RT0S:采用32位的高檔單片機，在RTOS (實時多任務(wù)操作系統(tǒng))的平臺上進行軟件開發(fā)，在嵌入式系統(tǒng)中實現(xiàn)TCP/IP的協(xié)議處理。由于采用高檔單片機，該方案可以完成很多復(fù)雜的功能。但這種方案存在如下缺點:需要購買或選用免費的RTOS開發(fā)軟件，對開發(fā)人員的開發(fā)能力要求較高。
[0006](3)ARM MCU+嵌入式軟件包:采用Pollux公司提供的32位單片機即可實現(xiàn)Internet接入功能。由于該單片機是迄今世界上最快的單片機(每秒I億條指令)之一，可以實現(xiàn)實時多任務(wù)操作(時間片輪詢)。在MCU執(zhí)行數(shù)據(jù)采集和控制功能的同時可把數(shù)據(jù)打包，發(fā)送到Internet上。該方案具有如下優(yōu)點:a.不依賴PC機,實現(xiàn)32位單片機系統(tǒng)直接接入Internet,整個系統(tǒng)完全自給自足；b.使用外圍器件少,系統(tǒng)成本低；c.由于Pollux公司免費提供用于Internet處理的軟件模塊，使開發(fā)周期大大縮短，開發(fā)成本大大降低；d.是占先式的實時操作系統(tǒng)。缺點:外圍資源少。本發(fā)明因此而來。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]本發(fā)明目的在于提供一種嵌入式網(wǎng)絡(luò)化多元輸入輸出系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有技術(shù)中利用單片機實現(xiàn)嵌入式Internet方案的技術(shù)難題。本系統(tǒng)不依賴PC機、費用低、易推廣、使用靈活、易于維護、外圍資源豐富，并采用占先式實時操作系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化遠程輸入輸出系統(tǒng)，其通過32位單片機實現(xiàn)Internet網(wǎng)絡(luò)通訊的手段，與異地網(wǎng)絡(luò)上的計算機實現(xiàn)遠程聯(lián)接；通過RS-232、RS485接口與現(xiàn)場I/O模塊連接，來完成設(shè)備的監(jiān)測、監(jiān)控、診斷和維護，并借助計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，最終實現(xiàn)設(shè)備的維修和故障排除。
[0008]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的這些問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是:
[0009]一種嵌入式網(wǎng)絡(luò)化多元輸入輸出系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)包括嵌入式控制裝置、與嵌入式控制裝置通過網(wǎng)絡(luò)連接通訊的IP攝像頭、用于進行現(xiàn)場信號的采集、轉(zhuǎn)換的現(xiàn)場設(shè)備；所述IP攝像頭用于進行視頻錄制采集，并將圖像視頻信息傳輸給嵌入式控制裝置；所述嵌入式控制裝置設(shè)置有運行嵌入式操作系統(tǒng)，接收IP攝像頭和現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)，負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)傳輸、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、數(shù)據(jù)存儲及邏輯處理，所述嵌入式控制裝置設(shè)置有網(wǎng)絡(luò)模塊、RFID模塊和輸入輸出模塊(I/O)，所述RFID模塊用于連接RFID讀寫器進行現(xiàn)場射頻數(shù)據(jù)采集，并將采集數(shù)據(jù)傳輸給嵌入式控制裝置；所述輸入輸出模塊(1/0)，通過串口總線與嵌入式控制裝置連接，用于對現(xiàn)場設(shè)備實施控制，使現(xiàn)場設(shè)備完成現(xiàn)場信號的采集、轉(zhuǎn)換；所述網(wǎng)絡(luò)模塊采用通過以太網(wǎng)、WiFi接入以太網(wǎng)方式和/或通過、串行接口的接入方式與IP攝像頭通訊控制傳輸圖像視頻信息。
[0010]優(yōu)選的技術(shù)方案是:所述嵌入式控制裝置包括:
[0011]第一單片機(CPUl);所述第一單片機分別與動態(tài)數(shù)據(jù)存儲器(SDRAM)、非易失性數(shù)據(jù)存儲器(NVRAM)、程序存儲器(FLASH)、時鐘(CLOCK)連接，并通過串行總線連接各輸入輸出模塊(1/0)，通過TTL232接口或物理層(PHY)連入網(wǎng)絡(luò)；
[0012]動態(tài)數(shù)據(jù)存儲器(SDRAM)，用于存儲嵌入式控制裝置中第一單片機(CPUl)運行的控制程序；
[0013]非易失性數(shù)據(jù)存儲器(NVRAM)，用于存儲為嵌入式控制裝置設(shè)定的信息參數(shù)、輸入輸出模塊(I/o)采集的現(xiàn)場數(shù)據(jù)；并由第一單片機(CPUl)讀取；
[0014]程序存儲器(FLASH)，用于存儲嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核程序、TCP(UDP)/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、串行接口通訊協(xié)議，并通過第一單片機(CPUI)控制各個模塊以及輸入輸出模塊(I/O)通信；
[0015]時鐘(CLOCK)，為嵌入式控制裝置提供時間信息；
[0016]物理層(PHY)，與第一單片機(CPUl)連接，用來完成通訊協(xié)議中的第一層部分；
[0017]串行總線，連接第一單片機和各輸入輸出模塊(I/O)，進行數(shù)據(jù)通訊操作。
[0018]優(yōu)選的技術(shù)方案是:所述嵌入式控制裝置采用ARM架構(gòu)的嵌入式操作系統(tǒng)，由嵌入式控制裝置動態(tài)控制、管理的輸入輸出模塊(I/o)的數(shù)量為I?256個,所述輸入輸出模塊(I/O)包括:開關(guān)量輸入模塊(DI)、開關(guān)量輸出模塊(D0)、模擬量輸入模塊(Al)和脈寬調(diào)制輸出模塊(PWM)。
[0019]優(yōu)選的技術(shù)方案是:所述開關(guān)量輸入模塊(DI)由第二單片機(CPU2)、多路開關(guān)轉(zhuǎn)換器(MUX)及第一光電隔離器(OPTl)組成，第二單片機(CPU2)通過開關(guān)轉(zhuǎn)換器(MUX)選擇輸入被測信號，信號經(jīng)第一光電隔離器(OPTl)，送至第二單片機(CPU2)，再通過RS-232接口與第一單片機(CPUl)通訊，在第一模數(shù)/轉(zhuǎn)換器(A/D1)和第二單片機(CPU2)之間設(shè)有第一光電隔離器(OPTl)。
[0020]優(yōu)選的技術(shù)方案是:所述開關(guān)量輸出模塊(DO)由第二單片機(CPU2)及第二光電隔離器(0PT2)組成，第二單片機(CPU2)輸入信號來自第一單片機(CPU1)，其輸出信號經(jīng)第二光電隔離器(0PT2)送至外圍控制設(shè)備。[0021]優(yōu)選的技術(shù)方案是:所述開關(guān)量輸入模塊(DI)、開關(guān)量輸出模塊(DO)中的每個都包括一個配置信息存儲器(EEPROM)，均與第二單片機(CPU2)相連。
[0022]優(yōu)選的技術(shù)方案是:所述控制程序包括ARM系統(tǒng)控制模塊、串行通訊模塊、數(shù)據(jù)傳送模塊、數(shù)據(jù)診斷報警模塊、設(shè)備組態(tài)模塊、數(shù)據(jù)采集/存儲模塊，具體流程如下:
[0023]所述ARM系統(tǒng)控制模塊流程:首先啟動嵌入式操作系統(tǒng)，接收用戶輸入，第一單片機(CPUl)等待存儲區(qū)標(biāo)志設(shè)為可讀，并且可讀取標(biāo)志設(shè)為可讀，條件不滿足時返回判斷；條件滿足時判斷是否是實時數(shù)據(jù)，是實時數(shù)據(jù)則把動態(tài)數(shù)據(jù)存儲器SDRAM中實時數(shù)據(jù)輸出到數(shù)據(jù)傳送模塊；
[0024]所述串行通訊模塊流程分ARM模塊通訊流程和輸入輸出模塊(I/O)中斷響應(yīng)流程為兩部分，其中ARM模塊通訊流程為:在入口處執(zhí)行存儲在動態(tài)數(shù)據(jù)存儲器(SDRAM)中的串行接口驅(qū)動函數(shù)，發(fā)送地址至輸入輸出模塊(1/0)，如從機有應(yīng)答，則第一單片機(CPUl)發(fā)送命令字，否則重試；發(fā)送命令字后判斷從機數(shù)據(jù)上傳否，上傳則發(fā)上傳命令字，否則發(fā)下傳命令字；發(fā)上傳命令字后接收從機數(shù)據(jù)，接收成功時返回，不成功時，重新接收從機數(shù)據(jù)；發(fā)下傳命令是發(fā)送主機數(shù)據(jù)或命令字給從機，發(fā)送成功時返回，不成功時，重新發(fā)送從機數(shù)據(jù)；所述輸入輸出模塊(I/O)中斷響應(yīng)流程:在中斷入口輸入輸出模塊(I/O)接收數(shù)據(jù)，然后判斷是地址命令還是數(shù)據(jù)命令，是地址命令再判斷是否是本機地址，是本機地址時，輸入輸出模塊(I/O)發(fā)應(yīng)答信號給第一單片機(CPU1)，恢復(fù)現(xiàn)場、中斷返回；不是本機地址時，直接恢復(fù)現(xiàn)場、中斷返回；如是數(shù)據(jù)命令字，再判斷是否是上傳命令字，如是上傳命令字，由輸入輸出模塊(I/O)發(fā)送從機采集的數(shù)據(jù)給第一單片機(CPUl)，恢復(fù)現(xiàn)場、中斷返回；如不是上傳命令字，由輸入輸出模塊(I/O)執(zhí)行控制命令，恢復(fù)現(xiàn)場、中斷返回；
[0025]所述數(shù)據(jù)傳送模塊流程為:啟動后第一單片機(CPUl)等待動態(tài)數(shù)據(jù)存儲器(SDRAM)數(shù)據(jù)存儲區(qū)可讀，程序的可讀標(biāo)志為正在讀取，條件滿足時打包數(shù)據(jù)，調(diào)用ARM模塊，建立遠程連接，將可讀標(biāo)志設(shè)為讀取完成，再發(fā)送打包數(shù)據(jù)，執(zhí)行延時操作，判斷是否退出該程序，是則結(jié)束；如不退出該程序，可重新等待動態(tài)數(shù)據(jù)存儲器(SDRAM)數(shù)據(jù)存儲區(qū)可讀，程序的可讀標(biāo)志為正在讀取；條件不滿足時，返回重新等待動態(tài)數(shù)據(jù)存儲器(SDRAM)數(shù)據(jù)存儲區(qū)可讀，程序的可讀標(biāo)志為正在讀?。?br>
[0026]所述數(shù)據(jù)診斷報警模塊流程:啟動后第一單片機(CPUl)等待報警通知，等不到時返回等待報警通知，等到時，程序的可讀標(biāo)志置為讀，判斷動態(tài)數(shù)據(jù)存儲器(SDRAM)報警數(shù)據(jù)區(qū)是否可讀，條件不滿足，繼續(xù)判斷，條件滿足則復(fù)制報警數(shù)據(jù)到動態(tài)數(shù)據(jù)存儲器(SDRAM)數(shù)據(jù)區(qū)，然后把本程序的可讀標(biāo)志設(shè)為讀取完成，退出本程序模塊，否則返回，等待報警通知；
[0027]所述設(shè)備組態(tài)模塊流程為:系統(tǒng)啟動后從非易失性數(shù)據(jù)存儲器(NVRAM)中讀參數(shù)創(chuàng)建組態(tài)信息區(qū)，進入配置狀態(tài)，然后由用戶操作進行選擇，如選擇的是系統(tǒng)參數(shù)配置，則判斷存儲信息是否是存入非易失性數(shù)據(jù)存儲器(NVRAM)，如存入非易失性數(shù)據(jù)存儲器(NVRAM)，則修改組態(tài)變化標(biāo)志，修改組態(tài)信息區(qū)，組態(tài)信息存入非易失性數(shù)據(jù)存儲器(NVRAM)，結(jié)束程序；如不是存入非易失性數(shù)據(jù)存儲器(NVRAM)的情況下，則結(jié)束程序；如選擇的是ARM模塊第一單片機(CPUl)中刷新設(shè)備列表，則先通過串行通訊模塊與從機通訊，再進行設(shè)備I/O參數(shù)配置，當(dāng)配置完成時，判斷是否存儲信息到(NVRAM)中，如是，則修改組態(tài)變化標(biāo)志，修改組態(tài)信息區(qū)，組態(tài)信息存入非易失性數(shù)據(jù)存儲器(NVRAM)，不是存入非易失性數(shù)據(jù)存儲器(NVRAM)的情況下，結(jié)束程序；
[0028]所述數(shù)據(jù)采集/存儲模塊流程為:開始后由第一單片機(CPUl)將動態(tài)數(shù)據(jù)存儲器(SDRAM)存儲區(qū)讀寫標(biāo)志設(shè)為寫，再判斷ARM模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊是否讀完，如程序模塊沒讀完，重新判斷其可讀取標(biāo)志；如讀完，則將過濾數(shù)據(jù)存儲到動態(tài)數(shù)據(jù)存儲器(SDRAM)中，動態(tài)數(shù)據(jù)存儲器(SDRAM)的數(shù)據(jù)按照時間戳由高到低進行排列，將動態(tài)數(shù)據(jù)存儲器(SDRAM)存儲區(qū)讀寫標(biāo)志設(shè)為可讀，允許ARM模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊程序從存儲區(qū)讀數(shù)據(jù)，再設(shè)置ARM模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊程序可讀取標(biāo)志為可讀，使ARM模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊程序可以讀動態(tài)數(shù)據(jù)存儲器(SDRAM)數(shù)據(jù)，最后結(jié)束。
[0029]本發(fā)明技術(shù)方案提供了一種智能化、嵌入式、網(wǎng)絡(luò)化遠程控制及RFID采集系統(tǒng)，它是一個具有以太網(wǎng)、WiF1、RS232、RS485、USB、VGA接口以及觸摸屏接口的分布式開關(guān)量及模擬量采集和開關(guān)量輸出及PWM輸出控制系統(tǒng)，主要應(yīng)用于建筑智能化領(lǐng)域，由ARM系統(tǒng)模塊、I/O模塊及控制程序模塊組成，ARM系統(tǒng)模塊負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)傳輸、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、數(shù)據(jù)存儲及邏輯處理，及可通過以太網(wǎng)接口、WiF1、RS232或RS485接口對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行采集、處理，控制I/O模塊及RFID模塊；1/0模塊完成現(xiàn)場信號的采集和對現(xiàn)場的設(shè)備進行控制；控制程序模塊存儲于ARM系統(tǒng)模塊中的程序存儲器里。用戶可以根據(jù)需求構(gòu)成一個從幾點到幾百點的可大可小的遠程監(jiān)測/監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)是一個分布式I/O系統(tǒng)，依靠客戶端軟件便可以實現(xiàn)監(jiān)測、控制功能，其實時性能、網(wǎng)絡(luò)性能、可靠性能是其他系統(tǒng)難以比擬的。
[0030]本發(fā)明的嵌入式控制裝置運行嵌入式操作系統(tǒng)，通過串行總線管理I/O模塊，可通過Intranet和Internet網(wǎng)絡(luò)完成分布式I/O控制和RFID數(shù)據(jù)采集,還通過網(wǎng)絡(luò)傳輸部分與以太網(wǎng)之間收發(fā)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)傳輸及通過Internet網(wǎng)絡(luò)對現(xiàn)場設(shè)備進行遠程監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集；控制程序存儲于ARM模塊中的程序存儲器中；1/0模塊通過串行總線與ARM系統(tǒng)模塊通訊，各輸入輸出功能模塊完成現(xiàn)場信號的采集、轉(zhuǎn)換，并對現(xiàn)場控制對象實施控制。
[0031]所述網(wǎng)絡(luò)傳輸采用通過以太網(wǎng)、WiFi接入以太網(wǎng)方式和/或通過、串行接口的接入方式。
[0032]所述嵌入式控制裝置包括:
[0033]第一單片機(CPUl)；
[0034]動態(tài)數(shù)據(jù)存儲器(SDRAM)，存儲ARM系統(tǒng)模塊中第一單片機(CPUl)運行的控制程序;
[0035]非易失性數(shù)據(jù)存儲器(NVRAM)，主要存放為嵌入式控制裝置設(shè)定的信息參數(shù)，還存儲所述I/o模塊采集的現(xiàn)場數(shù)據(jù)；由第一單片機(CPUl)讀??；
[0036]程序存儲器(FLASH)，用來存放操作系統(tǒng)內(nèi)核程序、TCP(UDP)/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、各功能控制程序模塊和串行接口通訊協(xié)議，并通過第一單片機(CPUl)運行控制程序模塊中通信模塊程序，經(jīng)串行通訊接口與I/o模塊相連；
[0037]時鐘(CLOCK)，為嵌入式控制裝置提供時間信息；
[0038]物理層(PHY)，與第一單片機(CPUl)連接，用來完成多個通訊協(xié)議中的第一層部分；
[0039]串行總線，連接第一單片機(CPUl)和各I/O模塊，進行數(shù)據(jù)通訊操作。
[0040]所述由嵌入式控制裝置可動態(tài)地控制、管理的所述I/O模塊可為I?256個，同時可連接RFID讀寫器進行射頻數(shù)據(jù)采集以及連接IP攝像頭實現(xiàn)視頻錄制及傳輸，主要包括:開關(guān)量輸入模塊(DI)、開關(guān)量輸出模塊(DO)、模擬量輸入模塊(Al)和脈寬調(diào)制輸出模塊(PWM)、RFID數(shù)據(jù)處理及傳輸模塊(RFID)、監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)存儲及傳輸模塊(IPCamera)。
[0041]開關(guān)量輸入模塊(DI)由第二單片機(CPU2)、多路開關(guān)轉(zhuǎn)換器(MUX)及第一光電隔離器(OPTl)組成，第二單片機(CPU2)通過開關(guān)轉(zhuǎn)換器(MUX)選擇輸入被測信號，信號經(jīng)第一光電隔離器(OPTl)，送至第二單片機(CPU2)，再通過串行接口與ARM系統(tǒng)模塊通訊，在第一模數(shù)/轉(zhuǎn)換器(A/D1)和第二單片機(CPU2)之間設(shè)有第一光電隔離器(OPTl)。另外，本發(fā)明技術(shù)方案中RFID模塊可由嵌入式控制裝置中的RFID中間件軟件組件和RS485接口來實現(xiàn)，控制IP攝像頭的監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)存儲及傳輸模塊可由嵌入式控制裝置中的視頻監(jiān)控通訊軟件組件來實現(xiàn)，和WiFi接口或者因特網(wǎng)接口配合實現(xiàn)IP攝像頭的數(shù)據(jù)采集控制。
[0042]本發(fā)明涉及自動控制領(lǐng)域，具體地說是一種嵌入式網(wǎng)絡(luò)化多元輸入輸出系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過32位單片機實現(xiàn)Intranet和Internet網(wǎng)絡(luò)通訊,與異地網(wǎng)絡(luò)上的計算機實現(xiàn)遠程聯(lián)接；通過串行接口及WiFi接口與現(xiàn)場I/O模塊連接，來完成設(shè)備的監(jiān)測、監(jiān)控、診斷和維護，并借助計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，最終實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、故障維修和排除。
[0043]為了克服PC機的高費用、8位或16位機外圍資源少、運行實時內(nèi)核上的困難，本發(fā)明的目的是提供一種不依賴PC機、費用低、易推廣、使用靈活、易于維護、外圍資源豐富，采用占先式實時操作系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化遠程輸入輸出系統(tǒng)。
[0044]相對于現(xiàn)有技術(shù)中的方案，本發(fā)明的優(yōu)點是:
[0045]1.應(yīng)用廣泛?？梢詰?yīng)用于建筑智能化、機械制造、能源、消防、銀行監(jiān)控等行業(yè)的自動化控制領(lǐng)域。
[0046]2.具有分散控制特點。本發(fā)明廢棄了 DCS的輸入/輸出單元和控制站，把DCS控制站的控制功能和DCS的輸入/輸出功能分散到串行總線或TCPIP網(wǎng)絡(luò)上的現(xiàn)場設(shè)備，實現(xiàn)了徹底的分散控制，體現(xiàn)了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性。
[0047]3.具有自動化綜合能力。本發(fā)明突破了 DCS系統(tǒng)中由專用網(wǎng)絡(luò)的封閉系統(tǒng)采用一對一的設(shè)備連絨，按控制回路分別進行連接來實現(xiàn)所造成的弊端，把基于封閉、專用的解決方案變成了基于公開化、標(biāo)準(zhǔn)化的解決方案。采用了本系統(tǒng)，能夠把原DCS系統(tǒng)中處于控制室的控制模塊、輸入輸出模塊置于現(xiàn)場設(shè)備，便于將規(guī)范的自動化設(shè)備通過串行總線連成系統(tǒng)，實現(xiàn)綜合自動化的各種功能。
[0048]4.本發(fā)明具有使用的靈活性。模塊間采用串行接口，用戶很容易根據(jù)自己的需要，搭建自己的控制系統(tǒng)；同時，I/o模塊采用標(biāo)準(zhǔn)的輸入輸出信號，也很容易與現(xiàn)場的傳感器進行連接，對現(xiàn)場的設(shè)備監(jiān)控。
[0049]5.具有現(xiàn)場設(shè)備的智能化與功能自治性。本發(fā)明將傳感測量、補償計算、工程量處理與控制等功能分散到現(xiàn)場設(shè)備中完成，僅靠現(xiàn)場設(shè)備就可以完成自動控制的基本功能，并可以隨時診斷設(shè)備的運行狀態(tài)。
[0050]6.具有良好的可移動性。由于采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，用戶可以在任何地點通過以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，瀏覽該設(shè)備的狀態(tài)，并發(fā)出控制命令。
[0051]7.本發(fā)明采用占先式實時操作系統(tǒng)，不依賴PC機。另外，外圍資源豐富，如:程序存儲器128M，可擴展至256M，數(shù)據(jù)存儲器128M，可擴展到2048M，26個開關(guān)量輸入端口，24個開關(guān)量輸出端口，3個USB2.0Host接口，I個USB2.0Slave接口，I個RG45接口，I個W1-Fi接口，2個TTL232接口，I個RS485接口，PCF8563時鐘一片。由于本發(fā)明有以上特點，使其從安裝到正常運行及其檢修、維護，都體現(xiàn)出它的優(yōu)越性。比如:
[0052](I)節(jié)省硬件數(shù)量與投資。由于本發(fā)明分散在現(xiàn)揚的智能設(shè)備(I/O模塊)能直接執(zhí)行多種傳感控制報警和計算功能，因而可減少變送器的數(shù)量，不再需要單獨的調(diào)節(jié)器、計算單元等，也不再需要DCS系統(tǒng)的信號調(diào)理、轉(zhuǎn)換、隔離等功能單元及其復(fù)雜連接，還可以用工控PC機作為操作站，從而節(jié)省了一大筆硬件投資，并可減少控制室的占地面積。
[0053](2)節(jié)省安裝費用。由于采用RS485串行總線和以太網(wǎng)，使設(shè)備與該系統(tǒng)的連接變得大為簡化，減少了設(shè)計、安裝的工作量，節(jié)省了投資。
[0054](3)節(jié)省維護開銷。由于本發(fā)明具有自診斷與簡單故障處理的能力，并通過網(wǎng)絡(luò)將相關(guān)的診斷維護信息送往遠程控制端，用戶可以查詢所有設(shè)備的運行，診斷維護信息，以便早期分析故障原因并快速排除，縮短了維護停工時間；同時由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡化，減少連線和維護工作量。
[0055](4)提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性與可靠性。由于本發(fā)明具有智能化、數(shù)字化功能，它從根本上提高了測量與控制的精確度，減少了傳送誤差；同時由于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡化(串行總線)和無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的使用，設(shè)備間連線減少，現(xiàn)場儀表內(nèi)部功能加強，減少了信號的往返傳輸，提高了系統(tǒng)的工作可靠性。
[0056](5)易于管理、監(jiān)控。由于本發(fā)明采用以太網(wǎng)，現(xiàn)場數(shù)據(jù)可以無障礙的直接傳送到管理層，便于企業(yè)管理入員檢索數(shù)據(jù)，監(jiān)控設(shè)備運行狀況。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0057]下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步描述:
[0058]圖1為嵌入式網(wǎng)絡(luò)化多元輸入輸出系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)圖；
[0059]圖2為嵌入式控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0060]圖3為嵌入式控制裝置的控制程序結(jié)構(gòu)框圖；
[0061]圖4為嵌入式控制裝置通信模塊的程序流程圖；
[0062]圖5為嵌入式控制裝置RS-232模塊中ARM模塊通訊的程序流程圖。
【具體實施方式】
[0063]以下結(jié)合具體實施例對上述方案做進一步說明。應(yīng)理解，這些實施例是用于說明本發(fā)明而不限于限制本發(fā)明的范圍。實施例中采用的實施條件可以根據(jù)具體廠家的條件做進一步調(diào)整，未注明的實施條件通常為常規(guī)實驗中的條件。
[0064]實施例
[0065]如圖1所示，該嵌入式網(wǎng)絡(luò)化多元輸入輸出系統(tǒng)，由嵌入式控制裝置、與嵌入式控制裝置通過網(wǎng)絡(luò)連接通訊的IP攝像頭、用于進行現(xiàn)場信號的采集、轉(zhuǎn)換的現(xiàn)場設(shè)備組成；所述IP攝像頭用于進行視頻錄制采集，并將圖像視頻信息傳輸給嵌入式控制裝置；所述嵌入式控制裝置設(shè)置有運行嵌入式操作系統(tǒng)，接收IP攝像頭和現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)，負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)傳輸、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、數(shù)據(jù)存儲及邏輯處理，所述嵌入式控制裝置設(shè)置有網(wǎng)絡(luò)模塊、RFID模塊和輸入輸出模塊(I/O)，所述RFID模塊用于連接RFID讀寫器進行現(xiàn)場射頻數(shù)據(jù)采集，并將采集數(shù)據(jù)傳輸給嵌入式控制裝置；所述輸入輸出模塊(1/0)，通過串口總線與嵌入式控制裝置連接，用于對現(xiàn)場設(shè)備實施控制，使現(xiàn)場設(shè)備完成現(xiàn)場信號的采集、轉(zhuǎn)換；所述網(wǎng)絡(luò)模塊采用通過以太網(wǎng)、WiFi接入以太網(wǎng)方式和/或通過、串行接口的接入方式與IP攝像頭通訊控制傳輸圖像視頻信息。
[0066]其中嵌入式控制裝置運行Internet網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧，通過串行總線管理I/O模塊，完成分布式I/O控制，還通過網(wǎng)絡(luò)傳輸部分與以太網(wǎng)之間收發(fā)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)傳輸及通過Internet網(wǎng)絡(luò)對現(xiàn)場設(shè)備進行遠程監(jiān)控，數(shù)據(jù)采集；控制程序存儲于嵌入式控制裝置中的程序存儲器里；I/O模塊通過串行總線與嵌入式控制裝置通訊，各輸入輸出功能模塊完成現(xiàn)場信號的采集、轉(zhuǎn)換，并對現(xiàn)場控制對象實施控制。
[0067]如圖2所示，嵌入式控制裝置的結(jié)構(gòu)包括:
[0068]第一單片機；
[0069]動態(tài)數(shù)據(jù)存儲器，存儲嵌入式控制裝置中第一單片機運行的控制程序，還存儲所述I/o模塊采集的現(xiàn)場數(shù)據(jù)、現(xiàn)場的狀態(tài)信息和時間信息；
[0070]非易失性數(shù)據(jù)存儲器，主要存放為嵌入式控制裝置設(shè)定的通訊波特率、IP地址、子往掩碼、網(wǎng)關(guān)、I/O模塊組態(tài)信息參數(shù)；系統(tǒng)上電時由第一單片機讀??；
[0071]程序存儲器(FLASH)，用來存放操作系統(tǒng)內(nèi)核提供的調(diào)度程序、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議TCP (UDP)/IP、各功能控制程序模塊和串行接口通訊協(xié)議，并通過第一單片機運行控制程序模塊中串行通訊模塊程序，經(jīng)串行接口與I/O模塊相連；時鐘，為嵌入式控制裝置提供時間信息，嵌入式控制裝置斷電后，由電池獨立供電；
[0072]物理層，與第一單片機連接，用來完成TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中的第一層部分；
[0073]串行總線，連接第一單片機和各I/O模塊，I/ O模塊的初始化參數(shù)以及采集的現(xiàn)場數(shù)據(jù)通過該總線送往ARM模塊的動態(tài)數(shù)據(jù)存儲器及非易失性數(shù)據(jù)存儲器，通過此接口，主要主站完咸I/O模塊的識別、數(shù)據(jù)通訊操作。
[0074]嵌入式控制裝置采用ARM架構(gòu)，提供網(wǎng)絡(luò)連接的物理接口可為以下的一種方式或其組合方式:一是通過超五類非屏蔽雙絞線經(jīng)RJ45接口接入以太網(wǎng)方式，通過10M/100M網(wǎng)絡(luò)物理層驅(qū)動組成的以太網(wǎng)接口連接到以太網(wǎng)(Internet)上；二是通過802.11 (a/b/g/n) WiFi接口接入以太網(wǎng)；三是通過RS485接口連接到485TCP交換機接入以太網(wǎng)。
[0075]所述嵌入式控制裝置既可以作為以太網(wǎng)現(xiàn)場的接入設(shè)備，也可作為串行通訊的主設(shè)備，第一單片機通過其內(nèi)部集成介質(zhì)訪問控制器(MAC)對發(fā)送的數(shù)據(jù)進行編碼，同時在接收數(shù)據(jù)過程中能自動地利用介質(zhì)訪問控制器對接收數(shù)據(jù)進行幀校驗。
[0076]由嵌入式控制裝置最大可動態(tài)地控制、管理的所述I/O模塊可為I?256個，主要包括:開關(guān)量輸入模塊、開關(guān)量輸出模塊、模擬量輸入、數(shù)字量輸入、PWM輸出等；
[0077]開關(guān)量輸入模塊主要由第二單片機及第一光電隔離器組成，外界各種開關(guān)信號為光電隔離器輸入信號，第一光電隔離器輸出信號送至第二單片機，第二單片機經(jīng)RS-232接口與第一單片機通信，將輸入數(shù)據(jù)傳送給ARM模塊；開關(guān)量輸出模塊主要由達林頓驅(qū)動器、第二單片機及第二光電隔離器組成，第二單片機經(jīng)RS-232接口與ARM模塊通信，通訊信息是的輸入信號，輸出端經(jīng)第二光電隔離器至達林頓驅(qū)動器，達林頓驅(qū)動器輸出信號分八路經(jīng)繼電器至控制現(xiàn)場。
[0078]I/O模塊包括開關(guān)量輸出模塊、開關(guān)量輸入模塊中的每個模塊都包括一個配置信息存儲器，與第一單片機相連，與嵌入式控制裝置連接采用標(biāo)準(zhǔn)的RS-232接口方式，根據(jù)選用RS-232接口的驅(qū)動芯片不同，最多可連接256個I/O模塊，ARM模塊能夠自動識別I/O模塊的類型，I/O模塊內(nèi)部按照ARM模塊的配置信息可以進行數(shù)據(jù)的線性化及量程轉(zhuǎn)換，存儲組態(tài)信息，完成對現(xiàn)場信號的采集和轉(zhuǎn)換。
[0079]其中嵌入式控制裝置的軟件功能模塊(控制程序)包括:
[0080]1、設(shè)備組態(tài)模塊
[0081]設(shè)備組態(tài)模塊提供本發(fā)明系統(tǒng)的定制功能，該模塊結(jié)合實際連接的現(xiàn)場設(shè)備I/O變量及用戶遠程服務(wù)的具體要求，通過標(biāo)準(zhǔn)的瀏覽器對本發(fā)明系統(tǒng)的組態(tài)參數(shù)進行設(shè)置，同時將用戶的配置信息提供給系統(tǒng)內(nèi)部的其它所有軟件模塊使用；其具體實現(xiàn)的功能包括:
[0082]系統(tǒng)的IP地址配置、I/O模塊的映射設(shè)置功能、輸出控制延時設(shè)置、RFID模塊的識別與配置功能、設(shè)備報警通知功能配置、數(shù)據(jù)遠程傳送參數(shù)配置，可以配置需要遠程傳送的I/o參數(shù)、傳送的方式(定時、按固定數(shù)量傳送等)、遠程服務(wù)器的地址等；存儲組態(tài)信息及上載/下載I/o模塊的組態(tài)信息；1/0模塊串行總線參數(shù)配置，數(shù)據(jù)采集率、通信參數(shù)等。
[0083]2、數(shù)據(jù)采集/存儲模塊
[0084]數(shù)據(jù)采集/存儲模塊提供現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集與歷史數(shù)據(jù)存儲功能，該模塊通過RS-232通訊模塊或RS-485通訊模塊，讀取由I/O模塊采集的現(xiàn)場數(shù)據(jù)信息，為其他模塊提供現(xiàn)場的實時數(shù)據(jù)，同時該模塊可以提供短期歷史數(shù)據(jù)存儲功能，為數(shù)據(jù)的定時發(fā)送及歷史回放提供數(shù)據(jù)信息；其具體功能為:現(xiàn)場數(shù)據(jù)定時采集，刷新實時數(shù)據(jù)區(qū)；采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，存儲歷史數(shù)據(jù)。
[0085]具體流程為:開始后由第一單片機將動態(tài)數(shù)據(jù)存儲器存儲區(qū)讀寫標(biāo)志設(shè)為寫，再判斷ARM模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊是否讀完，如程序模塊沒讀完，重新判斷其可讀職標(biāo)志；如讀完，則將過濾數(shù)據(jù)存儲到動態(tài)數(shù)據(jù)存儲器中，動態(tài)數(shù)據(jù)存儲器的數(shù)據(jù)按照時間戳由高到低進行排列，隊列頭部是實時數(shù)據(jù)，然后都是歷史數(shù)據(jù)，將動態(tài)數(shù)據(jù)存儲器存儲區(qū)讀寫標(biāo)志設(shè)為可讀，允許ARM模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊程序從存儲區(qū)讀數(shù)據(jù)，再設(shè)置ARM模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊程序可讀取標(biāo)志為可讀，使ARM模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊程序可以讀動態(tài)數(shù)據(jù)存儲器數(shù)據(jù)，最后結(jié)束。
[0086]3、數(shù)據(jù)診斷報警模塊
[0087]數(shù)據(jù)診斷報警模塊的作用是根據(jù)用戶提供的報警配置信息，檢測I/O數(shù)據(jù)的異常報警，同時提供報警信息的歷史存儲，通過電子郵件的方式通知指定的管理人員；其具體功能為:現(xiàn)場數(shù)據(jù)報警條件檢測；1/0模塊掉電檢測報警；報警信息的歷史存儲。
[0088]具體流程為:啟動后第一單片機等待報警通知，等不到時返回等待報警通知，等到時，程序的可讀標(biāo)志置為讀，判斷動態(tài)數(shù)據(jù)存儲器報警數(shù)據(jù)區(qū)是否可讀，條件不滿足(不可讀)，繼續(xù)判斷，條件滿足(可讀)則復(fù)制報警數(shù)據(jù)到動態(tài)數(shù)據(jù)存儲器數(shù)據(jù)區(qū)，然后把本程序的可讀標(biāo)志設(shè)為讀取完成，退出本程序模塊，否則返回，等待報警通知。
[0089]4、數(shù)據(jù)傳送模塊
[0090]數(shù)據(jù)傳送模塊根據(jù)用戶組態(tài)的信息，利用以太網(wǎng)將現(xiàn)場的數(shù)據(jù)傳送到遠程服務(wù)中心，其功能為:數(shù)據(jù)的定時或根據(jù)用戶需隸的遠程發(fā)送功能；數(shù)據(jù)壓縮功能。
[0091]具體流程為:啟動后第一單片機等待動態(tài)數(shù)據(jù)存儲器數(shù)據(jù)存儲區(qū)可讀，程序的可讀標(biāo)志為正在讀取，條件滿足時打包數(shù)據(jù)，調(diào)用ARM模塊，建立遠程連接，將可讀標(biāo)志設(shè)為讀取完成，再發(fā)送打包數(shù)據(jù)，執(zhí)行延時操作，判斷是否退出該程序，是則結(jié)束；如不退出該程序，可重新等待動態(tài)數(shù)據(jù)存儲器數(shù)據(jù)存儲區(qū)可讀，程序的可讀標(biāo)志為正在讀??；條件不滿足時，返回重新等待動態(tài)數(shù)據(jù)存儲器數(shù)據(jù)存儲區(qū)可讀，程序的可讀標(biāo)志為正在讀取。
[0092]5、控制臺通信模塊
[0093]控制臺通信模塊提供嵌入式數(shù)據(jù)發(fā)布功能，使用戶使用標(biāo)準(zhǔn)的TCP套接字(socket)連接即可以訪問現(xiàn)場的實時/歷史數(shù)據(jù)及查詢設(shè)備的報警信息，同時通過TCP服務(wù)提供相應(yīng)的設(shè)備配置功能。具體是:提供密碼保護功能，保證設(shè)備的安全性；提供現(xiàn)場設(shè)備的實時顯示功能(最好完成圖形化界面)；提供現(xiàn)場設(shè)備的歷史數(shù)據(jù)、報警信息查詢功能；提供現(xiàn)場設(shè)備的組態(tài)功能。
[0094]具體流程為:首先ARM啟動wince系統(tǒng)后啟動進入TCP服務(wù)，接收用戶輸入，第一單片機等待存儲區(qū)標(biāo)志設(shè)為可讀，并且可讀取標(biāo)志為可讀，條件不滿足時返回判斷；條件滿足時再判斷是否是實時數(shù)據(jù)，是實時數(shù)據(jù)則把動態(tài)數(shù)據(jù)存儲器中實時數(shù)據(jù)輸出到TCP套接字上，否則把動態(tài)數(shù)據(jù)存儲器歷史數(shù)據(jù)輸出到客戶端，然后把可讀取標(biāo)志設(shè)為讀取完成，最后判斷是否退出TCP服務(wù)，是則結(jié)束，否則返回接收用戶輸入。
[0095]6、串行通信模塊
[0096]串行通信模塊提供本發(fā)明系統(tǒng)與其I/O模塊間的數(shù)據(jù)訪問通道，完成I/O模塊的管理及數(shù)據(jù)讀寫功能。
[0097]具體是:提供I/O模塊的類型、地址等管理信息；提供現(xiàn)場設(shè)備數(shù)據(jù)的讀寫功能；提供I /0 I旲塊的組態(tài)/[目息讀與功能。
[0098]具體流程分ARM模塊通訊流程和I/O模塊中斷響應(yīng)流程為兩部分，其中ARM模塊通訊流程為:在入口處執(zhí)行存儲在動態(tài)數(shù)據(jù)存儲器中的TTL-232接口驅(qū)動函數(shù)，發(fā)送地址至I/O模塊，如從機有應(yīng)答，則第一單片機發(fā)送命令字，否則重試(重試大于三次，作掉線處理，否則再次發(fā)送地址)；發(fā)送命令字后判斷從機數(shù)據(jù)上傳否，上傳則發(fā)上傳命令字，否則發(fā)下傳命令字；發(fā)上傳命令字后接收從機數(shù)據(jù)，接收成功時返回，不成功對，重新接收從機數(shù)據(jù)；發(fā)下傳命令是發(fā)送主機數(shù)據(jù)或命令字給從機，發(fā)送成功時返回，不成功時，重新發(fā)送從機數(shù)據(jù)。所述I/O模塊中斷響應(yīng)流程:在中斷入口模塊接收數(shù)據(jù)，然后判斷是地址命令還是數(shù)據(jù)命令，是地址命令再判斷是否是本機地址，是本機地址時，I/O模塊發(fā)應(yīng)答信號給第一單片機，通訊位S102置0，恢復(fù)現(xiàn)場、中斷返回；不是本機地址時，直接恢復(fù)現(xiàn)場、中斷返回；如是數(shù)據(jù)命令字，再判斷是否是上傳命令字，如是上傳命令字，由I/O模塊發(fā)送從機采集的數(shù)據(jù)給第一單片機，令S102置1，恢復(fù)現(xiàn)場、中斷返回；如不是上傳命令字，由I/O模塊執(zhí)行控制命令，S102置1，恢復(fù)現(xiàn)場、中斷返回。
[0099]上述實例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術(shù)的人是能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實質(zhì)所做的等效變換或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種嵌入式網(wǎng)絡(luò)化多元輸入輸出系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)包括嵌入式控制裝置、與嵌入式控制裝置通過網(wǎng)絡(luò)連接通訊的IP攝像頭、用于進行現(xiàn)場信號的采集、轉(zhuǎn)換的現(xiàn)場設(shè)備；所述IP攝像頭用于進行視頻錄制采集，并將圖像視頻信息傳輸給嵌入式控制裝置；所述嵌入式控制裝置設(shè)置有運行嵌入式操作系統(tǒng)，接收IP攝像頭和現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)，負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)傳輸、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、數(shù)據(jù)存儲及邏輯處理，所述嵌入式控制裝置設(shè)置有網(wǎng)絡(luò)模塊、RFID模塊和輸入輸出模塊(I/O)，所述RFID模塊用于連接RFID讀寫器進行現(xiàn)場射頻數(shù)據(jù)采集，并將采集數(shù)據(jù)傳輸給嵌入式控制裝置；所述輸入輸出模塊(1/0)，通過串口總線與嵌入式控制裝置連接，用于對現(xiàn)場設(shè)備實施控制，使現(xiàn)場設(shè)備完成現(xiàn)場信號的采集、轉(zhuǎn)換；所述網(wǎng)絡(luò)模塊采用通過以太網(wǎng)、WiFi接入以太網(wǎng)方式和/或通過、串行接口的接入方式與IP攝像頭通訊控制傳輸圖像視頻信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌入式網(wǎng)絡(luò)化多元輸入輸出系統(tǒng)，其特征在于所述嵌入式控制裝置包括: 第一單片機(CTOl);所述第一單片機分別與動態(tài)數(shù)據(jù)存儲器(SDRAM)、非易失性數(shù)據(jù)存儲器(NVRAM)、程序存儲器(FLASH)、時鐘(CLOCK)連接，并通過串行總線連接各輸入輸出模塊(I/O)，通過TTL232接口或物理層(PHY)連入網(wǎng)絡(luò)； 動態(tài)數(shù)據(jù)存儲器(SDRAM)，用于存儲嵌入式控制裝置中第一單片機(CPUl)運行的控制程序； 非易失性數(shù)據(jù)存儲器(NVRAM)，用于存儲為嵌入式控制裝置設(shè)定的信息參數(shù)、輸入輸出模塊(I/O)采集的現(xiàn)場數(shù)據(jù)；并由第一單片機(CPUl)讀??； 程序存儲器(FLASH)，用于存儲嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核程序、TCP (UDP)/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、串行接口通訊協(xié)議，并通過第一 單片機(CPUl)控制各個模塊以及輸入輸出模塊(I/O)通信； 時鐘(CLOCK)，為嵌入式控制裝置提供時間信息； 物理層(PHY)，與第一單片機(CPUl)連接，用來完成通訊協(xié)議中的第一層部分； 串行總線，連接嵌入式控制裝置和各輸入輸出模塊(I/O)，進行數(shù)據(jù)通訊操作。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的嵌入式網(wǎng)絡(luò)化多元輸入輸出系統(tǒng)，其特征在于所述嵌入式控制裝置采用ARM架構(gòu)的嵌入式操作系統(tǒng)，由嵌入式控制裝置動態(tài)控制、管理的輸入輸出模塊(I/O)的數(shù)量為I~256個，所述輸入輸出模塊(I/O)包括:開關(guān)量輸入模塊(DI)、開關(guān)量輸出模塊(DO)、模擬量輸入模塊(Al)和脈寬調(diào)制輸出模塊(PWM)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的嵌入式網(wǎng)絡(luò)化多元輸入輸出系統(tǒng)，其特征在于所述開關(guān)量輸入模塊(DI)由第二單片機(CPU2)、多路開關(guān)轉(zhuǎn)換器(MUX)及第一光電隔離器(OPTl)組成，第二單片機(CPU2)通過開關(guān)轉(zhuǎn)換器(MUX)選擇輸入被測信號，信號經(jīng)第一光電隔離器(OPTl)，送至第二單片機(CPU2)，再通過RS-232接口與第一單片機(CPU1)通訊，在第一模數(shù)/轉(zhuǎn)換器(A/D1)和第二單片機(CPU2)之間設(shè)有第一光電隔離器(OPTl)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的嵌入式網(wǎng)絡(luò)化多元輸入輸出系統(tǒng)，其特征在于所述開關(guān)量輸出模塊(DO)由第二單片機(CPU2)及第二光電隔離器(0PT2)組成，第二單片機(CPU2)輸入信號來自第一單片機(CPU1),其輸出信號經(jīng)第二光電隔離器(0PT2)送至外圍控制設(shè)備。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的嵌入式網(wǎng)絡(luò)化多元輸入輸出系統(tǒng)，其特征在于所述開關(guān)量輸入模塊(DI)、開關(guān)量輸出模塊(DO)中的每個都包括一個配置信息存儲器(EEPR0M)，均與第二單片機(CPU2)相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的嵌入式網(wǎng)絡(luò)化多元輸入輸出系統(tǒng)，其特征在于所述控制程序包括ARM系統(tǒng)控制模塊、串行通訊模塊、數(shù)據(jù)傳送模塊、數(shù)據(jù)診斷報警模塊、設(shè)備組態(tài)模塊、數(shù)據(jù)采集/存儲模塊，具體流程如下: 所述ARM系統(tǒng)控制模塊流程:首先啟動嵌入式操作系統(tǒng)，接收用戶輸入，第一單片機(CPUl)等待存儲區(qū)標(biāo)志設(shè)為可讀，并且可讀取標(biāo)志設(shè)為可讀，條件不滿足時返回判斷；條件滿足時判斷是否是實時數(shù)據(jù)，是實時數(shù)據(jù)則把動態(tài)數(shù)據(jù)存儲器SDRAM中實時數(shù)據(jù)輸出到數(shù)據(jù)傳送模塊； 所述串行通訊模塊流程分ARM模塊通訊流程和輸入輸出模塊(I/O)中斷響應(yīng)流程為兩部分，其中ARM模塊通訊流程為:在入口處執(zhí)行存儲在動態(tài)數(shù)據(jù)存儲器(SDRAM)中的串行接口驅(qū)動函數(shù)，發(fā)送地址至輸入輸出模塊(I/0)，如從機有應(yīng)答，則第一單片機(CPUl)發(fā)送命令字，否則重試；發(fā)送命令字后判斷從機數(shù)據(jù)上傳否，上傳則發(fā)上傳命令字，否則發(fā)下傳命令字；發(fā)上傳命令字后接收從機數(shù)據(jù)，接收成功時返回，不成功時，重新接收從機數(shù)據(jù)；發(fā)下傳命令是發(fā)送主機數(shù)據(jù)或命令字給從機，發(fā)送成功時返回，不成功時，重新發(fā)送從機數(shù)據(jù)；所述輸入輸出模塊(I/O)中斷響應(yīng)流程:在中斷入口輸入輸出模塊(I/O)接收數(shù)據(jù)，然后判斷是地址命令還是數(shù)據(jù)命令，是地址命令再判斷是否是本機地址，是本機地址時，輸入輸出模塊(I/O)發(fā)應(yīng)答信號給第一單片機(CPUl)，恢復(fù)現(xiàn)場、中斷返回；不是本機地址時，直接恢復(fù)現(xiàn)場、中斷返回；如是數(shù)據(jù)命令字，再判斷是否是上傳命令字，如是上傳命令字，由輸入輸出模塊(I/O)發(fā)送從機采集的數(shù)據(jù)給第一單片機(CPUl)，恢復(fù)現(xiàn)場、中斷返回；如不是上傳命令字，由輸入輸出模塊(I/O)執(zhí)行控制命令，恢復(fù)現(xiàn)場、中斷返回； 所述數(shù)據(jù)傳送模塊流程為:啟動后第一單片機(CPUl)等待動態(tài)數(shù)據(jù)存儲器(SDRAM)數(shù)據(jù)存儲區(qū)可讀，程序的可讀標(biāo)志為正在讀取，條件滿足時打包數(shù)據(jù)，調(diào)用ARM模塊，建立遠程連接，將可讀標(biāo)志設(shè)為讀取完成，再發(fā)送打包數(shù)據(jù)，執(zhí)行延時操作，判斷是否退出該程序，是則結(jié)束；如不退出該程序，可重新等待動態(tài)數(shù)據(jù)存儲器(SDRAM)數(shù)據(jù)存儲區(qū)可讀，程序的可讀標(biāo)志為正在讀??；條件不滿足時，返回重新等待動態(tài)數(shù)據(jù)存儲器(SDRAM)數(shù)據(jù)存儲區(qū)可讀，程序的可讀標(biāo)志為正在讀?。? 所述數(shù)據(jù)診斷報警模塊流程:啟動后第一單片機(CPUl)等待報警通知，等不到時返回等待報警通知，等到時，程序的可讀標(biāo)志置為讀，判斷動態(tài)數(shù)據(jù)存儲器(SDRAM)報警數(shù)據(jù)區(qū)是否可讀，條件不滿足，繼續(xù)判斷，條件滿足則復(fù)制報警數(shù)據(jù)到動態(tài)數(shù)據(jù)存儲器(SDRAM)數(shù)據(jù)區(qū)，然后把本程序的可讀標(biāo)志設(shè)為讀取完成，退出本程序模塊，否則返回，等待報警通知； 所述設(shè)備組態(tài)模塊流程為:系統(tǒng)啟動后從非易失性數(shù)據(jù)存儲器(NVRAM)中讀參數(shù)創(chuàng)建組態(tài)信息區(qū)，進入配置狀態(tài)，然后由用戶操作進行選擇，如選擇的是系統(tǒng)參數(shù)配置，則判斷存儲信息是否是存入非易失性數(shù)據(jù)存儲器(NVRAM)，如存入非易失性數(shù)據(jù)存儲器(NVRAM)，則修改組態(tài)變化標(biāo)志，修改組態(tài)信息區(qū)，組態(tài)信息存入非易失性數(shù)據(jù)存儲器(NVRAM)，結(jié)束程序；如不是存入非易失性數(shù)據(jù)存儲器(NVRAM)的情況下，則結(jié)束程序；如選擇的是第一單片機(CPUl)中刷新設(shè)備列表，則先通過串行通訊模塊與從機通訊，再進行設(shè)備I/O參數(shù)配置，當(dāng)配置完成時，判斷是否存儲信息到(NVRAM)中，如是，則修改組態(tài)變化標(biāo)志，修改組態(tài)信息區(qū)，組態(tài)信息存入非易失性數(shù)據(jù)存儲器(NVRAM)，不是存入非易失性數(shù)據(jù)存儲器(NVRAM)的情況下，結(jié)束程序；所述數(shù)據(jù)采集/存儲模塊流程為:開始后由第一單片機(CPUl)將動態(tài)數(shù)據(jù)存儲器(SDRAM)存儲區(qū)讀寫標(biāo)志設(shè)為寫，再判斷數(shù)據(jù)傳輸模塊是否讀完，如程序模塊沒讀完，重新判斷其可讀取標(biāo)志；如讀完，則將過濾數(shù)據(jù)存儲到動態(tài)數(shù)據(jù)存儲器(SDRAM)中，動態(tài)數(shù)據(jù)存儲器(SDRAM)的數(shù)據(jù)按照時間戳由高到低進行排列，將動態(tài)數(shù)據(jù)存儲器(SDRAM)存儲區(qū)讀寫標(biāo)志設(shè)為可讀，允許數(shù)據(jù)傳輸模塊程序從存儲區(qū)讀數(shù)據(jù)，再設(shè)置ARM模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊程序可讀取標(biāo)志為可讀，使數(shù)據(jù)傳輸模塊程序可以讀動態(tài)數(shù)據(jù)存儲器(SDRAM)數(shù)據(jù)，最后結(jié)束。`
【文檔編號】G05B19/418GK103676866SQ201310654378
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月6日
【發(fā)明者】陳鈞, 萬旺金, 蔡艷, 劉嶺 申請人:蘇州朗捷通智能科技有限公司