一种线型组网的三线制数据测量方法

2014-08-26 11:59:42来源: eefocus

引言

现场测量中,常遇到测点呈线状分布的情形,例如,输电线路,输油管道,河流沿线,城市管网等,这类监测数据有如下特点:

(1)间隔距离各不相同。例如:石油输送管道的流量压力,监测点可1 km一个;城市路灯损坏监测25 m一个。

(2)对传输速率要求不高。例如:路灯是否损坏的监测,煤矿坑道倾斜度监测,可以几分钟一次,河流沿线水质,温度信息甚至可以每小时一次。

(3)测点物理顺序可以作为监测点的逻辑次序,只要顺序检测各点的数据即可,不要求某个编号的数据单独传送。

(4)测点数量众多,例如10 km长的路灯监测点就有400个。

对于这些现场常遇到的线状分布测点,如果采用总线式的组网结构,可以很好的简化布线形式,所有测点连接到总线上即可。实际上,已经有很多这类总线可供选择,例如,CAN总线,485总线,IEEE1394总线,Profi-bus总线,HART总线,甚至有自成总线的器件,如数字温度传感器DS18B20.但是这些方案都不是针对上述数据特点量身定做的,有的追求高可靠性,有的追求网络速度,还存在成本高、协议复杂、需要逐个测点编址等问题[3].所以,本文提出了一种基于单片机构成的针对线状测点的三线制组网方案,它具有自带电源、协议简单、灵活多变等特点,可以极大简化电路设计和系统设计。

1系统构成及原理

1.1硬件构成

1.1.1系统总体构成

三线制测量系统的构成图如图1所示,由一个主机和若干单元构成,三线分别定义为电源、信号、地线。主机能控制单元的供电,由开关J1完成,它可以是继电器的硬触点,也可以是VDMOS管软触点。当主机需要采集数据时,首先闭合J1,使所有单元上电,然后通过信号线R/T来控制各个单元依次上传数据。其中1,2,…,N代表N个测量单元。



如果需要传送模拟信号,则要另外增加模拟信号总线,单元结构如图2所示。



1.1.2单元结构

单元的内部组成,根据测量参数不同各有所异,这里给出一个倾角测量的例子,使用倾角传感器,原理图如图2所示。上电测量是自动进行的,完成后等待输入端R接受启动脉冲,然后进入本单元数据发送,这期间本单元与主机是直通的,当本单元数据传送完成后,则等待输入端的结束脉冲,然后本单元向下单元发送启动脉冲,随后本单元进入透传(或称传话筒)模式,相当于直通,主机可以跟下个单元进行通信,依次类推。

在单元示结构意图中,还增加了2条模拟信号线,因为倾角传感器既有数字量输出(通过SPI接口)也有模拟量输出(通过Vf端)。如果想直接采集到单元的模拟量,则增加模拟开关和模拟信号总线,当单元处于工作状态时,闭合模拟开关,把模拟量送到总线上。

1.2工作原理

主机启动一次数据采集时,首先闭合开关J1,总线VCC得电,所有单元同时上电,单元内的单片机开始工作。单元的工作分为待机、工作、透传3种模式。上电后,所有单元进入待机模式,主机先向距离最近的1#单元发出启动脉冲,1#单元由“待机”转为“工作”模式,它会启动传感器,点亮指示灯L1,表示本单元是活动的,这时,主机可以与1#单元进行直接的通信,命令1#单元的进行测量并读取数据,完毕后,主机发送结束脉冲,命令1#单元结束活动态。1#单元在向2#单元发送启动脉冲后进入透传模式。于是,收到1#发出的启动脉冲,2#单元成为活动单元,点亮指示灯L1,进入工作模式。由于1#单元的透传作用,主机可以直接跟2#单元通信,直到2#单元收到结束指令后,它启动下个单元,然后自己变成透传,这样依次类推,各个单元逐个变成活动单元,主机总是透过已经变成透传模式的单元,直接与活动单元进行通信,获取数据,直到全部单元都完成数据采集。

因此,在整个三线制网络中,只有一个是活动单元,活动单元前面,是完成了数据采集变成透传模式的单元;在活动单元后面,是等待启动的待机单元。主机能够直接与活动单元联系,使用灵活约定的协议和速率,是本文提出三线制线状组网的一大优势。

主机与活动单元通信时,可以直接使用单片机的串口通信模式,在数据量小的时候,约定使用较低的波特率可以获得较远的传送距离。用来启动和停止单元工作的脉冲命令,可以有2种形式:

(1)直接使用串行通信来改变单元的工作模式,只要约定主机下发给单元的串行数据命令字即可,例如约定0X55为启动命令,0XAA为停止命令;(2)使用脉冲宽度控制,只要命令脉冲与通信波特率通信脉冲有明显区别不产生混淆就可以,例如波特率使用1 200,启动和停止脉冲使用宽度为30 ms的低电平。

[1] [2]

关键字:线型组网  三线制数据测量  透传

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2014/0826/article_9374.html
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