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一種?；愤\輸監(jiān)測傳感器信號采集系統(tǒng)及方法
【專利摘要】一種?；愤\輸監(jiān)測傳感器信號采集系統(tǒng)及方法，屬于智能儀表【技術(shù)領(lǐng)域】。一種?；愤\輸監(jiān)測傳感器信號采集系統(tǒng)，其特征是，中心控制單元和電壓型傳感器組、電流型傳感器組、數(shù)字總線型傳感器組和電源控制電路相連接。一種?；愤\輸監(jiān)測傳感器信號采集方法，其特征是，含有參數(shù)配置模塊和數(shù)據(jù)傳輸模塊，預設(shè)?；愤\輸?shù)膫鞲衅鹘M配置參數(shù)，卸載、空載或停駛狀態(tài)下傳感器組低功耗模式，傳輸傳感器組實時工作數(shù)據(jù)。本發(fā)明的效果和益處是將危化品運輸中多種傳感器組進行動態(tài)按需劃分配置，提高?；愤\輸中信號采集的兼容性，根據(jù)傳感器運輸載體的運行狀況合理分配傳感器組的功耗，提高危化品運輸過程中的安全性。
【專利說明】一種?；愤\輸監(jiān)測傳感器信號采集系統(tǒng)及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于智能儀表【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及到傳感器信號采集系統(tǒng)及方法，特別涉及到應用于危險化學品運輸監(jiān)測的傳感器信號采集系統(tǒng)及方法。

【背景技術(shù)】
[0002]危險化學品(簡稱?；?是一類特殊的商品，?；沸袠I(yè)在國民經(jīng)濟發(fā)展中起著舉足輕重的作用。由于危化品通常具有易燃、易爆、有毒、有害等特點，其在生產(chǎn)、運輸、存儲、使用等各個環(huán)節(jié)中的安全性一直是?；废嚓P(guān)企業(yè)、政府部門、科研單位關(guān)注的一個重點。?；飞a(chǎn)、運輸、存儲、使用等各個環(huán)節(jié)都具有危險性，尤其在危化品運輸過程中，由于其安全性易受到天氣、道路、從業(yè)人員經(jīng)驗和運輸設(shè)備狀況等諸多自然和人為因素的影響，其危害程度較其他各環(huán)節(jié)更難于控制。為了加強?；愤\輸過程中的安全性，通常的技術(shù)手段是給?；愤\輸裝置加裝傳感器，以期得到?；吩谶\輸過程中的參數(shù)。由于與?；愤\輸中的安全性相關(guān)參數(shù)不是唯一的，需要加裝不同種類反映?；愤\輸裝置各個方面的傳感器。根據(jù)所安裝傳感器監(jiān)測對象的不同，可以分為監(jiān)測危化品內(nèi)容物狀態(tài)的氣體傳感器、壓力傳感器、液位傳感器，監(jiān)測運輸環(huán)境的溫度傳感器和濕度傳感器，監(jiān)測運輸承載容器的速度傳感器、加速度傳感器、傾角傳感器和監(jiān)測運輸承載容器配套裝置狀態(tài)的門開關(guān)傳感器等，有時為了增強檢測效果，同一種類傳感器的安裝數(shù)量可能有多個。?；愤\輸相關(guān)企業(yè)根據(jù)裝載內(nèi)容物性質(zhì)的不同，會選擇性加裝對安全監(jiān)測有效的傳感器種類，因此需要相配套的傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一方面具有能夠安裝多類傳感器能力，另一方面需要提供靈活的調(diào)配接口，以適應不同裝載物的需求。危化品在運輸過程中，根據(jù)裝載內(nèi)容狀態(tài)的不同，常分為裝載、滿載運輸、卸載、空載等過程。由于?；愤\輸工具工作方式的需要，在滿載、滿載運輸過程中，監(jiān)測裝置通常有足夠的電能供應，當危化品運輸工具處于卸載、空載或停駛狀態(tài)時，監(jiān)測裝置的電能供應通常由備用電源提供。在卸載、空載或停駛狀態(tài)時，由于備用電源提供的電能限制和運輸裝載物狀態(tài)的改變，監(jiān)測所關(guān)心的傳感器組配置隨運輸裝載物狀態(tài)發(fā)生變化，僅需保留必要的工作傳感器來監(jiān)測運輸工具的狀態(tài)，所以監(jiān)測傳感器信號采集系統(tǒng)應當具有動態(tài)調(diào)整工作傳感器的能力，以保證備用電源能更長時間給傳感器信號采集系統(tǒng)等關(guān)鍵系統(tǒng)提供電源。
[0003]目前多傳感器信號采集系統(tǒng)采用的技術(shù)是使用具有相同輸出信號傳感器復用信號采集通道技術(shù)，實現(xiàn)一套采集系統(tǒng)對多個設(shè)備進行測試，參見李長剛等發(fā)明的“一種通用的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)”，專利申請?zhí)?201010565550.X。單個傳感器信號采集系統(tǒng)采用的技術(shù)方法是采用通用的數(shù)據(jù)采集卡進行傳感器數(shù)據(jù)采集，參見趙小文所著“基于LabVIEW的柔性壓力_溫度傳感器信號采集系統(tǒng)的設(shè)計及實驗”，P11，碩士學位論文和Baoguo Han等所著 Electrode design, measuring method and data acquisit1n system, Sensors andActuators A, Vol.135, 2007, pp360?369。上述方法可以實現(xiàn)傳感器的信號米集,但不適用于?；愤\輸監(jiān)測工況中，主要原因一是上述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)充分依賴于上位機平臺來完成數(shù)據(jù)采集，甚至需要和PC直接相連接才能實現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)采集，無法直接應用于?；愤\輸這樣的移動平臺；二是該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)不能進行傳感器的功耗控制，無法適應?；愤\輸這一特定的應用工況。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種應用于?；愤\輸工況下，監(jiān)測傳感器信號采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)協(xié)調(diào)?；愤\輸過程中監(jiān)測所需安裝的電壓型傳感器、電流型傳感器、數(shù)字總線型傳感器和開關(guān)量傳感器的數(shù)據(jù)采集。根據(jù)按照危化品運輸監(jiān)測流程的需要，劃分傳感器組中傳感器配置。在?；愤\輸載體在卸載、空載或停駛狀態(tài)時，提供傳感器功耗動態(tài)調(diào)配電路。并且提供一種?；愤\輸監(jiān)測傳感器信號采集方法，一方面設(shè)置?；繁O(jiān)測傳感器信號采集系統(tǒng)的配置參數(shù)，另一方面協(xié)調(diào)傳感器的采集值和讀出值，接收傳感器組的讀出數(shù)據(jù)。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是，對危化品運輸載體加裝傳感器信號采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)由電壓型傳感器組、電流型傳感器組、開關(guān)量傳感器組、數(shù)字總線型傳感器組、電源控制電路、電壓型傳感器濾波電路、電壓型傳感器A/D電路、電流型傳感器濾波電路、電流型傳感器A/D電路、開關(guān)量調(diào)理電路、采樣電路、數(shù)字總線接口電路、通信模塊接口電路、電源管理模塊接口電路、實時時鐘、報警電路和存儲電路組成。其特征在于，電源控制電路和電壓型傳感器組、電流型傳感器組和數(shù)字總線型傳感器組相連接，電源控制電路還和中心控制單元相連接，電壓型傳感器組通過電壓型傳感器濾波電路、電壓型傳感器A/D電路和中心控制單元相連接，電流型傳感器組通過電流型傳感器濾波電路、電流型傳感器A/D電路和中心控制單元相連接，開關(guān)量傳感器組通過開關(guān)量調(diào)理電路、采樣電路和中心控制單元相連接，數(shù)字總線型傳感器組通過數(shù)字總線電路和中心控制單元相連接，實時時鐘和中心控制單元相連接，報警電路和中心控制單元相連接，中心控制單元和存儲電路相連接，中心控制單元通過通信模塊接口電路和通信模塊相連接，中心控制單元通過電源管理模塊接口電路和電源管理模塊相連接。
[0006]本發(fā)明還提供一種危險化學品運輸?shù)膫鞲衅餍盘柌杉椒?，其特征在于包含參?shù)配置模塊和數(shù)據(jù)傳輸模塊，預設(shè)?；愤\輸?shù)膫鞲衅鹘M配置參數(shù)，卸載、空載或停駛狀態(tài)下傳感器組低功耗模式，傳輸傳感器組實時工作數(shù)據(jù)，具體步驟如下:
[0007]A.根據(jù)安裝在?；愤\輸載體上傳感器組配置情況，接收各個傳感器地址、類型編碼、零點、滿量程值和報警閾值，建立傳感器和數(shù)據(jù)通道映射關(guān)系表，接收開啟傳感器地址的低功耗配置信息，打開對應地址傳感器電源，并將映射關(guān)系表和低功耗配置信息存入存儲器；
[0008]B.接收需傳輸數(shù)據(jù)傳感器的地址，讀取傳感器讀數(shù)，結(jié)合存儲器中的參數(shù)，返回所需地址的傳感器讀數(shù)值，完成數(shù)據(jù)傳輸；
[0009]C.接收到“參數(shù)配置”命令，進入A處理流程，接收到“數(shù)據(jù)傳輸”命令，進入到B
處理流程。
[0010]本發(fā)明的效果和益處是，將危化品運輸中多種傳感器組進行動態(tài)按需劃分配置，提高?；愤\輸中信號采集的兼容性，根據(jù)傳感器運輸載體的運行狀況合理分配傳感器組的功耗，從而有利于對?；愤\輸過程中各個關(guān)鍵流程進行監(jiān)測，提高危化品運輸過程中的安全性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是?；愤\輸傳感器信號采集系統(tǒng)功能說明框圖。
[0012]圖2是?；愤\輸傳感器信號采集系統(tǒng)電路原理圖。
[0013]圖3是?；愤\輸傳感器信號采集參數(shù)配置流程圖。
[0014]圖4是危化品運輸傳感器信號采集數(shù)據(jù)傳輸流程圖。

【具體實施方式】
[0015]以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細敘述本發(fā)明的【具體實施方式】。
[0016](I)?；愤\輸傳感器信號采集系統(tǒng)
[0017]信號采集系統(tǒng)的組成為電壓型傳感器組，分別為氣體傳感器和加速度傳感器，電流型傳感器組，分別為壓力傳感器和液位傳感器，數(shù)字總線接口型傳感器組分別為速度傳感器和加速度傳感器，使用的數(shù)字通信總線為RS485總線，開關(guān)量傳感器，均為門開關(guān)傳感器。
[0018]中心控制單元U3由32位ARM處理器芯片STM32F103C8T6，晶振Y2，電容C3和C7及外圍電路組成。
[0019]電壓型傳感器組的電源控制電路由電阻R1、R2、R6、R11、R12、R13和晶體管Q1、Q2、Q4、Q5組成，中心控制單元U3通過R6和Q2相連，通過R13和Q5相連。電壓型傳感器連接在接口 J2和J3上，濾波電路I由電阻R9、RlO和電容C5、C6、C8組成。中心控制單元U3和多路選擇器U5相連，傳感器組接口 J2和J3通過多路選擇器U5和濾波電路I相連。A/D電路I由U4組成，U4的通信端口和中心控制單元U3相連，U4的第一路模擬入口和濾波電路I相連接。
[0020]電流型傳感器組的電源控制電路由電阻R16、R17、R18、R19、R20、R23和晶體管Q6、Q7、Q8、Q9組成，中心控制單元U3通過R18和Q7相連，通過R23和Q9相連。電流型傳感器連接在接口 J5和J6上，濾波電路2由電阻R14、R15和電容C9、C1、Cll組成。中心控制單元U3和多路選擇器U5相連，傳感器組接口 J5和J6通過多路選擇器U5和濾波電路2相連。A/D電路2由U4組成，U4的通信端口和中心控制單元U3相連，U4的第二路模擬入口和濾波電路2相連接。
[0021]開關(guān)量傳感器組接口由J9和JlO組成，開關(guān)量調(diào)理電路由電阻R28、R30和光電耦合器件U7、U8組成。采樣電路由電阻R29、R31和光電耦合器件U7、U8組成。光電耦合器件U7和U8的輸出和中心控制單元U3相連。
[0022]數(shù)字總線接口型傳感器組的電源控制電路由電阻R24、R25、R26、R27、R32、R33和晶體管Q10、Q11、Q12、Q13組成，中心控制單元U3通過R32和Qll相連，通過R33和Q13相連。RS485接口型傳感器組的接口由Jl和J8組成。RS485接口電路由U2和R8組成。中心控制單元U3和RS485接口電路中U2的TTL端口相連，RS485接口型傳感器組的接口 Jl和J8和RS485接口電路中U2的RS485端口相連。
[0023]通信模塊接口電路和電源管理模塊接口電路由接口 J4、J7、電容C12、C13、C14、C15和U6組成。通信模塊接口 J4和U6的232接口通道I相連；電源管理模塊接口 J7和U6的232接口通道2相連。中心控制單元U3和U6的TTL接口通道1、通道2相連。
[0024]實時時鐘由晶振Yl和電容C2、C4組成，并和中心控制單元U3的低速外部時鐘接口相連。報警電路由電阻R5、R7、發(fā)光二極管D1、晶體管Q3、蜂鳴器LSl組成。中心控制單元通過R5和發(fā)光二極管Dl相連，通過R7和Q3和蜂鳴器LSl相連。存儲電路由電阻R4、電容Cl和EEPROM存儲芯片Ul組成，并通過Ul的通訊口和中心控制單元U3相連。
[0025](II)?；愤\輸傳感器信號采集方法
[0026]?；愤\輸傳感器信號采集方法主要由參數(shù)配置模塊和數(shù)據(jù)傳輸模塊組成。參數(shù)配置模塊通過通信模塊對信號采集系統(tǒng)進行參數(shù)配置，是信號采集系統(tǒng)工作的基礎(chǔ)，信號采集系統(tǒng)只有在正確地進行參數(shù)配置的基礎(chǔ)上，才能正常工作，數(shù)據(jù)傳輸模塊是信號采集系統(tǒng)傳輸各個傳感器采集得到的數(shù)據(jù)的過程，數(shù)據(jù)傳輸是信號采集系統(tǒng)工作的主要內(nèi)容。
[0027]信號采集系統(tǒng)參數(shù)配置過程為，信號采集系統(tǒng)接收到“參數(shù)配置命令”，判斷是否為“傳感器配置”命令，如果是“傳感器配置”命令，則接收傳感器地址和類型編碼。傳感器地址編碼為:100?IFF為電壓型傳感器組地址編碼范圍，200?2FF為電流型傳感器組地址編碼范圍，300?3FF為開關(guān)量傳感器組地址編碼范圍，400?4FF為數(shù)字總線接口型傳感器組的地址編碼范圍。傳感器類型編碼方式為:001為氣體傳感器，002為壓力傳感器，003為液位傳感器，004為溫度傳感器，005為濕度傳感器，006為速度傳感器，007為加速度傳感器，008為傾角傳感器，009為門開關(guān)傳感器。信號采集系統(tǒng)接收各個傳感器的零點、滿量程點和報警閾值，零點、滿量程點作為傳輸數(shù)據(jù)的基準參照值，報警閾值作為判斷是否需要報警的判斷依據(jù)。寫入傳感器地址、類型編碼、零點和滿量程點值到存儲器。判斷是否寫入成功，如果寫入成功，則返回“寫入成功”消息，如果沒有寫入成功，則返回“失敗”消息，流程退出。
[0028]信號采集系統(tǒng)接收到“參數(shù)配置命令”，如果判斷結(jié)果不是“傳感器配置”命令，判斷是否為“低功耗配置”命令，如果也不是“低功耗配置”命令，則直接返回，退出流程。如果是“低功耗配置”命令，接收開啟的傳感器地址，寫入開啟的傳感器地址到存儲器，存儲對應的地址，掉電后可以保存。打開對應地址的傳感器電源，判斷是否已經(jīng)切換成功，如果切換成功，則向上位機返回當前處于工作狀態(tài)的傳感器地址，并返回“成功”消息，如果沒有切換成功，則返回“失敗”消息，退出低功耗配置流程。
[0029]信號采集系統(tǒng)傳輸測試得到數(shù)據(jù)的過程為，信號采集系統(tǒng)接收到“數(shù)據(jù)傳輸”命令后，接收需要傳輸數(shù)據(jù)的傳感器地址。由于存在低功耗設(shè)計，信號采集系統(tǒng)判斷對應地址數(shù)據(jù)是否處于開啟狀態(tài)，如果該地址傳感器處于開啟狀態(tài)，則讀取傳感器讀數(shù)，結(jié)合存儲器數(shù)據(jù)，得到數(shù)值。返回讀取的數(shù)值和“成功”的消息給上位機，退出流程。如果傳感器處于關(guān)閉狀態(tài)，則返回傳感器關(guān)閉，和“讀取失敗”消息給上位機，退出流程。
[0030]接收到“參數(shù)配置”命令，進入?yún)?shù)配置處理流程，接收到“數(shù)據(jù)傳輸”命令，進入到數(shù)據(jù)傳輸處理流程。
【權(quán)利要求】
1.一種危險化學品運輸監(jiān)測傳感器信號采集系統(tǒng)，包括電壓型傳感器組、電流型傳感器組、開關(guān)量傳感器組、數(shù)字總線型傳感器組、電源控制電路、電壓型傳感器濾波電路、電壓型傳感器A/D電路、電流型傳感器濾波電路、電流型傳感器A/D電路、開關(guān)量調(diào)理電路、采樣電路、數(shù)字總線接口電路、通信模塊接口電路、電源管理模塊接口電路、實時時鐘、報警電路和存儲電路，其特征在于，電源控制電路和電壓型傳感器組、電流型傳感器組和數(shù)字總線型傳感器組相連接，電源控制電路還和中心控制單元相連接，電壓型傳感器組通過電壓型傳感器濾波電路、電壓型傳感器A/D電路和中心控制單元相連接，電流型傳感器組通過電流型傳感器濾波電路、電流型傳感器A/D電路和中心控制單元相連接，開關(guān)量傳感器組通過開關(guān)量調(diào)理電路、采樣電路和中心控制單元相連接，數(shù)字總線型傳感器組通過數(shù)字總線電路和中心控制單元相連接，實時時鐘和中心控制單元相連接，報警電路和中心控制單元相連接，中心控制單元和存儲電路相連接，中心控制單元通過通信模塊接口電路和通信模塊相連接，中心控制單元通過電源管理模塊接口電路和電源管理模塊相連接。
2.一種危險化學品運輸監(jiān)測傳感器信號采集方法，其特征在于包含參數(shù)配置模塊和數(shù)據(jù)傳輸模塊，預設(shè)?；愤\輸?shù)膫鞲衅鹘M配置參數(shù)，卸載、空載或停駛狀態(tài)下傳感器組低功耗模式，傳輸傳感器組實時工作數(shù)據(jù)，具體步驟如下: A.根據(jù)安裝在?；愤\輸載體上傳感器組配置情況，接收各個傳感器地址、類型編碼、零點、滿量程值和報警閾值，建立傳感器和數(shù)據(jù)通道映射關(guān)系表，接收開啟傳感器地址的低功耗配置信息，打開對應地址傳感器電源，并將映射關(guān)系表和低功耗配置信息存入存儲器； B.接收需傳輸數(shù)據(jù)傳感器的地址，讀取傳感器讀數(shù)，結(jié)合存儲器中的參數(shù)，返回所需地址的傳感器讀數(shù)值，完成數(shù)據(jù)傳輸； C.接收到“參數(shù)配置”命令，進入A處理流程，接收到“數(shù)據(jù)傳輸”命令，進入到B處理流程。
【文檔編號】G01D21/02GK104296808SQ201410542414
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月14日
【發(fā)明者】陳毅, 吳昊, 唐禎安, 余雋, 申爽, 黃正興, 申寧 申請人:大連理工大學