一種危化品運輸監測傳感器信號采集系統及方法
【專利摘要】一種危化品運輸監測傳感器信號采集系統及方法，屬于智能儀表【技術領域】。一種危化品運輸監測傳感器信號采集系統，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、數字總線型傳感器組和電源控制電路相連接。一種危化品運輸監測傳感器信號采集方法，其特征是，含有參數配置模塊和數據傳輸模塊，預設危化品運輸的傳感器組配置參數，卸載、空載或停駛狀態下傳感器組低功耗模式，傳輸傳感器組實時工作數據。本發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按需劃分配置，提高危化品運輸中信號采集的兼容性，根據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】一種危化品運輸監測傳感器信號采集系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于智能儀表【技術領域】，涉及到傳感器信號采集系統及方法，特別涉及到應用于危險化學品運輸監測的傳感器信號采集系統及方法。
【背景技術】
[0002]危險化學品(簡稱危化品)是一類特殊的商品，危化品行業在國民經濟發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、運輸、存儲、使用等各個環節中的安全性一直是危化品相關企業、政府部門、科研單位關注的一個重點。危化品生產、運輸、存儲、使用等各個環節都具有危險性，尤其在危化品運輸過程中，由于其安全性易受到天氣、道路、從業人員經驗和運輸設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節更難于控制。為了加強危化品運輸過程中的安全性，通常的技術手段是給危化品運輸裝置加裝傳感器，以期得到危化品在運輸過程中的參數。由于與危化品運輸中的安全性相關參數不是唯一的，需要加裝不同種類反映危化品運輸裝置各個方面的傳感器。根據所安裝傳感器監測對象的不同，可以分為監測危化品內容物狀態的氣體傳感器、壓力傳感器、液位傳感器，監測運輸環境的溫度傳感器和濕度傳感器，監測運輸承載容器的速度傳感器、加速度傳感器、傾角傳感器和監測運輸承載容器配套裝置狀態的門開關傳感器等，有時為了增強檢測效果，同一種類傳感器的安裝數量可能有多個。危化品運輸相關企業根據裝載內容物性質的不同，會選擇性加裝對安全監測有效的傳感器種類，因此需要相配套的傳感器數據采集系統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，根據裝載內容狀態的不同，常分為裝載、滿載運輸、卸載、空載等過程。由于危化品運輸工具工作方式的需要，在滿載、滿載運輸過程中，監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、空載或停駛狀態時，監測裝置的電能供應通常由備用電源提供。在卸載、空載或停駛狀態時，由于備用電源提供的電能限制和運輸裝載物狀態的改變，監測所關心的傳感器組配置隨運輸裝載物狀態發生變化，僅需保留必要的工作傳感器來監測運輸工具的狀態，所以監測傳感器信號采集系統應當具有動態調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等關鍵系統提供電源。
[0003]目前多傳感器信號采集系統采用的技術是使用具有相同輸出信號傳感器復用信號采集通道技術，實現一套采集系統對多個設備進行測試，參見李長剛等發明的“一種通用的數據采集系統”，專利申請號:201010565550.X。單個傳感器信號采集系統采用的技術方法是采用通用的數據采集卡進行傳感器數據采集，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的設計及實驗”，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。上述方法可以實現傳感器的信號米集,但不適用于危化品運輸監測工況中，主要原因一是上述數據采集系統充分依賴于上位機平臺來完成數據采集，甚至需要和PC直接相連接才能實現傳感器數據采集，無法直接應用于危化品運輸這樣的移動平臺；二是該數據采集系統不能進行傳感器的功耗控制，無法適應危化品運輸這一特定的應用工況。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供一種應用于危化品運輸工況下，監測傳感器信號采集系統。該系統協調危化品運輸過程中監測所需安裝的電壓型傳感器、電流型傳感器、數字總線型傳感器和開關量傳感器的數據采集。根據按照危化品運輸監測流程的需要，劃分傳感器組中傳感器配置。在危化品運輸載體在卸載、空載或停駛狀態時，提供傳感器功耗動態調配電路。并且提供一種危化品運輸監測傳感器信號采集方法，一方面設置危化品監測傳感器信號采集系統的配置參數，另一方面協調傳感器的采集值和讀出值，接收傳感器組的讀出數據。
[0005]本發明的技術方案是，對危化品運輸載體加裝傳感器信號采集系統，該系統由電壓型傳感器組、電流型傳感器組、開關量傳感器組、數字總線型傳感器組、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、開關量調理電路、采樣電路、數字總線接口電路、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，開關量傳感器組通過開關量調理電路、采樣電路和中心控制單元相連接，數字總線型傳感器組通過數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]本發明還提供一種危險化學品運輸的傳感器信號采集方法，其特征在于包含參數配置模塊和數據傳輸模塊，預設危化品運輸的傳感器組配置參數，卸載、空載或停駛狀態下傳感器組低功耗模式，傳輸傳感器組實時工作數據，具體步驟如下:
[0007]A.根據安裝在危化品運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，建立傳感器和數據通道映射關系表，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，并將映射關系表和低功耗配置信息存入存儲器；
[0008]B.接收需傳輸數據傳感器的地址，讀取傳感器讀數，結合存儲器中的參數，返回所需地址的傳感器讀數值，完成數據傳輸；
[0009]C.接收到“參數配置”命令，進入A處理流程，接收到“數據傳輸”命令，進入到B
處理流程。
[0010]本發明的效果和益處是，將危化品運輸中多種傳感器組進行動態按需劃分配置，提高危化品運輸中信號采集的兼容性，根據傳感器運輸載體的運行狀況合理分配傳感器組的功耗，從而有利于對危化品運輸過程中各個關鍵流程進行監測，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是危化品運輸傳感器信號采集系統功能說明框圖。
[0012]圖2是危化品運輸傳感器信號采集系統電路原理圖。
[0013]圖3是危化品運輸傳感器信號采集參數配置流程圖。
[0014]圖4是危化品運輸傳感器信號采集數據傳輸流程圖。
【具體實施方式】
[0015]以下結合技術方案和附圖詳細敘述本發明的【具體實施方式】。
[0016](I)危化品運輸傳感器信號采集系統
[0017]信號采集系統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，使用的數字通信總線為RS485總線，開關量傳感器，均為門開關傳感器。
[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]開關量傳感器組接口由J9和JlO組成，開關量調理電路由電阻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)危化品運輸傳感器信號采集方法
[0026]危化品運輸傳感器信號采集方法主要由參數配置模塊和數據傳輸模塊組成。參數配置模塊通過通信模塊對信號采集系統進行參數配置，是信號采集系統工作的基礎，信號采集系統只有在正確地進行參數配置的基礎上，才能正常工作，數據傳輸模塊是信號采集系統傳輸各個傳感器采集得到的數據的過程，數據傳輸是信號采集系統工作的主要內容。
[0027]信號采集系統參數配置過程為，信號采集系統接收到“參數配置命令”，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為開關量傳感器組地址編碼范圍，400?4FF為數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為門開關傳感器。信號采集系統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據的基準參照值，報警閾值作為判斷是否需要報警的判斷依據。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]信號采集系統接收到“參數配置命令”，如果判斷結果不是“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]信號采集系統傳輸測試得到數據的過程為，信號采集系統接收到“數據傳輸”命令后，接收需要傳輸數據的傳感器地址。由于存在低功耗設計，信號采集系統判斷對應地址數據是否處于開啟狀態，如果該地址傳感器處于開啟狀態，則讀取傳感器讀數，結合存儲器數據，得到數值。返回讀取的數值和“成功”的消息給上位機，退出流程。如果傳感器處于關閉狀態，則返回傳感器關閉，和“讀取失敗”消息給上位機，退出流程。
[0030]接收到“參數配置”命令，進入參數配置處理流程，接收到“數據傳輸”命令，進入到數據傳輸處理流程。
【權利要求】
1.一種危險化學品運輸監測傳感器信號采集系統，包括電壓型傳感器組、電流型傳感器組、開關量傳感器組、數字總線型傳感器組、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、開關量調理電路、采樣電路、數字總線接口電路、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，開關量傳感器組通過開關量調理電路、采樣電路和中心控制單元相連接，數字總線型傳感器組通過數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測傳感器信號采集方法，其特征在于包含參數配置模塊和數據傳輸模塊，預設危化品運輸的傳感器組配置參數，卸載、空載或停駛狀態下傳感器組低功耗模式，傳輸傳感器組實時工作數據，具體步驟如下: A.根據安裝在危化品運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，建立傳感器和數據通道映射關系表，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，并將映射關系表和低功耗配置信息存入存儲器； B.接收需傳輸數據傳感器的地址，讀取傳感器讀數，結合存儲器中的參數，返回所需地址的傳感器讀數值，完成數據傳輸； C.接收到“參數配置”命令，進入A處理流程，接收到“數據傳輸”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 優先權日:2014年10月14日
【發明者】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
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