[发明专利]基于嵌入式平台的远程I/O数据采集系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种嵌入式数据采集技术，特别是涉及一种基于嵌入式平台的远程I/O数据采集系统。

背景技术

在电力、石油、化工、冶金、钢铁、交通等各种行业，数据采集对系统实行自动化控制必不可少。数据采集系统通过连续采集和处理所有与被控对象有关的系统运行参数及设备状态信号等，以便及时向操作人员提供有关信息，实现被控对象的安全，稳定和经济运行。一旦被控对象发生任何异常工况便可及时报警，以提高被控对象的可利用率。

随着自动化、计算机、电子、网络与通信等技术的快速发展，网络化、智能化、数字化的分布式控制系统得到了广泛应用，这就要求对控制系统各项数据的准确性和可靠性提出了更高的要求。而目前大部分采用的基于单任务顺序机制的单片机数据采集系统不仅处理能力有限，且存在系统实时性、可靠性较差的问题。因此，为了提高其数据采集的精度及可靠性，采用高精度、高可靠性的数据采集系统很有必要。从未来的发展方向上看，数据采集系统应朝着强实时、多参数、高精度方向发展，数据存储朝着大容量、微型化、便携式方向发展，数据传输部分朝着多通讯方式、远距离数据传输方向发展。

发明内容

本发明是针对现有单片机数据采集系统处理能力有限并存在系统实时性、可靠性较差的问题，提出了一种基于嵌入式平台的远程I/O数据采集系统及方法，能对生产过程中多种电气、热工参数(如电压、电流、热电偶、热电阻等)进行测量，测量数据可用LCD显示，同时可采用Modbus/RTU或Modbus/TCP通信协议通过RS485或以太网远程传输至上位DAS、DCS等系统。具有双网冗余远程通讯功能，以提高通讯网络的抗干扰能力和可靠性。

本发明的技术方案为：一种基于嵌入式平台的远程I/O数据采集系统，包括微处理器、A/D转换接口电路、电源电路、键盘、复位电路、LCD显示、RS485接口电路、以太网接口电路、JTAG电路、I²C电路外围设备，模拟量信号就地集中采集进入基于嵌入式平台的远程I/O数据采集装置中，经过A/D接口电路转换为数字信号进入微处理器，微处理器处理信号后输出通过LCD显示实时数据，同时可以通过通讯接口RS485或以太网接口将采集数据远程传送到上位系统，电源电路给微处理器提供专门的电源，保证微处理器工作稳定，键盘、复位电路为操作输入给微处理器指令工作，JTAG电路、I²C电路作为微处理器外围输入电路，协助微处理器进行信号传输。

所述微处理器采用64kB片内FLASH，16kB片内RAM的32位ARM嵌入式芯片LPC2132。所用系统软件采用源码公开、可移植、可裁剪、可固化的抢占式实时多任务操作系统μC/OS-II。

所述通讯接口可通过跳线选择RS485或以太网接口同上位计算机机通信，以太网接口采用独立的ZNE-100TL智能型嵌入式以太网串口转换模块。

所述电源电路中模拟电源与数字电源用电源隔离的元件隔离。

一种基于嵌入式平台的远程I/O数据采集方法，包括基于嵌入式平台的远程I/O数据采集系统和实时多任务操作系统μC/OS-II，数据采集方法包括以下步骤：

1)系统主函数是程序首先执行的一个函数，实现系统的硬件和操作系统的初始化；

2)系统的软件设计由操作系统和用户应用任务构成，用户应用任务包括系统监控任务、A/D数据采样任务、接收队列监视任务、数据发送任务、键盘输入任务、LCD显示任务六个任务，其中A/D数据采样任务实时性要求最高，LCD显示任务实时性要求最低；

3)各个任务具有不同的优先级，通过调用系统挂起函数或延时函数，启动具有更高优先级的进入就绪态的任务；

4)通过对延时参数的设置，系统每隔一定的时钟节拍，就启动接收队列监视任务，定期扫描环形缓冲区；

5)发现读指针与写指针不相等时，将环形缓冲区中新接收到的数据存入TEMPBUF中，同时发送信号量SendSem，数据发送任务接收到信号量，启动运行，完成数据发送功能。