《嵌入式网络化多元输入输出系统.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《嵌入式网络化多元输入输出系统.pdf（17页完整版）》请在专利查询网上搜索。
1、(10)申请公布号 CN 103676866 A (43)申请公布日 2014.03.26 CN 103676866 A (21)申请号 201310654378.9 (22)申请日 2013.12.06 G05B 19/418(2006.01) (71)申请人 苏州朗捷通智能科技有限公司 地址 215011 江苏省苏州市高新区竹园路 9 号狮山街道办事处 208 室 (72)发明人 陈钧 万旺金 蔡艳 刘岭 (74)专利代理机构 苏州创元专利商标事务所有 限公司 32103 代理人 范晴 夏振 (54) 发明名称 嵌入式网络化多元输入输出系统 (57) 摘要 本发明公开了一种嵌入式网络化多元。
2、输入输 出系统， 包括嵌入式控制装置、 与嵌入式控制装置 通过网络连接通讯的 IP 摄像头、 用于进行现场信 号的采集、 转换的现场设备 ； 所述 IP 摄像头将图 像视频信息传输给嵌入式控制装置 ； 所述嵌入式 控制装置接收 IP 摄像头和现场设备的数据， 设置 有网络模块、 RFID 模块和输入输出模块 (I/O)， 所 述输入输出模块 (I/O)， 通过串口总线与嵌入式 控制装置连接， 用于对现场设备实施控制， 使现场 设备完成现场信号的采集、 转换 ； 所述网络模块 与IP摄像头通讯控制传输图像视频信息。 该系统 不依赖 PC 机、 费用低、 易推广、 使用灵活、 易于维 护、 外围资。
3、源丰富， 采用占先式实时操作系统。 (51)Int.Cl. 权利要求书 3 页 说明书 9 页 附图 4 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书3页 说明书9页 附图4页 (10)申请公布号 CN 103676866 A CN 103676866 A 1/3 页 2 1. 一种嵌入式网络化多元输入输出系统， 其特征在于所述系统包括嵌入式控制装置、 与嵌入式控制装置通过网络连接通讯的 IP 摄像头、 用于进行现场信号的采集、 转换的现场 设备 ； 所述 IP 摄像头用于进行视频录制采集， 并将图像视频信息传输给嵌入式控制装置 ； 所述嵌入式控制装置设置有运行嵌。
4、入式操作系统， 接收 IP 摄像头和现场设备的数据， 负责 网络传输、 网络监控、 数据存储及逻辑处理， 所述嵌入式控制装置设置有网络模块、 RFID 模 块和输入输出模块 (I/O)， 所述 RFID 模块用于连接 RFID 读写器进行现场射频数据采集， 并 将采集数据传输给嵌入式控制装置 ； 所述输入输出模块 (I/O)， 通过串口总线与嵌入式控 制装置连接， 用于对现场设备实施控制， 使现场设备完成现场信号的采集、 转换 ； 所述网络 模块采用通过以太网、 WiFi 接入以太网方式和或通过、 串行接口的接入方式与 IP 摄像头 通讯控制传输图像视频信息。 2. 根据权利要求 1 所述的嵌。
5、入式网络化多元输入输出系统， 其特征在于所述嵌入式控 制装置包括 ： 第一单片机 (CPU1) ； 所述第一单片机分别与动态数据存储器 （SDRAM） 、 非易失性数据 存储器 （NVRAM） 、 程序存储器 (FLASH)、 时钟 (CLOCK) 连接， 并通过串行总线连接各输入输出 模块 (I/O)， 通过 TTL232 接口或物理层 (PHY) 连入网络 ； 动态数据存储器 （SDRAM） ， 用于存储嵌入式控制装置中第一单片机 (CPU1) 运行的控制 程序 ； 非易失性数据存储器 （NVRAM） ， 用于存储为嵌入式控制装置设定的信息参数、 输入输出 模块 (I/O) 采集的现场数据。
6、 ； 并由第一单片机 (CPU1) 读取 ； 程序存储器 (FLASH)， 用于存储嵌入式操作系统内核程序、 TCP(UDP)/IP 网络协议、 串 行接口通讯协议， 并通过第一单片机 (CPU1) 控制各个模块以及输入输出模块 (I/O) 通信 ； 时钟 (CLOCK)， 为嵌入式控制装置提供时间信息 ； 物理层 (PHY)， 与第一单片机 (CPU1) 连接， 用来完成通讯协议中的第一层部分 ； 串行总线， 连接嵌入式控制装置和各输入输出模块 (I/O)， 进行数据通讯操作。 3. 根据权利要求 2 所述的嵌入式网络化多元输入输出系统， 其特征在于所述嵌入式控 制装置采用 ARM 架构的嵌。
7、入式操作系统， 由嵌入式控制装置动态控制、 管理的输入输出模 块 (I/O) 的数量为 1 256 个， 所述输入输出模块 (I/O) 包括 ： 开关量输入模块 (DI)、 开关 量输出模块 (DO)、 模拟量输入模块 （AI） 和脉宽调制输出模块 （PWM） 。 4. 根据权利要求 3 所述的嵌入式网络化多元输入输出系统， 其特征在于所述开关量 输入模块 （DI） 由第二单片机 (CPU2)、 多路开关转换器 (MUX) 及第一光电隔离器 (OPT1) 组 成， 第二单片机 (CPU2) 通过开关转换器 (MUX) 选择输入被测信号， 信号经第一光电隔离器 (OPT1)， 送至第二单片机 (。
8、CPU2)， 再通过 RS-232 接口与第一单片机 （CPU1） 通讯， 在第一模 数 / 转换器 (A/D1) 和第二单片机 (CPU2) 之间设有第一光电隔离器 (OPT1)。 5. 根据权利要求 3 所述的嵌入式网络化多元输入输出系统， 其特征在于所述开关量输 出模块 (DO) 由第二单片机 (CPU2) 及第二光电隔离器 (OPT2) 组成， 第二单片机 (CPU2) 输 入信号来自第一单片机 （CPU1） ， 其输出信号经第二光电隔离器 (OPT2) 送至外围控制设备。 6. 根据权利要求 3 所述的嵌入式网络化多元输入输出系统， 其特征在于所述开关量输 入模块 (DI)、 开关量。
9、输出模块 (DO) 中的每个都包括一个配置信息存储器 （EEPROM） ， 均与第 二单片机 (CPU2) 相连。 权 利 要 求 书 CN 103676866 A 2 2/3 页 3 7. 根据权利要求 2 所述的嵌入式网络化多元输入输出系统， 其特征在于所述控制程序 包括 ARM 系统控制模块、 串行通讯模块、 数据传送模块、 数据诊断报警模块、 设备组态模块、 数据采集存储模块， 具体流程如下 ： 所述 ARM 系统控制模块流程 ： 首先启动嵌入式操作系统， 接收用户输入， 第一单片机 (CPU1) 等待存储区标志设为可读， 并且可读取标志设为可读， 条件不满足时返回判断 ； 条 件满足。
10、时判断是否是实时数据， 是实时数据则把动态数据存储器 SDRAM 中实时数据输出到 数据传送模块 ； 所述串行通讯模块流程分 ARM 模块通讯流程和输入输出模块 (I/O) 中断响应流程为 两部分， 其中 ARM 模块通讯流程为 ： 在入口处执行存储在动态数据存储器 （SDRAM） 中的串 行接口驱动函数， 发送地址至输入输出模块 (I/O)， 如从机有应答， 则第一单片机 (CPU1) 发 送命令字， 否则重试 ； 发送命令字后判断从机数据上传否， 上传则发上传命令字， 否则发下 传命令字 ； 发上传命令字后接收从机数据， 接收成功时返回， 不成功时， 重新接收从机数据 ； 发下传命令是发送。
11、主机数据或命令字给从机， 发送成功时返回， 不成功时， 重新发送从机数 据 ； 所述输入输出模块 (I/O) 中断响应流程 ： 在中断入口输入输出模块 (I/O) 接收数据， 然 后判断是地址命令还是数据命令， 是地址命令再判断是否是本机地址， 是本机地址时， 输入 输出模块 (I/O) 发应答信号给第一单片机 (CPU1)， 恢复现场、 中断返回 ； 不是本机地址时， 直接恢复现场、 中断返回 ； 如是数据命令字， 再判断是否是上传命令字， 如是上传命令字， 由 输入输出模块 (I/O) 发送从机采集的数据给第一单片机 (CPU1)， 恢复现场、 中断返回 ； 如不 是上传命令字， 由输入输。
12、出模块 (I/O) 执行控制命令， 恢复现场、 中断返回 ； 所述数据传送模块流程为 ： 启动后第一单片机 (CPU1) 等待动态数据存储器 （SDRAM） 数 据存储区可读， 程序的可读标志为正在读取， 条件满足时打包数据， 调用 ARM 模块， 建立远 程连接， 将可读标志设为读取完成， 再发送打包数据， 执行延时操作， 判断是否退出该程序， 是则结束 ； 如不退出该程序， 可重新等待动态数据存储器 （SDRAM） 数据存储区可读， 程序的 可读标志为正在读取 ； 条件不满足时， 返回重新等待动态数据存储器 （SDRAM） 数据存储区 可读， 程序的可读标志为正在读取 ； 所述数据诊断报警。
13、模块流程 ： 启动后第一单片机 (CPU1) 等待报警通知， 等不到时返 回等待报警通知， 等到时， 程序的可读标志置为读， 判断动态数据存储器 （SDRAM） 报警数据 区是否可读， 条件不满足， 继续判断， 条件满足则复制报警数据到动态数据存储器 （SDRAM） 数据区， 然后把本程序的可读标志设为读取完成， 退出本程序模块， 否则返回， 等待报警通 知 ； 所述设备组态模块流程为 ： 系统启动后从非易失性数据存储器 （NVRAM） 中读参数创建 组态信息区， 进入配置状态， 然后由用户操作进行选择， 如选择的是系统参数配置， 则判断 存储信息是否是存入非易失性数据存储器 （NVRAM） 。
14、， 如存入非易失性数据存储器 (NVRAM)， 则修改组态变化标志， 修改组态信息区， 组态信息存入非易失性数据存储器 (NVRAM)， 结束 程序 ； 如不是存入非易失性数据存储器 （NVRAM） 的情况下， 则结束程序 ； 如选择的是第一 单片机 (CPU1) 中刷新设备列表， 则先通过串行通讯模块与从机通讯， 再进行设备 I/O 参 数配置， 当配置完成时， 判断是否存储信息到 （NVRAM） 中， 如是， 则修改组态变化标志， 修改 组态信息区， 组态信息存入非易失性数据存储器 （NVRAM） ， 不是存入非易失性数据存储器 （NVRAM） 的情况下， 结束程序 ； 权 利 要 求 书。
15、 CN 103676866 A 3 3/3 页 4 所述数据采集存储模块流程为 ： 开始后由第一单片机 (CPU1) 将动态数据存储器 （SDRAM） 存储区读写标志设为写， 再判断数据传输模块是否读完， 如程序模块没读完， 重新 判断其可读取标志 ； 如读完， 则将过滤数据存储到动态数据存储器 （SDRAM） 中， 动态数据存 储器 （SDRAM） 的数据按照时间戳由高到低进行排列， 将动态数据存储器 (SDRAM) 存储区读 写标志设为可读， 允许数据传输模块程序从存储区读数据， 再设置 ARM 模块、 数据传输模块 程序可读取标志为可读， 使数据传输模块程序可以读动态数据存储器 （SDR。
16、AM） 数据， 最后结 束。 权 利 要 求 书 CN 103676866 A 4 1/9 页 5 嵌入式网络化多元输入输出系统 技术领域 0001 本发明属于物联网技术领域， 具体涉及一种嵌入式网络化多元输入输出系统。 背景技术 0002 随着 Internet 应用及物联网应用的日益普及， 信息共享的程度不断提高。传统的 Internet 应用以 PC 为中心， 当今的 Internet 应用将转向以嵌入式设备为中心。对于以单 片机应用系统为中心的小型嵌入式设备， 怎样利用方便的 Internet 资源将嵌入式设备的 信息共享到Internet上， 成为当今电子产品开发的重点。 IA(In。
17、ternet Appliance)概念的 流行表明 Internet 应用已经进入嵌入式 Internet 时代。据预测， 将来在 Internet 上传输 的信息中， 将有70%的信息来自于小型嵌入式系统。 其中， 利用单片机实现嵌入式Internet 方案的技术难点在于 ： 1、 如何利用单片机自身有限的资源对信息进行 TCP/IP 协议处理， 使 之变成可以在 Internet 上传输的 IP 数据包。2、 在单片机中运行实时内核。 0003 从解决这一技术问题出发， 目前有如下几种方案 ： 0004 （1） Gateway+ 专用网 ： 采用专用网络 （如 RS-232， RS-485。
18、， CAN Bus 等） 把一小批单 片机连接在一起， 然后再将该专用网络连接到一个PC上， 该PC作为网关将专用网络上的信 息转换为 TCP/IP 协议数据包， 然后发到网上实现信息共享。该方案可以连接多种单片机。 缺点 ： a. 需要依赖 PC 机作网关进行协议转换， 在多个单片机系统分散的情况下， 专用网络 布线极为不便 ； b. 需要在 PC 机上安装专门的协议转换软件， 该软件通常由专门的第三方软 件商提供， 费用较高。 0005 （2） 32 位 MCU+RTOS: 采用 32 位的高档单片机， 在 RTOS（实时多任务操作系统） 的 平台上进行软件开发， 在嵌入式系统中实现 TC。
19、P/IP 的协议处理。由于采用高档单片机， 该 方案可以完成很多复杂的功能。 但这种方案存在如下缺点 ： 需要购买或选用免费的RTOS开 发软件， 对开发人员的开发能力要求较高。 0006 （3） ARM MCU+ 嵌入式软件包 ： 采用 Pollux 公司提供的 32 位单片机即可实现 Internet 接入功能。由于该单片机是迄今世界上最快的单片机 （每秒 1 亿条指令） 之一， 可 以实现实时多任务操作 （时间片轮询） 。在 MCU 执行数据采集和控制功能的同时可把数据打 包， 发送到Internet上。 该方案具有如下优点 ： a.不依赖PC机， 实现32位单片机系统直接 接入 Int。
20、ernet， 整个系统完全自给自足 ； b. 使用外围器件少， 系统成本低 ； c. 由于 Pollux 公司免费提供用于 Internet 处理的软件模块， 使开发周期大大缩短， 开发成本大大降低 ； d. 是占先式的实时操作系统。缺点 ： 外围资源少。本发明因此而来。 发明内容 0007 本发明目的在于提供一种嵌入式网络化多元输入输出系统， 解决了现有技术中利 用单片机实现嵌入式Internet方案的技术难题。 本系统不依赖PC机、 费用低、 易推广、 使用 灵活、 易于维护、 外围资源丰富， 并采用占先式实时操作系统的网络化远程输入输出系统， 其通过32位单片机实现Internet网络通。
21、讯的手段， 与异地网络上的计算机实现远程联接 ； 说 明 书 CN 103676866 A 5 2/9 页 6 通过 RS-232、 RS485 接口与现场 I/O 模块连接， 来完成设备的监测、 监控、 诊断和维护， 并借 助计算机网络技术， 最终实现设备的维修和故障排除。 0008 为了解决现有技术中的这些问题， 本发明提供的技术方案是 ： 0009 一种嵌入式网络化多元输入输出系统， 其特征在于所述系统包括嵌入式控制装 置、 与嵌入式控制装置通过网络连接通讯的 IP 摄像头、 用于进行现场信号的采集、 转换的 现场设备 ； 所述 IP 摄像头用于进行视频录制采集， 并将图像视频信息传输给。
22、嵌入式控制 装置 ； 所述嵌入式控制装置设置有运行嵌入式操作系统， 接收 IP 摄像头和现场设备的数 据， 负责网络传输、 网络监控、 数据存储及逻辑处理， 所述嵌入式控制装置设置有网络模块、 RFID 模块和输入输出模块 (I/O)， 所述 RFID 模块用于连接 RFID 读写器进行现场射频数据 采集， 并将采集数据传输给嵌入式控制装置 ； 所述输入输出模块 (I/O)， 通过串口总线与嵌 入式控制装置连接， 用于对现场设备实施控制， 使现场设备完成现场信号的采集、 转换 ； 所 述网络模块采用通过以太网、 WiFi 接入以太网方式和或通过、 串行接口的接入方式与 IP 摄像头通讯控制传输。
23、图像视频信息。 0010 优选的技术方案是 ： 所述嵌入式控制装置包括 ： 0011 第一单片机 (CPU1) ； 所述第一单片机分别与动态数据存储器 （SDRAM） 、 非易失性 数据存储器 （NVRAM） 、 程序存储器 (FLASH)、 时钟 (CLOCK) 连接， 并通过串行总线连接各输入 输出模块 (I/O)， 通过 TTL232 接口或物理层 (PHY) 连入网络 ； 0012 动态数据存储器 （SDRAM） ， 用于存储嵌入式控制装置中第一单片机 (CPU1) 运行的 控制程序 ； 0013 非易失性数据存储器 （NVRAM） ， 用于存储为嵌入式控制装置设定的信息参数、 输入 。
24、输出模块 (I/O) 采集的现场数据 ； 并由第一单片机 (CPU1) 读取 ； 0014 程序存储器 (FLASH)， 用于存储嵌入式操作系统内核程序、 TCP(UDP)/IP 网络协 议、 串行接口通讯协议， 并通过第一单片机 (CPU1) 控制各个模块以及输入输出模块 (I/O) 通信 ； 0015 时钟 (CLOCK)， 为嵌入式控制装置提供时间信息 ； 0016 物理层 (PHY)， 与第一单片机 (CPU1) 连接， 用来完成通讯协议中的第一层部分 ； 0017 串行总线， 连接第一单片机和各输入输出模块 (I/O)， 进行数据通讯操作。 0018 优选的技术方案是 ： 所述嵌入式。
25、控制装置采用 ARM 架构的嵌入式操作系统， 由嵌 入式控制装置动态控制、 管理的输入输出模块 (I/O) 的数量为 1 256 个， 所述输入输出模 块 (I/O) 包括 ： 开关量输入模块 (DI)、 开关量输出模块 (DO)、 模拟量输入模块 （AI） 和脉宽 调制输出模块 （PWM） 。 0019 优选的技术方案是 ： 所述开关量输入模块 （DI） 由第二单片机 (CPU2)、 多路开关转 换器 (MUX) 及第一光电隔离器 (OPT1) 组成， 第二单片机 (CPU2) 通过开关转换器 (MUX) 选 择输入被测信号， 信号经第一光电隔离器 (OPT1)， 送至第二单片机 (CPU2。
26、)， 再通过 RS-232 接口与第一单片机 （CPU1） 通讯， 在第一模数 / 转换器 (A/D1) 和第二单片机 (CPU2) 之间设 有第一光电隔离器 (OPT1)。 0020 优选的技术方案是 ： 所述开关量输出模块 (DO) 由第二单片机 (CPU2) 及第二光电 隔离器(OPT2)组成， 第二单片机(CPU2)输入信号来自第一单片机 （CPU1） ， 其输出信号经第 二光电隔离器 (OPT2) 送至外围控制设备。 说 明 书 CN 103676866 A 6 3/9 页 7 0021 优选的技术方案是 ： 所述开关量输入模块 (DI)、 开关量输出模块 (DO) 中的每个都 包括。
27、一个配置信息存储器 （EEPROM） ， 均与第二单片机 (CPU2) 相连。 0022 优选的技术方案是 ： 所述控制程序包括 ARM 系统控制模块、 串行通讯模块、 数据传 送模块、 数据诊断报警模块、 设备组态模块、 数据采集存储模块， 具体流程如下 ： 0023 所述 ARM 系统控制模块流程 ： 首先启动嵌入式操作系统， 接收用户输入， 第一单片 机 (CPU1) 等待存储区标志设为可读， 并且可读取标志设为可读， 条件不满足时返回判断 ； 条件满足时判断是否是实时数据， 是实时数据则把动态数据存储器 SDRAM 中实时数据输出 到数据传送模块 ； 0024 所述串行通讯模块流程分A。
28、RM模块通讯流程和输入输出模块(I/O)中断响应流程 为两部分， 其中 ARM 模块通讯流程为 ： 在入口处执行存储在动态数据存储器 （SDRAM） 中的串 行接口驱动函数， 发送地址至输入输出模块 (I/O)， 如从机有应答， 则第一单片机 (CPU1) 发 送命令字， 否则重试 ； 发送命令字后判断从机数据上传否， 上传则发上传命令字， 否则发下 传命令字 ； 发上传命令字后接收从机数据， 接收成功时返回， 不成功时， 重新接收从机数据 ； 发下传命令是发送主机数据或命令字给从机， 发送成功时返回， 不成功时， 重新发送从机数 据 ； 所述输入输出模块 (I/O) 中断响应流程 ： 在中断。
29、入口输入输出模块 (I/O) 接收数据， 然 后判断是地址命令还是数据命令， 是地址命令再判断是否是本机地址， 是本机地址时， 输入 输出模块 (I/O) 发应答信号给第一单片机 (CPU1)， 恢复现场、 中断返回 ； 不是本机地址时， 直接恢复现场、 中断返回 ； 如是数据命令字， 再判断是否是上传命令字， 如是上传命令字， 由 输入输出模块 (I/O) 发送从机采集的数据给第一单片机 (CPU1)， 恢复现场、 中断返回 ； 如不 是上传命令字， 由输入输出模块 (I/O) 执行控制命令， 恢复现场、 中断返回 ； 0025 所述数据传送模块流程为 ： 启动后第一单片机 (CPU1) 等。
30、待动态数据存储器 （SDRAM） 数据存储区可读， 程序的可读标志为正在读取， 条件满足时打包数据， 调用 ARM 模 块， 建立远程连接， 将可读标志设为读取完成， 再发送打包数据， 执行延时操作， 判断是否退 出该程序， 是则结束 ； 如不退出该程序， 可重新等待动态数据存储器 （SDRAM） 数据存储区可 读， 程序的可读标志为正在读取 ； 条件不满足时， 返回重新等待动态数据存储器 （SDRAM） 数 据存储区可读， 程序的可读标志为正在读取 ； 0026 所述数据诊断报警模块流程 ： 启动后第一单片机 (CPU1) 等待报警通知， 等不到 时返回等待报警通知， 等到时， 程序的可读标。
31、志置为读， 判断动态数据存储器 （SDRAM） 报 警数据区是否可读， 条件不满足， 继续判断， 条件满足则复制报警数据到动态数据存储器 （SDRAM） 数据区， 然后把本程序的可读标志设为读取完成， 退出本程序模块， 否则返回， 等待 报警通知 ； 0027 所述设备组态模块流程为 ： 系统启动后从非易失性数据存储器 （NVRAM） 中读参 数创建组态信息区， 进入配置状态， 然后由用户操作进行选择， 如选择的是系统参数配 置， 则判断存储信息是否是存入非易失性数据存储器 （NVRAM） ， 如存入非易失性数据存储 器 (NVRAM)， 则修改组态变化标志， 修改组态信息区， 组态信息存入非。
32、易失性数据存储器 (NVRAM)， 结束程序 ； 如不是存入非易失性数据存储器 （NVRAM） 的情况下， 则结束程序 ； 如选 择的是 ARM 模块第一单片机 (CPU1) 中刷新设备列表， 则先通过串行通讯模块与从机通讯， 再进行设备 I/O 参数配置， 当配置完成时， 判断是否存储信息到 （NVRAM） 中， 如是， 则修改组 态变化标志， 修改组态信息区， 组态信息存入非易失性数据存储器 （NVRAM） ， 不是存入非易 说 明 书 CN 103676866 A 7 4/9 页 8 失性数据存储器 （NVRAM） 的情况下， 结束程序 ； 0028 所述数据采集存储模块流程为 ： 开始。
33、后由第一单片机 (CPU1) 将动态数据存储 器 （SDRAM） 存储区读写标志设为写， 再判断 ARM 模块、 数据传输模块是否读完， 如程序模 块没读完， 重新判断其可读取标志 ； 如读完， 则将过滤数据存储到动态数据存储器 （SDRAM） 中， 动态数据存储器 （SDRAM）的数据按照时间戳由高到低进行排列， 将动态数据存储器 (SDRAM) 存储区读写标志设为可读， 允许 ARM 模块、 数据传输模块程序从存储区读数据， 再 设置 ARM 模块、 数据传输模块程序可读取标志为可读， 使 ARM 模块、 数据传输模块程序可以 读动态数据存储器 （SDRAM） 数据， 最后结束。 0029。
34、 本发明技术方案提供了一种智能化、 嵌入式、 网络化远程控制及 RFID 采集系统， 它是一个具有以太网、 WiFi、 RS232、 RS485、 USB、 VGA 接口以及触摸屏接口的分布式开关量 及模拟量采集和开关量输出及PWM输出控制系统， 主要应用于建筑智能化领域， 由ARM系统 模块、 I/O 模块及控制程序模块组成， ARM 系统模块负责网络传输、 网络监控、 数据存储及逻 辑处理， 及可通过以太网接口、 WiFi、 RS232 或 RS485 接口对现场数据进行采集、 处理， 控制 I/O 模块及 RFID 模块 ； I/O 模块完成现场信号的采集和对现场的设备进行控制 ； 控制。
35、程序 模块存储于 ARM 系统模块中的程序存储器里。用户可以根据需求构成一个从几点到几百点 的可大可小的远程监测监控系统。该系统是一个分布式 I/O 系统， 依靠客户端软件便可 以实现监测、 控制功能， 其实时性能、 网络性能、 可靠性能是其他系统难以比拟的。 0030 本发明的嵌入式控制装置运行嵌入式操作系统， 通过串行总线管理 I/O 模块， 可 通过 Intranet 和 Internet 网络完成分布式 I/O 控制和 RFID 数据采集， 还通过网络传输部 分与以太网之间收发数据， 实现数据的网络传输及通过 Internet 网络对现场设备进行远 程监控、 数据采集 ； 控制程序存储。
36、于 ARM 模块中的程序存储器中 ； I/O 模块通过串行总线与 ARM 系统模块通讯， 各输入输出功能模块完成现场信号的采集、 转换， 并对现场控制对象实 施控制。 0031 所述网络传输采用通过以太网、 WiFi 接入以太网方式和或通过、 串行接口的接 入方式。 0032 所述嵌入式控制装置包括 ： 0033 第一单片机 (CPU1) ； 0034 动态数据存储器 （SDRAM） ， 存储 ARM 系统模块中第一单片机 (CPU1) 运行的控制程 序 ； 0035 非易失性数据存储器 （NVRAM） ， 主要存放为嵌入式控制装置设定的信息参数， 还存 储所述 I/O 模块采集的现场数据 ；。
37、 由第一单片机 (CPU1) 读取 ； 0036 程序存储器 (FLASH)， 用来存放操作系统内核程序、 TCP(UDP)/IP 网络协议、 各功 能控制程序模块和串行接口通讯协议， 并通过第一单片机 (CPU1) 运行控制程序模块中通 信模块程序， 经串行通讯接口与 I/O 模块相连 ； 0037 时钟 (CLOCK)， 为嵌入式控制装置提供时间信息 ； 0038 物理层 (PHY)， 与第一单片机 (CPU1) 连接， 用来完成多个通讯协议中的第一层部 分 ； 0039 串行总线， 连接第一单片机 (CPU1) 和各 I/O 模块， 进行数据通讯操作。 0040 所述由嵌入式控制装置可动。
38、态地控制、 管理的所述 I/O 模块可为 1 256 个， 同 说 明 书 CN 103676866 A 8 5/9 页 9 时可连接 RFID 读写器进行射频数据采集以及连接 IP 摄像头实现视频录制及传输， 主要包 括 ： 开关量输入模块 (DI)、 开关量输出模块 (DO)、 模拟量输入模块 （AI） 和脉宽调制输出模 块 （PWM） 、 RFID 数据处理及传输模块 （RFID） 、 监控视频数据存储及传输模块 （IPCamera） 。 0041 开关量输入模块 （DI） 由第二单片机 (CPU2)、 多路开关转换器 (MUX) 及第一光电隔 离器 (OPT1) 组成， 第二单片机 (。
39、CPU2) 通过开关转换器 (MUX) 选择输入被测信号， 信号经第 一光电隔离器(OPT1)， 送至第二单片机(CPU2)， 再通过串行接口与ARM系统模块通讯， 在第 一模数转换器 (A/D1) 和第二单片机 (CPU2) 之间设有第一光电隔离器 (OPT1)。另外， 本 发明技术方案中 RFID 模块可由嵌入式控制装置中的 RFID 中间件软件组件和 RS485 接口来 实现， 控制 IP 摄像头的监控视频数据存储及传输模块可由嵌入式控制装置中的视频监控 通讯软件组件来实现， 和 WiFi 接口或者因特网接口配合实现 IP 摄像头的数据采集控制。 0042 本发明涉及自动控制领域， 具体。
40、地说是一种嵌入式网络化多元输入输出系统。该 系统通过 32 位单片机实现 Intranet 和 Internet 网络通讯， 与异地网络上的计算机实现远 程联接 ； 通过串行接口及 WiFi 接口与现场 I/O 模块连接， 来完成设备的监测、 监控、 诊断和 维护， 并借助计算机网络技术， 最终实现现场数据采集、 设备控制、 故障维修和排除。 0043 为了克服PC机的高费用、 8位或16位机外围资源少、 运行实时内核上的困难， 本发 明的目的是提供一种不依赖 PC 机、 费用低、 易推广、 使用灵活、 易于维护、 外围资源丰富， 采 用占先式实时操作系统的网络化远程输入输出系统。 0044 。
41、相对于现有技术中的方案， 本发明的优点是 ： 0045 1.应用广泛。 可以应用于建筑智能化、 机械制造、 能源、 消防、 银行监控等行业的自 动化控制领域。 0046 2. 具有分散控制特点。本发明废弃了 DCS 的输入输出单元和控制站， 把 DCS 控 制站的控制功能和 DCS 的输入输出功能分散到串行总线或 TCPIP 网络上的现场设备， 实 现了彻底的分散控制， 体现了系统结构的高度分散性。 0047 3.具有自动化综合能力。 本发明突破了DCS系统中由专用网络的封闭系统采用一 对一的设备连绒， 按控制回路分别进行连接来实现所造成的弊端， 把基于封闭、 专用的解决 方案变成了基于公开化。
42、、 标准化的解决方案。采用了本系统， 能够把原 DCS 系统中处于控制 室的控制模块、 输入输出模块置于现场设备， 便于将规范的自动化设备通过串行总线连成 系统， 实现综合自动化的各种功能。 0048 4.本发明具有使用的灵活性。 模块间采用串行接口， 用户很容易根据自己的需要， 搭建自己的控制系统 ； 同时， I/O 模块采用标准的输入输出信号， 也很容易与现场的传感器 进行连接， 对现场的设备监控。 0049 5.具有现场设备的智能化与功能自治性。 本发明将传感测量、 补偿计算、 工程量处 理与控制等功能分散到现场设备中完成， 仅靠现场设备就可以完成自动控制的基本功能， 并可以随时诊断设备。
43、的运行状态。 0050 6. 具有良好的可移动性。由于采用网络技术， 用户可以在任何地点通过以太网网 络， 浏览该设备的状态， 并发出控制命令。 0051 7. 本发明采用占先式实时操作系统， 不依赖 PC 机。另外， 外围资源丰富， 如 ： 程序 存储器 128M， 可扩展至 256M， 数据存储器 128M， 可扩展到 2048M， 26 个开关量输入端口， 24 个开关量输出端口， 3个USB2.0Host接口， 1个USB2.0Slave接口， 1个RG45接口， 1个Wi-Fi 说 明 书 CN 103676866 A 9 6/9 页 10 接口， 2 个 TTL232 接口， 1 。
44、个 RS485 接口， PCF8563 时钟一片。由于本发明有以上特点， 使其 从安装到正常运行及其检修、 维护， 都体现出它的优越性。比如 ： 0052 （1） 节省硬件数量与投资。由于本发明分散在现扬的智能设备 （I/O 模块） 能直接 执行多种传感控制报警和计算功能， 因而可减少变送器的数量， 不再需要单独的调节器、 计 算单元等， 也不再需要 DCS 系统的信号调理、 转换、 隔离等功能单元及其复杂连接， 还可以 用工控 PC 机作为操作站， 从而节省了一大笔硬件投资， 并可减少控制室的占地面积。 0053 （2） 节省安装费用。由于采用 RS485 串行总线和以太网， 使设备与该系统。
45、的连接变 得大为简化， 减少了设计、 安装的工作量， 节省了投资。 0054 （3） 节省维护开销。 由于本发明具有自诊断与简单故障处理的能力， 并通过网络将 相关的诊断维护信息送往远程控制端， 用户可以查询所有设备的运行， 诊断维护信息， 以便 早期分析故障原因并快速排除， 缩短了维护停工时间 ； 同时由于系统结构简化， 减少连线和 维护工作量。 0055 （4） 提高了系统的准确性与可靠性。由于本发明具有智能化、 数字化功能， 它从根 本上提高了测量与控制的精确度， 减少了传送误差 ； 同时由于系统的结构简化 （串行总线） 和无线网络技术的使用， 设备间连线减少， 现场仪表内部功能加强， 。
46、减少了信号的往返传 输， 提高了系统的工作可靠性。 0056 （5） 易于管理、 监控。由于本发明采用以太网， 现场数据可以无障碍的直接传送到 管理层， 便于企业管理入员检索数据， 监控设备运行状况。 附图说明 0057 下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述 ： 0058 图 1 为嵌入式网络化多元输入输出系统的系统架构图 ； 0059 图 2 为嵌入式控制装置的结构示意图 ； 0060 图 3 为嵌入式控制装置的控制程序结构框图 ； 0061 图 4 为嵌入式控制装置通信模块的程序流程图 ； 0062 图 5 为嵌入式控制装置 RS-232 模块中 ARM 模块通讯的程序流程图。 具体实。
47、施方式 0063 以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解， 这些实施例是用于说明 本发明而不限于限制本发明的范围。 实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做 进一步调整， 未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。 0064 实施例 0065 如图 1 所示， 该嵌入式网络化多元输入输出系统， 由嵌入式控制装置、 与嵌入式控 制装置通过网络连接通讯的 IP 摄像头、 用于进行现场信号的采集、 转换的现场设备组成 ； 所述 IP 摄像头用于进行视频录制采集， 并将图像视频信息传输给嵌入式控制装置 ； 所述嵌 入式控制装置设置有运行嵌入式操作系统， 接收 IP 摄像头和现场设备的数据。
48、， 负责网络传 输、 网络监控、 数据存储及逻辑处理， 所述嵌入式控制装置设置有网络模块、 RFID 模块和输 入输出模块 (I/O)， 所述 RFID 模块用于连接 RFID 读写器进行现场射频数据采集， 并将采集 数据传输给嵌入式控制装置 ； 所述输入输出模块 (I/O)， 通过串口总线与嵌入式控制装置 说 明 书 CN 103676866 A 10 7/9 页 11 连接， 用于对现场设备实施控制， 使现场设备完成现场信号的采集、 转换 ； 所述网络模块采 用通过以太网、 WiFi 接入以太网方式和或通过、 串行接口的接入方式与 IP 摄像头通讯控 制传输图像视频信息。 0066 其中嵌。
49、入式控制装置运行 Internet 网络协议栈， 通过串行总线管理 I/O 模块， 完 成分布式 I/O 控制， 还通过网络传输部分与以太网之间收发数据， 实现数据的网络传输及 通过 Internet 网络对现场设备进行远程监控， 数据采集 ； 控制程序存储于嵌入式控制装置 中的程序存储器里 ； I/O 模块通过串行总线与嵌入式控制装置通讯， 各输入输出功能模块 完成现场信号的采集、 转换， 并对现场控制对象实施控制。 0067 如图 2 所示， 嵌入式控制装置的结构包括 ： 0068 第一单片机 ； 0069 动态数据存储器， 存储嵌入式控制装置中第一单片机运行的控制程序， 还存储所 述 I/O 模块采集的现场数据、 现场的状态信息和时间信息 ； 0070 非易失性数据存储器， 主要存放为嵌入式控制装置设定的通讯波特率、 IP 地址、 子 往掩码、 网关、 I/O 模块组态信息参数 ； 系统上电时由第一单片机读取 ； 0071 程序存储器 (FLASH)， 用来存放。