一种通用的数据采集装置及其操作方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种通用的数据采集装置及其操作方法。由中央处理器单元控制装置的工作状态，通过串行接口单元与显示／键盘单元相连接，通过系统外围电路单元中的系统控制信号单元与微型打印设备和通讯发射设备分别相连接；装置的各系统功能模块均通过系统内部总线与中央处理器单元相连接；整个系统采用系统集成模块化设计、面向任务对象的接口设计、操作智能化设计和系统低功耗设计。适用于复杂环境长期无人值守情况下的数据采集工作。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种数据采集装置，更准确地说，是涉及一种用于生产过程监控、环境监测的通用的数据采集装置及其操作方法。在目前的数据采集
中，数据采集装置是对某些特定的物理参数进行采集或是对某些特定设备的运行状态进行监测的专用装置。从中不难发现存在的问题，如申请号为91106146.0的专利申请a、功能单一，即通用性差，从而提高了设备系统的设计成本。b、集成度低，即采用分立元件或中小规模集成电路实现，导致设备系统功耗和设备的体积增大，从而不利于设备的调试、安装和系统维护，也降低了系统的可靠性。c、智能化水平低，无法适用于复杂环境下的数据采集，尤其不适应特殊环境长期无人值守情况下的数据采集工作。d、可靠性差，常年运行时，容易受环境干扰发生设备系统故障或崩溃。本专利技术的目的是克服上述现有技术中存在的问题，设计一种具有智能化、高集成度、可扩展、结构新颖、数据采集准确、操作和维护简便并且具有远程通讯业务能力的；特别适合于长期无人值守环境下的可靠的通用的数据采集装置及其操作方法。本专利技术的技术方案为采用硬件系统和软件系统相结合的设计方案。硬件系统由中央处理器单元1、系统外围电路单元2、系统时钟单元3、看门狗电路4、串行接口单元5、模拟量输入接口6、系统时间单元7、数字量输入接口单元8、供电接口单元9等构成，其特征在于由中央处理器单元1控制装置的工作状态，其分别通过供电接口单元9与供电单元13相连接，通过串行接口单元5与显示/键盘单元10相连接，通过系统外围电路单元2中的系统控制信号单元与微型打印设备11和通讯发射设备12分别相连接，实现系统数据、工作参数、监测数据和通讯报文的打印功能；及按照通讯协议将监测数据形成通讯报文，通过通讯发射设备12实现数据远程通讯，或通过有线发射输出接口(如与电话网连接)实现数据传输；看门狗电路4、系统时钟单元3和模拟量输入接口6直接与中央处理器单元1相连接；系统时间单元7、系统外围电路单元2和数字量输入接口单元8均通过系统内部总线与中央处理器单元1相连接，系统外围电路单元2由数据存储器、程序存储器、系统控制信号单元和中、小规模集成电路单元构成。中央处理器单元1包含一个模/数转换电路单元，实现装置运行管理和模/数转换功能；程序存储器、数据存储器及系统控制信号单元均集成于计算机外围系统设计芯片中，并利用该类型芯片的内部宏单元和通用接口实现计算机外围系统的辅助逻辑功能，如接口电路片选信号、地锁存信号、打印输出接口、无线发射输出接口和有线发射输出接口等；系统时钟单元3采用温补晶振，其长期稳定度为1.5×10-5/年；看门狗电路4，在装置运行遇到强干扰而导致软件走飞时使装置系统复位；系统时间单元7为实时时钟芯片，并利用其提供的存储单元存储系统时间和工作参数，在装置受干扰瞬间，实施自动守时并待装置系统复位后可恢复系统时间和工作参数；串行接口单元5与显示/键盘单元10是根据显示窗口的提示并通过键盘设置装置系统工作参数而实现全双工串行通讯；显示/键盘单元10采用即插即用工作方式；供电单元13采用太阳能电池阵供电，或采用直流电源供电；数字量输入接口单元8的设计是实现面向任务对象的数字量输入接口。软件系统由系统监控模块、系统初始化和自检模块、系统参数设置模块、数据采集模块、数据发射模块和系统执守模块、数据打印模块、显示/键控模块等组成，其工作原理为装置上电复位后，看门狗电路4使装置系统可靠复位，系统时钟单元3提供装置系统运行时钟，中央处理器单元1在系统监控模块14软件的控制下，首先调用系统初始化和自检模块15，依此对串行接口单元5、显示/键盘单元10、供电接口单元13、系统时间单元7、系统外围电路单元2、模拟量输入接口6和数字量输入接口单元8的初始化和自检工作；并且对系统外围电路单元2中的数据存储器和程序存储器实施状态自检；系统监控模块14调用显示/键控模块21将系统初始化和自检结果显示于液晶屏幕；系统监控模块14在数据存储器中开辟数据区，按照事件和时间的顺序设置中断事件表，用于中央处理器单元1实时事件的处理。用户可以通过显示/键盘单元10上的显示窗口的提示设置装置系统工作参数，包括系统时间、数据采集方式、数据采集时间及时间间隔、数据发射时间及时间间隔。参数设置结束后，装置系统定时进行数据采集和发射。在采集和发射数据的间隙，装置系统将进入执守状态，即装置系统处于低功耗的睡眠状态。系统监控模块14调用显示/键控模块21时还包括查询显示/键控模块21的通讯状态，接收并根据用户键入的命令调用相应的执行模块a、系统参数设置命令用户通过显示/键控模块21输入装置系统参数，系统监控模块14根据装置系统参数调用系统参数设置模块16，设置装置系统当前工作模式，并组织装置系统中断事件表，用于系统定时工作；b、数据采集命令根据系统中断事件表，系统监控模块14定时调用数据采集模块17，通过模拟量输入接口或数字量输入接口单元采集数据，并按照协议组织成数据源包，存储于系统外围电路单元2中的数据存储器中；c、数据发射命令根据系统中断事件表，系统监控模块14定时调用数据发射模块18，将系统外围电路单元2的数据存储器中的数据发送缓冲区的内容，通过系统外围电路单元2驱动通讯发射设备12输出；d、系统执守命令用户通过显示/键控模块21确认系统执行执守命令，由系统监控模块14调用系统执守模块19，进入装置系统低功耗的睡眠状态；e、数据打印命令用户通过显示/键控模块21选择所需打印的数据类型，由系统监控模块14调用数据打印模块20，将系统外围电路单元2的数据存储器中相应数据缓冲区的内容，通过系统外围电路单元2驱动微型打印设备11输出。当系统监控模块14连续15秒内查询显示/键控模块21没有通讯请求，将自动调用系统执守模块19进入装置系统低功耗的睡眠状态，直到被系统中断事件或显示/键控模块21的通讯请求唤醒，装置系统仍处于系统监控模块14的控制下。为了最大限度地体现本专利技术的优越性，本专利技术采用了如下的技术方案1、超大规模集成电路设计(1)中央处理器单元采用十六位总线微处理器作为中央处理器单元，克服八位总线微处理器存在的寄存器和接口资源匮乏、累加器的瓶颈效应、中断恢复现场的软件支出等缺陷，提高了运行处理速度。同时，此类型的微处理器集成了如监视定时器、模/数转换器和高速接口等模块，使之更适应于嵌入式系统。(2)系统外围电路单元采用计算机外围系统设计(Periphery SystemDesign)，集程序存储器、数据存储器、系统监控信号和高速接口于一体，且其集成于内部的逻辑宏单元可直接编程以代替中小规模集成电路。(3)数字量输入接口单元采用现场可编程逻辑阵列(FPGA)的设计方案，实现面向任务对象的数字量输入接口设计。(4)显示/键盘单元采用显示器和键盘一体化、小型化设计，通过串行接口单元5与中央处理器单元1通讯。2、低功耗设计(1)装置系统睡眠工作在超大规模集成设计中采用的集成电路，均可工作在睡眠或待机模式。(2)显示/键盘单元节电方式显示/键盘单元10采用即插即用的工作方式。3、可靠性设计(1)看门狗电路用于监控装置系统电压、可靠的装置系统上电复位，同时在外来干扰时能及时恢复装置系统工作。(2)接口保护电路对模拟量输入接口通道和数本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通用的数据采集装置，由中央处理器单元（１）、系统外围电路单元（２）、系统时钟单元（３）、看门狗电路（４）、串行接口单元（５）、模拟量输入接口（６）、系统时间单元（７）、数字量输入接口单元（８）、供电接口单元（９）等构成，其特征在于： 由中央处理器单元（１）控制装置的工作状态，其分别通过供电接口单元（９）与供电单元（１３）相连接，通过串行接口单元（５）与显示／键盘单元（１０）相连接，通过系统外围电路单元（２）中的系统控制信号单元与微型打印设备（１１）和通讯发射设备（１２）分别相连接；看门狗电路（４）、系统时钟单元（３）和模拟量输入接口（６）直接与中央处理器单元（１）相连接；系统时间单元（７）、系统外围电路单元（２）和数字量输入接口单元（８）均通过系统内部总线与中央处理器单元（１）相连接，系统外围电路单元（２）由数据存储器、程序存储器、系统控制信号单元组成。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈小敏，白云飞，安军社，赵阳，汪大星，吕良庆，
申请(专利权)人：中国科学院空间科学与应用研究中心，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]