Система сбора цифровых данных
Владельцы патента RU 2620729:
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук (RU)
Изобретение относится к области электронных систем сбора информации. Технический результат - построение системы сбора данных без ограничения числа датчиков с одинаковыми индивидуальными адресами. Система адресного сбора данных, содержащая управляющий микроконтроллер с контроллером шины, датчики, в память которых записаны их индивидуальные адреса, шину из электрических линий данных и синхронизации, соединяющих выводы микроконтроллера с одноименными выводами датчиков, при этом в разрыв линии синхронизации дополнительно введен коммутатор, все сигнальные входы которого соединены с выводом синхронизации микроконтроллера, каждый сигнальный выход коммутатора соединен с соответствующим ему входом синхронизации одного из датчиков, адресный вход коммутатора соединен с выводом порта микроконтроллера. 1 ил.
Изобретение относится к электронным распределенным системам сбора цифровых данных.
Известны распределенные системы сбора данных, состоящие из:
- периферийных источников цифровых данных (например, датчиков с цифровым выходом);
- набора сигнальных линий для подачи сигналов управления;
- набора линий данных для передачи данных;
- ЭВМ, управляющей процессами сбора данных.
Запуск процесса сбора данных, определение очередности опроса датчиков и другие управляющие функции осуществляются в таких системах путем двусторонней передачи сигналов по совокупности указанных выше линий (шине) в соответствии с протоколом обмена, то есть с конкретными правилами взаимодействия (интерфейса) микроконтроллера с теми или иными периферийными устройствами. Такие системы принято называть интерфейсными или просто интерфейсами.
В известных системах сбора данных на основе распространенного двухпроводного последовательного интерфейса (так называемой шины I2C) используются две сигнальные линии: линия данных SDA и линия синхронизации SCL, а в процессе сбора данных участвуют два устройства - ведущее и ведомое (см. Гук М. Аппаратные интерфейсы ПК. Энциклопедия. СПб. - 2002. - С. 422). Сигналы синхронизации задает на линию SCL ведущее устройство - в нашем случае ЭВМ с контроллером для управления шиной (микроконтроллер), после чего процесс сбора данных начинается путем задания адреса опрашиваемого устройства.
Чтобы стал возможным сбор данных от нескольких ведомых периферийных устройств (датчиков с выводами для подключения к линии данных и входами синхронизации - см. http://www.robot-electronics.co.uk/i2c-tutorial), каждый датчик должен иметь записанный в его память при изготовлении индивидуальный адрес. В известных системах после подачи на общую для всех датчиков линию синхронизации сигнала синхронизации микроконтроллер задает на общую для всех линию данных индивидуальный адрес конкретного датчика, после чего получает только от него данные по той же линии.
Таким образом, все датчики, подключенные к шине, должны иметь не совпадающие адреса, что является техническим недостатком, ограничивающим возможности конфигурирования системы, содержащей несколько датчиков, поскольку, например, все датчики одного изготовителя имеют, как правило, одинаковые адреса.
Известна система сбора данных из специализированных датчиков с изменяемыми адресами (см. Логан С. Управление несколькими периферийными устройствами по линиям шин SPI, I2C. Компоненты и технологии, 2008, №7, с. 32-39, рис. 3 - прототип).
В системе-прототипе датчики, подключаемые в качестве периферии к шине I2C, снабжены тремя дополнительными адресными контактами. Подав на каждый из этих контактов единичный или нулевой логический сигнал, пользователь может самостоятельно записать в память датчика индивидуальный адрес, выбрав его из восьми заранее заданных адресов.
Однако такого количества различающихся индивидуальных адресов недостаточно, так как число датчиков в современных системах сбора данных может исчисляться сотнями, и среди них обязательно найдутся датчики с одинаковыми адресами, что нарушит работу системы. Это является серьезным техническим недостатком известной системы.
Технический результат изобретения заключается в возможности построения системы сбора данных без ограничения числа датчиков с одинаковыми индивидуальными адресами.
Технический результат достигается тем, что система адресного сбора данных содержит управляющий микроконтроллер с контроллером шины, датчики, в память которых записаны их индивидуальные адреса, шину из электрических линий данных и синхронизации, соединяющих выводы микроконтроллера с одноименными выводами датчиков. В разрыв линии синхронизации дополнительно введен коммутатор, все сигнальные входы которого соединены с выводом синхронизации микроконтроллера, каждый сигнальный выход коммутатора соединен с соответствующим ему входом синхронизации одного из датчиков, адресный вход коммутатора соединен с выводом порта микроконтроллера.
Структурная схема системы представлена на чертеже.
Система содержит микроконтроллер 1 с выводом данных 2, выводом синхронизации 3, выводом порта 4, датчики 5, 6, 7, с выводами данных 8, 9, 10 соответственно и входами синхронизации 11, 12, 13, коммутатор 14 с адресным входом 15, сигнальными входами 16, 17, 18, сигнальными выходами 19, 20, 21. Вывод данных 2 микроконтроллера 1 соединен с одноименными выводами 8, 9, 10 датчиков, а вывод синхронизации 3 - с объединенными сигнальными входами 16, 17, 18 коммутатора 14. Сигнальные выходы 19, 20, 21 коммутатора 14 соединены входами синхронизации 11, 12, 13 датчиков 5, 6, 7 соответственно. Вывод порта 4 микроконтроллера 1 соединен с адресным входом 15 коммутатора 14.
Система работает следующим образом.
На адресный вход 15 коммутатора 14 с вывода порта 4 микроконтроллера 1 подается сигнал выбора того датчика, на вход синхронизации которого через сигнальный выход коммутатора 14 с объединенных выходов 16, 17, 18 перед началом процесса сбора данных должен поступить сигнал синхронизации. После этого микроконтроллер 1 может начать процесс сбора данных, указав адрес выбранного датчика. При этом другие датчики с таким же адресом в обмен не вступят, так как на их входы синхронизации сигнал не поступил, поскольку подача сигнала синхронизации на вывод синхронизации определенного датчика производится через коммутатор 14 поочередно, в порядке, определяемом хранящимся в микроконтроллере протоколом опроса.
Система адресного сбора данных, содержащая управляющий микроконтроллер с контроллером шины, датчики, в память которых записаны их индивидуальные адреса, шину из электрических линий данных и синхронизации, соединяющих выводы микроконтроллера с одноименными выводами датчиков, отличающаяся тем, что в разрыв линии синхронизации дополнительно введен коммутатор, все сигнальные входы которого соединены с выводом синхронизации микроконтроллера, каждый сигнальный выход коммутатора соединен с соответствующим ему входом синхронизации одного из датчиков, адресный вход коммутатора соединен с выводом порта микроконтроллера.
