一種線(xiàn)型組網(wǎng)的三線(xiàn)制數據測量方法

　　0 引言

　　現場(chǎng)測量中，常遇到測點(diǎn)呈線(xiàn)狀分布的情形，例如，輸電線(xiàn)路，輸油管道，河流沿線(xiàn)，城市管網(wǎng)等，這類(lèi)監測數據有如下特點(diǎn)：

　?。?）間隔距離各不相同。例如：石油輸送管道的流量壓力，監測點(diǎn)可1 km 一個(gè)；城市路燈損壞監測25 m一個(gè)。

　?。?）對傳輸速率要求不高。例如：路燈是否損壞的監測，煤礦坑道傾斜度監測，可以幾分鐘一次，河流沿線(xiàn)水質(zhì)，溫度信息甚至可以每小時(shí)一次。

　?。?）測點(diǎn)物理順序可以作為監測點(diǎn)的邏輯次序，只要順序檢測各點(diǎn)的數據即可，不要求某個(gè)編號的數據單獨傳送。

　?。?）測點(diǎn)數量眾多，例如10 km 長(cháng)的路燈監測點(diǎn)就有400個(gè)。

　　對于這些現場(chǎng)常遇到的線(xiàn)狀分布測點(diǎn)，如果采用總線(xiàn)式的組網(wǎng)結構，可以很好的簡(jiǎn)化布線(xiàn)形式，所有測點(diǎn)連接到總線(xiàn)上即可。實(shí)際上，已經(jīng)有很多這類(lèi)總線(xiàn)可供選擇，例如，CAN 總線(xiàn)，485 總線(xiàn)，IEEE1394 總線(xiàn)，Profi-bus總線(xiàn)，HART 總線(xiàn)，甚至有自成總線(xiàn)的器件，如數字溫度傳感器DS18B20.但是這些方案都不是針對上述數據特點(diǎn)量身定做的，有的追求高可靠性，有的追求網(wǎng)絡(luò )速度，還存在成本高、協(xié)議復雜、需要逐個(gè)測點(diǎn)編址等問(wèn)題[3].所以，本文提出了一種基于單片機構成的針對線(xiàn)狀測點(diǎn)的三線(xiàn)制組網(wǎng)方案，它具有自帶電源、協(xié)議簡(jiǎn)單、靈活多變等特點(diǎn)，可以極大簡(jiǎn)化電路設計和系統設計。

　　1 系統構成及原理

　　1.1 硬件構成

　　1.1.1 系統總體構成

　　三線(xiàn)制測量系統的構成圖如圖1所示，由一個(gè)主機和若干單元構成，三線(xiàn)分別定義為電源、信號、地線(xiàn)。主機能控制單元的供電，由開(kāi)關(guān)J1 完成，它可以是繼電器的硬觸點(diǎn)，也可以是VDMOS管軟觸點(diǎn)。當主機需要采集數據時(shí)，首先閉合J1,使所有單元上電，然后通過(guò)信號線(xiàn)R/T來(lái)控制各個(gè)單元依次上傳數據。其中1,2,…，N代表N 個(gè)測量單元。

　　如果需要傳送模擬信號，則要另外增加模擬信號總線(xiàn)，單元結構如圖2所示。

　　1.1.2 單元結構

　　單元的內部組成，根據測量參數不同各有所異，這里給出一個(gè)傾角測量的例子，使用傾角傳感器，原理圖如圖2所示。上電測量是自動(dòng)進(jìn)行的，完成后等待輸入端R接受啟動(dòng)脈沖，然后進(jìn)入本單元數據發(fā)送，這期間本單元與主機是直通的，當本單元數據傳送完成后，則等待輸入端的結束脈沖，然后本單元向下單元發(fā)送啟動(dòng)脈沖，隨后本單元進(jìn)入透傳（或稱(chēng)傳話(huà)筒）模式，相當于直通，主機可以跟下個(gè)單元進(jìn)行通信，依次類(lèi)推。

　　在單元示結構意圖中，還增加了2 條模擬信號線(xiàn)，因為傾角傳感器既有數字量輸出（通過(guò)SPI接口）也有模擬量輸出（通過(guò)Vf端）。如果想直接采集到單元的模擬量，則增加模擬開(kāi)關(guān)和模擬信號總線(xiàn)，當單元處于工作狀態(tài)時(shí)，閉合模擬開(kāi)關(guān)，把模擬量送到總線(xiàn)上。