一種線型組網(wǎng)的三線制數(shù)據(jù)測量方法

　　0 引言

　　現(xiàn)場測量中，常遇到測點呈線狀分布的情形，例如，輸電線路，輸油管道，河流沿線，城市管網(wǎng)等，這類監(jiān)測數(shù)據(jù)有如下特點：

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

　?。?）對傳輸速率要求不高。例如：路燈是否損壞的監(jiān)測，煤礦坑道傾斜度監(jiān)測，可以幾分鐘一次，河流沿線水質(zhì)，溫度信息甚至可以每小時一次。

　　（3）測點物理順序可以作為監(jiān)測點的邏輯次序，只要順序檢測各點的數(shù)據(jù)即可，不要求某個編號的數(shù)據(jù)單獨傳送。

　?。?）測點數(shù)量眾多，例如10 km 長的路燈監(jiān)測點就有400個。

　　對于這些現(xiàn)場常遇到的線狀分布測點，如果采用總線式的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，可以很好的簡化布線形式，所有測點連接到總線上即可。實際上，已經(jīng)有很多這類總線可供選擇，例如，CAN 總線，485 總線，IEEE1394 總線，Profi-bus總線，HART 總線，甚至有自成總線的器件，如數(shù)字溫度傳感器DS18B20.但是這些方案都不是針對上述數(shù)據(jù)特點量身定做的，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(fù)雜、需要逐個測點編址等問題[3].所以，本文提出了一種基于單片機(jī)構(gòu)成的針對線狀測點的三線制組網(wǎng)方案，它具有自帶電源、協(xié)議簡單、靈活多變等特點，可以極大簡化電路設(shè)計和系統(tǒng)設(shè)計。

　　1 系統(tǒng)構(gòu)成及原理

　　1.1 硬件構(gòu)成

　　1.1.1 系統(tǒng)總體構(gòu)成

　　三線制測量系統(tǒng)的構(gòu)成圖如圖1所示，由一個主機(jī)和若干單元構(gòu)成，三線分別定義為電源、信號、地線。主機(jī)能控制單元的供電，由開關(guān)J1 完成，它可以是繼電器的硬觸點，也可以是VDMOS管軟觸點。當(dāng)主機(jī)需要采集數(shù)據(jù)時，首先閉合J1,使所有單元上電，然后通過信號線R/T來控制各個單元依次上傳數(shù)據(jù)。其中1,2,…，N代表N 個測量單元。

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

　　1.1.2 單元結(jié)構(gòu)

　　單元的內(nèi)部組成，根據(jù)測量參數(shù)不同各有所異，這里給出一個傾角測量的例子，使用傾角傳感器，原理圖如圖2所示。上電測量是自動進(jìn)行的，完成后等待輸入端R接受啟動脈沖，然后進(jìn)入本單元數(shù)據(jù)發(fā)送，這期間本單元與主機(jī)是直通的，當(dāng)本單元數(shù)據(jù)傳送完成后，則等待輸入端的結(jié)束脈沖，然后本單元向下單元發(fā)送啟動脈沖，隨后本單元進(jìn)入透傳（或稱傳話筒）模式，相當(dāng)于直通，主機(jī)可以跟下個單元進(jìn)行通信，依次類推。

　　在單元示結(jié)構(gòu)意圖中，還增加了2 條模擬信號線，因為傾角傳感器既有數(shù)字量輸出（通過SPI接口）也有模擬量輸出（通過Vf端）。如果想直接采集到單元的模擬量，則增加模擬開關(guān)和模擬信號總線，當(dāng)單元處于工作狀態(tài)時，閉合模擬開關(guān)，把模擬量送到總線上。