專利名稱：一種智能傳感裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及傳感器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種智能傳感裝置。
背景技術(shù)：
本實(shí)用新型是利用以太網(wǎng)幀間隙來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備或智能傳感器探頭的探測以 及利用以太網(wǎng)幀間隙來實(shí)現(xiàn)與傳感器探頭的疊加通信。下面是一個(gè)IEEE 802. 3標(biāo)準(zhǔn) ^ ^ ^ i； N ^ H- ζ Preamble (7-bytes) Start Frame Delimiter (1-byte) Dest. MAC Address (6-bytes)Source MAC Address(6-bytes)Length/Type(2-bytes)MAC Client Data (0-n bytes) Pad (0-p bytes) Frame Check Sequence (4-bytes)。Preamble:—個(gè)由交 替的1和0組成的用于同步的前綴。它使網(wǎng)絡(luò)有時(shí)間檢聽網(wǎng)上的信號，并決定是否接受數(shù) 據(jù)幀或產(chǎn)生沖突。Start Frame Delimiter 幀起始分界符，一個(gè)8比特序列，由10101011 構(gòu)成，用于指明數(shù)據(jù)幀開始。Destination&Source MAC Addesses 目的&源MAC地址，目 的MAC地址字段用于指明幀被傳送的一個(gè)或多個(gè)目的地址，源MAC地址用于指明發(fā)送幀的 起始站點(diǎn)。一個(gè)目的地址既可以作為單獨(dú)地址指明一個(gè)唯一的站點(diǎn)，也可以作為多址地址 指明一組站點(diǎn)，一個(gè)全部由1組成的目的地址稱為廣播地址用來指明LAN上的所有站點(diǎn)。 Length/Type 如果這個(gè)字段的值小于或等于1500，那Length/Type字段將用于指明MAC Client Date字段的字節(jié)數(shù)，如果這個(gè)字段得值大于或等于1536，那Length/Type字段將 用于指明MAC client protocol的屬性(協(xié)議類型)。MAC Client Date 這個(gè)字段包括從 原站到目的站傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，最多包含1500字節(jié).如果這個(gè)字段小于46字節(jié)，那就必須使 用下面的“Pad"字段，以使幀的總長度大于最小長度(64字節(jié))。I^ad:如果需要額外的數(shù) 據(jù)字節(jié)將被附加到這個(gè)字段中，以使幀的長度大于64字節(jié)。Frame Check kquence 這個(gè) 字段包括4字節(jié)循環(huán)冗余校檢碼(CRC)用于檢查錯(cuò)誤。當(dāng)一個(gè)原站組裝一個(gè)MAC幀，它在 所有字節(jié)(從Destination MAC Address到Pad字段)執(zhí)行一個(gè)CRC計(jì)算，原站將計(jì)算的 結(jié)果放入這個(gè)字段，并作為幀的一部分傳輸給目的站，當(dāng)幀被目的站接受后，目的站進(jìn)行同 樣的校檢，如果校檢和同字段中的值不同，目的站將認(rèn)為在傳輸中發(fā)生錯(cuò)誤并丟棄這個(gè)幀。 最初的以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)定義的最小幀為64字節(jié)，最大幀為1518字節(jié)，這個(gè)數(shù)字包含從目的MAC 地址字段到校檢字段的所有字節(jié)，幀前綴和幀起始分界字段不包含在內(nèi)。在1998年發(fā)布的 IEEE802.3ac標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展了最大幀到1522字節(jié)，已允許一個(gè)〃 VLAN tag"可以插入到以太網(wǎng) 幀當(dāng)中。幀間隙是指以太網(wǎng)設(shè)備必須允許在被連續(xù)傳輸?shù)膬蓚€(gè)幀中間有一個(gè)最小空閑周 期(IFG Interframe Gap ；IPG InterPacket Gap)。它在兩個(gè)幀中間提供一個(gè)短暫的恢復(fù) 時(shí)間，以允許設(shè)備有時(shí)間做好接收下一幀的準(zhǔn)備。隨著信息技術(shù)和通信產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為人們工作和生活不可缺少的 重要組成部分。為了快速提供新業(yè)務(wù)、涉足新領(lǐng)域，同時(shí)降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和運(yùn)行維護(hù)成本，當(dāng) 前許多領(lǐng)域迫切需要一種能在不影響原網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和不增加網(wǎng)絡(luò)布線的前提下，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程設(shè) 備主動(dòng)探測及遠(yuǎn)程環(huán)境監(jiān)測的智能傳感裝置。該裝置利用以太網(wǎng)幀間隙來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備或智能傳感器探頭的探測以及利用以太網(wǎng)幀間隙來實(shí)現(xiàn)與傳感器探頭的疊加通信。該裝置的 特點(diǎn)是支持網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膭?dòng)態(tài)變化，能唯一識別網(wǎng)絡(luò)中任何一臺網(wǎng)絡(luò)設(shè)備(不論該設(shè)備是否 通電運(yùn)行)，該裝置與智能傳感器探頭通訊時(shí)，通信信號疊加在幀間隙中傳送，不影響原網(wǎng) 絡(luò)的通訊速率和帶寬。該裝置可廣泛應(yīng)用于企事業(yè)、網(wǎng)吧、學(xué)校、賓館、小區(qū)及SOHO/家庭的 災(zāi)害預(yù)報(bào)、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域。目前該領(lǐng)域的智能傳感裝置普遍采用無線網(wǎng)絡(luò)功能模塊的集成產(chǎn)品，這類產(chǎn)品有 如下缺陷1、無線信號易受天氣的影響。2、通訊信號的強(qiáng)弱受本地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)信號強(qiáng)弱的影 響。3、要有電池供電或在本地取電，一旦電池沒電或本地停電，設(shè)備無法工作。4、由于每個(gè) 傳感器探頭都包含無線網(wǎng)絡(luò)模塊，所以成本很高。5、每臺無線傳感器探頭要配SM等手機(jī) 卡，并且要定期充值，維護(hù)成本高。
發(fā)明內(nèi)容為了彌補(bǔ)現(xiàn)有智能傳感裝置存在不足的問題，本實(shí)用新型提出一種智能傳感裝 置，該裝置有如下優(yōu)點(diǎn)1、通訊信號不會(huì)受天氣的影響。2、不依賴于本地網(wǎng)絡(luò)通訊信號的強(qiáng) 弱。3、無需電池供電或本地取電。4、傳感器中沒有無線網(wǎng)絡(luò)模塊，成本低廉。5、不影響原 網(wǎng)絡(luò)的通訊速率和帶寬。6、通過對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備阻抗、感抗、容抗的測量，可識別網(wǎng)絡(luò)設(shè)備或智 能傳感器探頭。7、在幀間隙中疊加通信信息，實(shí)現(xiàn)智能傳感器探頭與傳感裝置的通信，這樣 可以在原有網(wǎng)絡(luò)上拓展新功能的同時(shí)節(jié)約了網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本。8、傳感器探頭不用配SM等手 機(jī)卡，維護(hù)成本低。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種智能傳感裝置，該裝置包括中央控制模塊(1 、網(wǎng)絡(luò)通訊模塊(16)、高速采 樣模塊(17)、阻抗、感抗、容抗的測量模塊(18)、以太網(wǎng)間隙通訊模塊(19)、交換機(jī)/集線器 接口(20)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備/傳感器探頭接口(21)、電源模塊02)、印制電路板03)。所述的中 央控制模塊(1 分別與網(wǎng)絡(luò)通訊模塊(16)、高速采樣模塊(17)、阻抗、感抗、容抗的測量 模塊(18)、以太網(wǎng)間隙通訊模塊(19)相連接，網(wǎng)絡(luò)通訊模塊(16)與交換機(jī)/集線器接口 (20)相連接，以太網(wǎng)間隙通訊模塊(19)與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備/傳感器探頭接口 相連接，高速采 樣模塊(17)與阻抗、感抗、容抗的測量模塊(18)相連接，阻抗、感抗、容抗的測量模塊(18) 與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備/傳感器探頭接口 相連接，電源模塊0 分別與中央控制模塊(15)、網(wǎng)絡(luò) 通訊模塊(16)、高速采樣模塊(17)、阻抗、感抗、容抗的測量模塊(18)、以太網(wǎng)間隙通訊模 塊(19)、印制電路板03)相連接，以上模塊、接口通過印制電路板03)相連通，并固定在機(jī) 殼內(nèi)。通過高速采樣模塊檢測以太網(wǎng)的幀間隙，并且在幀間隙通過一定的技術(shù)手段探測 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備或智能傳感器探頭的阻抗、感抗、容抗特性，以此確定網(wǎng)絡(luò)設(shè)備或智能傳感器探頭 是否丟失。其中高速采樣模塊通過對以太網(wǎng)中數(shù)據(jù)包的高速A/D采樣，分析出以太網(wǎng)中數(shù) 據(jù)包的幀間隙，然后通過阻抗、感抗、容抗的測量模塊探測網(wǎng)絡(luò)設(shè)備/傳感器探頭的阻抗、 感抗、容抗特征。其中所述的阻抗、感抗、容抗特性，可以只是阻抗特性，也可以只是感抗特 性，也可以只是容抗特性，也可以是阻抗、感抗、容抗的任意組合特性。通過高速采樣模塊檢測以太網(wǎng)的幀間隙，并且通過以太網(wǎng)間隙通訊模塊在幀間隙 疊加通訊信息，實(shí)現(xiàn)智能傳感裝置與以太網(wǎng)中多臺智能傳感器探頭的數(shù)據(jù)通訊。其中所述的通訊信息，可以是已有的標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議的通訊信息，也可以是自定義通訊協(xié)議的通訊信 肩、ο 智能傳感裝置將測量得到的阻抗、感抗、容抗上傳到后臺PC機(jī)數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行數(shù)據(jù) 分析，由此可以確定每個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備或智能傳感器探頭的特性，當(dāng)特性發(fā)生變化時(shí)可以由此 判斷網(wǎng)絡(luò)設(shè)備或智能傳感器探頭是否丟失。在測量間隙，以太網(wǎng)間隙通訊模塊還可在以太 網(wǎng)的幀間隙中疊加通訊信號，使得傳感裝置可以與智能傳感器探頭通訊，將智能傳感器探 頭檢測到的數(shù)據(jù)傳送到后臺PC機(jī)數(shù)據(jù)庫中保存。使用該技術(shù)能在不影響原網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和無 需重新網(wǎng)絡(luò)布線的前提下，快速提供遠(yuǎn)程環(huán)境監(jiān)測等新業(yè)務(wù)。智能傳感器探頭是具有各種探測功能的傳感器探頭，如可以是單獨(dú)具有溫度、濕 度、露點(diǎn)、壓力等探測功能的傳感器探頭，也可以是這些功能任意組合后的傳感器探頭，它 們通過智能傳感裝置獨(dú)特的通訊方式與智能傳感裝置通訊。本實(shí)用新型的有益效果是1、通訊信號不會(huì)受天氣的影響。2、不依賴于本地網(wǎng)絡(luò) 通訊信號的強(qiáng)弱。3、無需電池供電或本地取電。4、傳感器中沒有無線網(wǎng)絡(luò)模塊，成本低廉。 5、不影響原網(wǎng)絡(luò)的通訊速率和帶寬。6、通過對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備阻抗、感抗、容抗的測量，可識別網(wǎng) 絡(luò)設(shè)備或智能傳感器探頭。7、在幀間隙中疊加通信信息，實(shí)現(xiàn)智能傳感器探頭與傳感裝置 的通信，這樣可以在原有網(wǎng)絡(luò)上拓展新功能的同時(shí)節(jié)約了網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本。8、傳感器探頭不 用配SM等于機(jī)卡，維護(hù)成本低。

圖1智能傳感裝置的使用連接示意圖；圖2智能傳感裝置設(shè)計(jì)原理圖；圖3智能傳感裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖來說明本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
。如圖1所示，為智能傳感裝置的使用連接示意圖。圖中(1)是交換機(jī)或集線器等 其他網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換設(shè)備，(2)是連接(1)和(3)之間的網(wǎng)線，(3)是智能傳感裝置，(41)、 (42)、(43)、(44)、(45)、(46)、(47)、(48)是連接(3)和(51)、(52)、(53)、(54)、(55)、 (56)、(57)、(58)之間的網(wǎng)線，(51)、(52)、(53)、(54)、(55)、(56)、(57)、(58)是傳感器探 頭或網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，網(wǎng)線(2)、(41)、(42)、(43)、(44)、(45)、(46)、(47)、(48)可以是平行網(wǎng)線， 也可以是交叉網(wǎng)線。智能傳感裝置(3)將采集到的數(shù)據(jù)通過交換機(jī)或集線器等其他網(wǎng)絡(luò)數(shù) 據(jù)交換設(shè)備(1)發(fā)送到后臺PC機(jī)的數(shù)據(jù)庫中。(51)、(52)、(53)、(54)、(55)、(56)、(57)、 (58)可以是傳感器探頭也可以是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，當(dāng)是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備時(shí)，智能傳感裝置(3)能實(shí)時(shí)探 測網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的特性，當(dāng)是傳感器探頭時(shí)，智能傳感裝置(3)除探測智能傳感器探頭的特性 外還能與智能傳感器探頭通訊，并將傳感器探頭采集到的數(shù)據(jù)上傳到后臺PC機(jī)的數(shù)據(jù)庫 中。采用以太網(wǎng)幀間隙技術(shù)探測和通訊，不會(huì)影響原網(wǎng)絡(luò)通訊的速率和帶寬，同時(shí)還能在不 增加網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本的前提下，擴(kuò)展新功能。如圖2所示，為智能傳感裝置設(shè)計(jì)原理圖。整個(gè)技術(shù)方案的設(shè)計(jì)采用硬件+嵌 入式操作系統(tǒng)+應(yīng)用層軟件的結(jié)構(gòu)。硬件平臺中，主芯片采用TI公司的TMS320C6205和Samsung公司S3C2410的雙內(nèi)核結(jié)構(gòu)，外圍芯由Flash存儲器、高速AD采樣芯片AD9430、 以太網(wǎng)接口芯片RTL8305SB等幾部分組成。嵌入式操作系統(tǒng)采用μ Clinux，具有源代碼公 開、內(nèi)核可裁剪和易于移植等特點(diǎn)。本裝置用C語言進(jìn)行開發(fā)，μ Clinux強(qiáng)大的應(yīng)用程序 庫μ CLibc對應(yīng)用軟件層的開發(fā)提供了支持，節(jié)省了系統(tǒng)開發(fā)的時(shí)間。根據(jù)硬件平臺的要 求，還需要開發(fā)適應(yīng)硬件平臺的驅(qū)動(dòng)程序，包括BSP板級包，串口驅(qū)動(dòng)程序和以太網(wǎng)口驅(qū)動(dòng) 程序。BSP板級包貫穿著硬件級、操作系統(tǒng)級和應(yīng)用程序級多層，與μ Clinux—起為應(yīng)用程 序提供服務(wù)。BSP板級包的編寫是實(shí)現(xiàn)μ Clinux系統(tǒng)移植的關(guān)鍵。在BSP板級包上開發(fā)和 完成硬件初始化，中斷的處理和產(chǎn)生，硬件時(shí)鐘管理，本地和總線的內(nèi)存映射等功能。應(yīng)用 層軟件功能主要模塊包括A/D高速采樣模塊、感抗、容抗、阻抗測量模塊、數(shù)據(jù)校正模塊、 數(shù)據(jù)對比分析模塊、數(shù)據(jù)上傳模塊、與傳感器探頭的通訊模塊。高速采樣模塊采集以太網(wǎng)中 數(shù)據(jù)信息并分析幀間隙以及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的感抗、容抗、阻抗數(shù)據(jù)。感抗、容抗、阻抗測量模塊分 別測試網(wǎng)絡(luò)設(shè)備或智能傳感器探頭的阻抗、容抗、感抗。數(shù)據(jù)校正模塊根據(jù)電源電壓的紋波 變化及預(yù)設(shè)的校正值校正測量到的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)對比分析模塊分析若干次采樣的感抗、容抗、 阻抗數(shù)據(jù)，比較是否超出警戒值，超出則發(fā)出報(bào)警指令。數(shù)據(jù)上傳模塊將每次測量的數(shù)據(jù) 上傳到后臺PC機(jī)的數(shù)據(jù)庫中保存。傳感器探頭通訊模塊用于傳感裝置和傳感器探頭之間 的數(shù)據(jù)通訊，該通訊不會(huì)影響原網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)通訊。圖2中(7)是Samsung公司的S3C2410， 是主機(jī)的中央控制單元，所有的控制指令都由它發(fā)送。(8)是FLASH，(9)是SRAM，都是(7) 的外圍存儲芯片。(6)是以太網(wǎng)接口芯片RTL8305SB，采集到的數(shù)據(jù)由它發(fā)送到以太網(wǎng)上。 (10)是TI公司的TMS320C6205(DSP芯片)，用于接收采樣數(shù)據(jù)并發(fā)送通訊信號到以太網(wǎng) 中。(11)是SRAM，是(10)的外圍存儲芯片。(13)是高速A/D采樣芯片AD9430，用于高速 采集以太網(wǎng)數(shù)據(jù)。(12)是感抗、容抗、阻抗測量電路，用于在幀間隙探測網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的感抗、容 抗、阻抗。(14)是RJ45接口，用于網(wǎng)線的連接，網(wǎng)線的另一頭與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備或傳感器探頭連 接。如圖3所示，為智能傳感裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，智能傳感裝置包括中央控制模塊 (15)、網(wǎng)絡(luò)通訊模塊(16)、高速采樣模塊(17)、阻抗、感抗、容抗的測量模塊(18)、以太網(wǎng)間 隙通訊模塊(19)、交換機(jī)/集線器接口(20)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備/傳感器探頭接口(21)、電源模塊 (22)、印制電路板0；3)。所述的中央控制模塊(1 分別與網(wǎng)絡(luò)通訊模塊(16)、高速采樣模 塊(17)、阻抗、感抗、容抗的測量模塊(18)、以太網(wǎng)間隙通訊模塊(19)相連接，網(wǎng)絡(luò)通訊模 塊(16)與交換機(jī)/集線器接口 00)相連接，以太網(wǎng)間隙通訊模塊(19)與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備/傳 感器探頭接口 相連接，高速采樣模塊(17)與阻抗、感抗、容抗的測量模塊(18)相連 接，阻抗、感抗、容抗的測量模塊(18)與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備/傳感器探頭接口 相連接，電源模塊 (22)分別與中央控制模塊(15)、網(wǎng)絡(luò)通訊模塊(16)、高速采樣模塊(17)、阻抗、感抗、容抗 的測量模塊(18)、以太網(wǎng)間隙通訊模塊(19)、印制電路板相連接，以上模塊、接口通過 印制電路板03)相連通，并固定在機(jī)殼內(nèi)。以上所述，僅為本實(shí)用新型較佳的具體實(shí)施方式
之，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并 不局限于此，任何熟悉該技術(shù)的人在本實(shí)用新型所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化 或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1. 一種智能傳感裝置，該裝置包括中央控制模塊(15)、網(wǎng)絡(luò)通訊模塊(16)、高速采樣 模塊(17)、阻抗、感抗、容抗的測量模塊(18)、以太網(wǎng)間隙通訊模塊(19)、交換機(jī)/集線器 接口(20)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備/傳感器探頭接口(21)、電源模塊(22)、印制電路板(23)，所述的中央 控制模塊(15)分別與網(wǎng)絡(luò)通訊模塊(16)、高速采樣模塊(17)、阻抗、感抗、容抗的測量模塊 (18)、以太網(wǎng)間隙通訊模塊(19)相連接，網(wǎng)絡(luò)通訊模塊(16)與交換機(jī)/集線器接口(20)相 連接，以太網(wǎng)間隙通訊模塊(19)與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備/傳感器探頭接口(21)相連接，高速采樣模塊 (17)與阻抗、感抗、容抗的測量模塊(18)相連接，阻抗、感抗、容抗的測量模塊(18)與網(wǎng)絡(luò) 設(shè)備/傳感器探頭接口(21)相連接，電源模塊(22)分別與中央控制模塊(15)、網(wǎng)絡(luò)通訊模 塊(16)、高速采樣模塊(17)、阻抗、感抗、容抗的測量模塊(18)、以太網(wǎng)間隙通訊模塊(19)、 印制電路板(23)相連接，以上模塊、接口通過印制電路板(23)相連通，并固定在機(jī)殼內(nèi)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及傳感器技術(shù)領(lǐng)域，它公開了一種智能傳感裝置，該裝置包括中央控制模塊(15)、網(wǎng)絡(luò)通訊模塊(16)、高速采樣模塊(17)、阻抗、感抗、容抗的測量模塊(18)、以太網(wǎng)間隙通訊模塊(19)、交換機(jī)/集線器接口(20)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備/傳感器探頭接口(21)、電源模塊(22)、印制電路板(23)，該裝置利用以太網(wǎng)幀間隙來實(shí)現(xiàn)傳感探測和以太網(wǎng)疊加通信，是一種能在不影響原網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和不增加網(wǎng)絡(luò)布線的前提下，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程設(shè)備主動(dòng)探測及遠(yuǎn)程環(huán)境監(jiān)測的智能傳感裝置，該裝置有著廣闊的市場應(yīng)用前景。
文檔編號H04L12/28GK201869210SQ20102057682
公開日2011年6月15日 申請日期2010年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月16日
發(fā)明者許勇 申請人:許勇