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1、(10)申请公布号 CN 103929328 A (43)申请公布日 2014.07.16 CN 103929328 A (21)申请号 201410107390.2 (22)申请日 2014.03.21 H04L 12/24(2006.01) H04L 12/26(2006.01) H04L 12/40(2006.01) G05B 23/02(2006.01) (71)申请人 广西师范大学 地址 541004 广西壮族自治区桂林市七星区 育才路 15 号 (72)发明人 廖晶晶 殷严刚 黎科 金浩 (74)专利代理机构 桂林市华杰专利商标事务所 有限责任公司 45112 代理人 刘梅芳 (5。
2、4) 发明名称 一种单总线测温控制系统断链自动诊断及冗 余保护的方法和装置 (57) 摘要 本发明公开了一种单总线测温控制系统断链 自动诊断的方法， 通过双向切换开关装置的切换， 可进行双向数据采集， 实现了传感器网络数据采 集的冗余保护能准确判断出断链的具体位置或者 断链的具体区域， 有效降低了测温控制系统的成 本、 降低了测温控制系统的维护难度， 提高了测温 控制系统的维护效率。本发明还公开了一种单总 线测温控制系统断链冗余保护的方法和装置。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页。
3、 说明书5页 附图3页 (10)申请公布号 CN 103929328 A CN 103929328 A 1/1 页 2 1. 一种单总线测温控制系统断链自动诊断及冗余保护的装置， 包括控制系统， 传感器 环路为总线型拓扑闭合环路， 其特征在于 ： 还包括双向切换开关装置， 所述传感器环路总 线的两端与双向切换开关装置连接形成一个闭环的结构， 双向切换开关装置与控制系统连 接， 控制系统通过对双向切换开关装置的控制， 调整对传感器环路的读取数据的方向， 从而 实现线路断链点诊断及冗余保护功能。 2. 根据权利要求 1 所述的单总线测温控制系统断链自动诊断及冗余保护的装置， 其特 征在于 ： 所述。
4、的双向切换开关装置包括 MCU 和双向开关， MCU 通过双向开关， 控制总线与控 制系统通信， 实现单总线传感器环路闭环交替接入总线。 3. 根据权利要求 1 所述的单总线测温控制系统断链自动诊断及冗余保护的装置， 其特 征在于 ： 双向切换开关装置与多个温度传感器构成闭合的单环传感器环路， 单环传感器环 路通过双向切换开关装置与单总线相连接， 构成多环的闭合拓扑结构传感器环路。 4. 一种单总线测温控制系统断链自动诊断的方法， 其特征在于 ： 包括传感器环路， 其 中第一个传感器环路与双向切换开关装置的第一通道连接， 最后一个传感器环路与双向切 换开关装置的第二通道连接， 双向切换开关装置。
5、与多个温度传感器构成闭合的单环传感器 环路， 所述方法包括如下步骤 ： 1） 注册传感器环路上每一个单总线温度传感器在接入总线后各传感器所在物理位置 编码 ID ； 2） 控制系统向双向切换开关装置发出指令， 命令其接通第一通道， 确定从第一通道方 向检测传感器环路， 控制系统采用二叉树算法读取第一通道方向所有传感器环路上传感器 的 ID ； 3） 控制系统从第一通道方向检测传感器环路读取到该通道上断链点前所有的传感器 环路的 ID ； 4） 控制系统向双向切换开关装置发出指令， 命令其接通第二通道， 确定从第二通道方 向检测传感器环路， 控制系统采用二叉树算法读取第二通道方向所有传感器环路上。
6、传感器 的 ID ； 5） 控制系统从第二通道方向检测传感器环路读取到该通道上断链点前所有的传感器 环路的 ID ； 6） 对从第一通道方向和第二通道方向两次读取到的 ID 进行比较， 得出断链点所在位 置。 5. 根据权利要求 4 所述的方法， 其特征在于 ： 在总线空闲期间， 控制系统与双向切换开 关装置中的MCU采用周期为2微秒、 占空比为0.5的PWM信号进行通信， 逻辑1 ： PWM持续50 微秒后电平拉低 30 微秒 ； 逻辑 0 ： 周期 =2 微秒的 PWM 持续 80 微秒， MCU 接收的信号是 1， 双 向开关接通第一通道， 如果接收到的信号是 0， 双向开关接通第二通道。
7、。 6. 根据权利要求 4 所述的方法， 其特征在于 ： 利用单总线温度传感器内部的非易失性 可擦除 ROM 中 TH 和 TL 两个字节存储自身的物理位置编码， 供控制系统调用和分析。 7. 一种单总线测温控制系统断链冗余保护的方法， 其特征在于 ： 无双机冗余且在闭环 总线出现断链点的情况下， 通过双向切换开关装置， 对整个传感器环路进行两次不同方向 的检测， 以此保证传感器数据采集工作正常进行， 达到总线断链冗余保护的目的。 权 利 要 求 书 CN 103929328 A 2 1/5 页 3 一种单总线测温控制系统断链自动诊断及冗余保护的方法 和装置 技术领域 0001 本发明涉及单总。
8、线温度传感器多点测温控制技术， 具体是一种单总线测温控制系 统断链自动诊断及冗余保护的方法和装置。 背景技术 0002 在生产制造领域， 单总线温度传感器多点测温控制系统被广泛应用于粮仓、 酿酒 厂、 食品加工厂、 温室、 大型精密测量仪器等场所。譬如 DS18B20 温度传感器是典型的数字 温度传感器， 该温度传感器不仅具有体积小， 精度高， 抗干扰能力强的优点， 而且可以采用 单根电缆传输数据， 其单总线拓扑结构特点， 能够节省大量电缆， 有效降低测温控制系统产 品成本， 在实际生产应用中具重大的意义。 目前这种测温控制系统不具备断链点诊断功能， 同时， 测温控制系统大多采用双控制器冗余保。
9、护的机制， 一旦总线出现断链点， 则靠启用另 一控制器进行数据的采集， 这种方法存在产品成本高、 维护不方便等缺陷。 发明内容 0003 本发明的目的是针对现有技术的不足， 而提供一种单总线测温控制系统断链自动 诊断及冗余保护的方法和装置。这种方法和装置不仅能大大提高系统的安全可靠性， 而且 可以实现线路断链点自动诊断， 并能准确给出断链点所在的物理位置使得用户能及时维修 线路， 有效降低测温控制系统的成本、 降低测温控制系统的维护难度， 提高测温控制系统的 维护效率。 0004 实现本发明目的的技术方案是 ： 一种单总线测温控制系统断链自动诊断及冗余保护的装置， 包括控制系统， 传感器环 路。
10、为总线型拓扑闭合环路， 与现有技术不同的是， 还包括双向切换开关装置， 所述传感器环 路总线的两端与双向切换开关装置连接形成一个闭环的结构， 双向切换开关装置与控制系 统连接， 控制系统通过对双向切换开关装置的控制， 调整对传感器环路的读取数据的方向， 从而实现线路断链点诊断及冗余保护功能。 0005 所述的控制系统为公开号 CN202916015U 专利所提供的基于注册机制的多点测温 控制系统 ； 所述的双向切换开关装置包括微控制器 （Micro Control Unit， 简称MCU） 和双向开关， MCU 通过双向开关控制总线与控制系统通信， 实现单总线传感器网络闭环交替接入总线 ； 所。
11、述的双向切换开关装置与多个温度传感器构成闭合的单环传感器环路， 单环传感器 环路通过双向切换开关装置与单总线相连接， 构成多环的闭合拓扑结构传感器环路。 0006 这种装置的优点是采用目前传感器网络领域未见采用的闭环拓扑结构， 能够采用 单环， 或者多个单环相切的拓扑结构， 具备较为灵活的组网方式。这种装置 设置了一个双向切换开关装置， 能够完成闭环拓扑的双向检测功能， 相对传统双机冗 余的系统， 减少了一个核心处理器， 大大降低了成本。 说 明 书 CN 103929328 A 3 2/5 页 4 0007 基于上述装置的单总线测温控制系统断链自动诊断的方法， 包括传感器环路， 其 中第一个。
12、传感器环路与双向切换开关装置的第一通道连接， 最后一个传感器环路与双向切 换开关装置的第二通道连接， 双向切换开关装置与多个温度传感器构成闭合的单环传感器 环路， 所述方法包括如下步骤 ： 1） 注册传感器环路上每一个单总线温度传感器在接入总线后各传感器所在物理位置 编码 ID ； 2） 控制系统向双向切换开关装置发出指令， 命令其接通第一通道， 确定从第一通道方 向检测传感器环路， 控制系统采用二叉树算法读取第一通道方向所有传感器环路上传感器 的 ID ； 3） 控制系统从第一通道方向检测传感器环路读取到该通道上断链点前所有的传感器 环路的 ID ； 4） 控制系统向双向切换开关装置发出指令。
13、， 命令其接通第二通道， 确定从第二通道方 向检测传感器环路， 控制系统采用二叉树算法读取第二通道方向所有传感器环路上传感器 的 ID ； 5） 控制系统从第二通道方向检测传感器环路读取到该通道上断链点前所有的传感器 环路的 ID ； 6） 对从第一通道方向和第二通道方向两次读取到的 ID 进行比较， 得出断链点所在位 置。 0008 在总线空闲期间， 控制系统与双向切换开关装置中的MCU采用周期为2微秒、 占空 比为 0.5 的 PWM 信号进行通信， 逻辑 1 ： PWM 持续 50 微秒后电平拉低 30 微秒 ； 逻辑 0 ： 周期 =2 微秒的 PWM 持续 80 微秒， MCU 接收。
14、的信号是 1， 双向开关接通第一通道， 如果接收到的信 号是 0， 双向开关接通第二通道。 0009 利用单总线温度传感器内部的非易失性可擦除 ROM 中 TH 和 TL 两个字节存储自身 的物理位置编码， 供控制系统调用和分析。 0010 基于上述装置的单总线测温控制系统断链冗余保护的方法 ： 无双机冗余且在闭环 总线出现断链点的情况下， 通过双向切换开关装置， 对整个传感器环路进行两次不同方向 的检测， 以此保证传感器数据采集工作正常进行， 达到总线断链冗余保护的目的。 0011 本发明创造性地使用单总线器件内部的小容量非易失性 RAM， 保存传感器所处物 理位置信息 ； 通过开关装置的切。
15、换， 可进行双向数据采集， 即使拓扑结构出现断链， 也能够 实现单控制器的断链保护功能， 依旧能够保证数据采集的正常进行、 降低硬件成本 ； 这种方 法能准确判断出断链的具体位置或者断链的具体区域 ； 在单总线协议通信空闲期间， 在不 影响通信的前提下， 产生一个 PWM 用以控制双向切换开关装置， 可看做改进型的单总线协 议。 这种方法和装置基于单总线协议， 采用闭环的传感器网络拓扑结构， 运用了双向切换开 关装置， 实现了单总线温度传感器的总线双向检测、 实现了传感器网络数据采集的冗余保 护， 不仅能大大提高系统的安全可靠性， 而且可以实现线路断链点自动诊断， 并能准确给出 断链点所在的物。
16、理位置使得用户能及时维修线路， 有效降低了测温控制系统的成本、 降低 了测温控制系统的维护难度， 提高了测温控制系统的维护效率。 附图说明 说 明 书 CN 103929328 A 4 3/5 页 5 0012 图 1 为实施例中单总线测温控制系统断链自动诊断及冗余保护的装置方框示意 图 ； 图 2 为实施例中双向切换开关装置功能方框示意图 ； 图 3 为实施例中传感器环路网络总线出现断链点方框示意图 ； 图 4 为实施例中传感器环路单环环路出现断链点方框示意图。 具体实施方式 0013 下面结合附图和实施例对本发明内容作进一步阐述， 但不是对本发明的限定。 0014 实施例 ： 如图 1 所。
17、示， 一种单总线测温控制系统断链自动诊断及冗余保护的装置， 包括控制系 统， 传感器环路为总线型拓扑闭合环路， 还包括双向切换开关装置 S， 所述传感器环路总线 的两端与双向切换开关装置 S 连接形成一个闭环的结构， 双向切换开关装置 S 与控制系统 连接， 控制系统通过对双向切换开关装置 S 的控制， 调整对传感器总线的读取数据的方向， 从而实现线路断链点诊断及冗余保护功能。 0015 双向切换开关装置 S 与多个温度传感器构成闭合的单环传感器环路， 单环传感器 环路通过双向切换开关装置 Sn 与单总线相连接， 构成多环的闭合拓扑结构传感器环路。 0016 控制系统为公开号 CN202916。
18、015U 专利所提供的基于注册机制的多点测温控制系 统。 0017 如图2所示， 双向切换开关装置S包括MCU和双向开关， MCU通过双向开关， 控制总 线与控制系统通信， 实现单总线传感器网络闭环交替接入总线 ； MCU 的作用是根据由控制 系统给出的， 周期为 2 微秒、 占空比为 50% 的 PWM 信号， 来控制总线与控制系统通信。逻辑 1 ： PWM 持续 50 微秒后电平拉低 30 微秒 ； 逻辑 0 ： PWM 持续 80 微秒。如果双向切换开关装置 中 MCU 接收的信号是 1， 引脚 D 和引脚 B 接通， 即接通第一通道 ； 否则引脚 D 和引脚 C 接通， 即接通第二通道。
19、。 0018 基于上述装置的单总线测温控制系统断链自动诊断的方法， 包括传感器环路， 其 中第一个传感器环路与双向切换开关装置的第一通道连接， 最后一个传感器环路与双向切 换开关装置的第二通道连接， 双向切换开关装置与多个温度传感器构成闭合的单环传感器 环路， 所述方法包括如下步骤 ： 1） 注册传感器环路上每一个单总线温度传感器在接入总线后各传感器所在物理位置 编码 ID ； 2） 控制系统向双向切换开关装置发出指令， 命令其接通第一通道， 确定从第一通道方 向检测传感器环路， 控制系统采用二叉树算法读取第一通道方向所有传感器环路上传感器 的 ID ； 3） 控制系统从第一通道方向检测传感器。
20、环路读取到该通道上断链点前所有的传感器 环路的 ID ； 4） 控制系统向双向切换开关装置发出指令， 命令其接通第二通道， 确定从第二通道方 向检测传感器环路， 控制系统采用二叉树算法读取第二通道方向所有传感器环路上传感器 的 ID ； 5） 控制系统从第二通道方向检测传感器环路读取到该通道上断链点前所有的传感器 说 明 书 CN 103929328 A 5 4/5 页 6 环路的 ID ； 6） 对从第一通道方向和第二通道方向两次读取到的 ID 进行比较， 得出断链点所在位 置。 0019 利用单总线温度传感器内部的非易失性可擦除 ROM 中 TH 和 TL 两个字节存储自身 的物理位置编码。
21、， 供控制系统调用和分析。 0020 具体地， 如图 3 所示， 基于上述装置的单总线测温控制系统断链自动诊断的方法， 包括传感器环路 A1、 A2、 A3、 A4An， 其中传感器环路 A1与双向切换开关装置 S 的第一通道 连接， 传感器环路 An 与双向切换开关装置 S 的第二通道连接， 双向切换开关装置 S 与温度 传感器 a1、 a2、 a3、 a4、 a5、 a6an构成闭合的单环传感器环路， 所述方法包括如下步骤 ： 1） 注册传感器环路 An 上每一个单总线温度传感器 a1、 a2、 a3、 a4、 a5、 a6an在接入总 线后各传感器所在物理位置编码 ID ； 2） 控制系。
22、统向双向切换开关装置 S 发出指令， 命令其接通第一通道， 确定从第一通道 方向检测传感器环路、 控制系统采用二叉树算法读取第一通道方向所有传感器环路上传感 器的 ID ； 3） 控制系统从第一通道方向检测传感器环路读取到传感器环路 A1、 传感器环路 A2 的 ID ； 4） 控制系统向双向切换开关装置 S 发出指令， 命令其接通第二通道， 确定从第二通道 方向检测传感器环路， 控制系统采用二叉树算法读取第二通道方向所有传感器环路上传感 器的 ID ； 5） 控制系统从第二通道方向检测传感器环路读取到传感器环路 An、传感器环路 A4、 传感器环路 A3 的 ID ； 6） 对从第一通道方向。
23、和第二通道方向两次读取到的 ID 进行比较， 第一通道方向读取 到传感器环路 A1、 传感器环路 A2 上的所有传感器 ID， 而第二通道方向读取 ID 的时候恰好 只剩下传感器环路 A1、 传感器环路 A2 上的 ID 没有读取到， 得出结论 ： 断链点是出现在传感 器环路 A2 与传感器环路 A3 之间的位置 ； 7） 显示断链点的物理位置， 供用户查询。 0021 A 为温度传感器单环支路， a 为单环支路上的温度传感器， An 为序号为 n 的单环支 路， an为序号为 n 的温度传感器， Sn为序号为 n 的双向切换开关装置。 0022 如图 4 所示， 如果传感器网络出现多个断链点。
24、， 例如断点 D1 位置和断点 D2 位置出 现断链点， 那么控制系统分别两次控制向双向切换开关装置， 和两次读取 ID 号会出现以下 结果 : 第一次从第一通道方向读取传感器 ID， 得出传感器环路 A4、 传感器环路 A3、 传感器环 路 A2、 传感器环路 A1、 传感器 a1的 ID ； 第二次从第二通道方向读取传感器 ID， 得出传感器环路 A4、 传感器环路 A3、 传感器环 路 A2、 传感器环路 A1、 传感器 a6的 ID ； 依据两次读取传感器的 ID， 进行比较， 可判断出其中一个断链点出现在传感器 a1与传 感器 a2之间， 另一个断链点出现在传感器 a6与传感器 a5。
25、之间。 0023 基于上述装置的单总线测温控制系统断链冗余保护的方法 ： 无双机冗余且在闭环 总线出现断链点的情况下， 通过双向切换开关装置 S， 对整个传感器环路进行两次不同方向 说 明 书 CN 103929328 A 6 5/5 页 7 的检测， 以此保证传感器数据采集工作正常进行， 达到总线断链冗余保护的功能。 0024 如图 3 所示， 传感器环路 A2 和传感器环路 A3 之间出现了一个断链点， 本实施例采 用两次读取 ID 号的方式得出以下结果 ： . 第一次从第一通道方向读取到的传感器有传感器环路 A1、 传感器环路 A2 上的所 有传感器 ID ； . 第二次从第二通道方向读。
26、取到的传感器有传感器环路 An、传感器环路 A4、 传感器环路 A3 上的所有传感器 ID ； 两次读取到的传感器 ID 之和恰好是整个系统的所有传感器 ID 之和， 由此得出即使总 线上出现一个断链点， 系统依然能正常工作， 闭环的传感器网络起到了冗余保护的作用。 0025 本实施例为了实现线路自动诊断功能， 利用单总线温度传感器内部的非易失性可 擦除 ROM 中 TH 和 TL 两个字节存储自身的物理位置编码。 说 明 书 CN 103929328 A 7 1/3 页 8 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103929328 A 8 2/3 页 9 图 3 说 明 书 附 图 CN 103929328 A 9 3/3 页 10 图 4 说 明 书 附 图 CN 103929328 A 10 。