專利名稱：一種模塊化的rtu及其快速定制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及遠程終端單元(Remote Terminal Units, RTU),尤其涉及一種模塊化的RTU及其快速定制方法。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展，采用人工監(jiān)測采集現(xiàn)場各種環(huán)境參數(shù)的方法，已經(jīng)難以滿足生產(chǎn)過程的需要。特別是在實時調(diào)控等工程領(lǐng)域中，這種問題表現(xiàn)尤為突出。為解決這一問題，具有多種現(xiàn)場參數(shù)采集、遠距離通訊、適應(yīng)劣環(huán)境等特性的遠程終端單元(RemoteTerminal Units, RTU)應(yīng)運而生。RTU集遙信、遙測、遙控功能于一體，并在各種數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制(Supervisory Control And Data Acquisition, SCADA)系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。通常，RTU由中央處理單元、通信接口單元、存儲單元、模擬信號輸入輸出單元、開關(guān)信號輸入輸出單元、數(shù)字信號輸入輸出單元、電源單元等幾大部分組成。此外，根據(jù)實際應(yīng)用需求，有的RTU產(chǎn)品也增加了一些特殊功能，如視頻、硬件冗余等功能。由于監(jiān)測對象和現(xiàn)場應(yīng)用環(huán)境的不同，現(xiàn)有的RTU也功能各異，形式多樣。但無一例外，結(jié)構(gòu)上都是高度應(yīng)用相關(guān)，緊密耦合，擴展能力差。做不到真正意義上的功能靈活快捷擴展，難以滿足現(xiàn)代工程應(yīng)用需求多變、建設(shè)周期短的新特性。雖然，市場上有一些功能較豐富的RTU產(chǎn)品，但這些產(chǎn)品在出廠時就將各功能固化到產(chǎn)品內(nèi)部，用戶不能有選擇的去掉冗余功能，造成設(shè)備成本增加和能耗增大，用戶也難以整合這些冗余功能，導致資源浪費。以上因素限制了現(xiàn)有RTU產(chǎn)品的靈活應(yīng)用
發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提出了一種可靈活實現(xiàn)功能擴展的模塊化RTU及其快速定制方法。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案
一種模塊化的RTU，包括安裝有核心軟件系統(tǒng)的本體模塊、電源模塊、通用1/0接口模塊、特殊功能接口模塊，其中，本體模塊設(shè)有第一通用1/0接口區(qū)、第一特殊功能1/0接口區(qū)和第一級聯(lián)接口區(qū)，所述的第一特殊功能1/0接口區(qū)設(shè)置有電源接口和其他特殊功能1/0接口，第一級聯(lián)接口區(qū)的接口與第一通用1/0接口區(qū)的接口相導通；通用1/0接口模塊設(shè)有第二通用1/0接口區(qū)和第二級聯(lián)接口區(qū)，第二通用1/0接口區(qū)和第二級聯(lián)接口區(qū)的接口相導通；特殊功能接口模塊設(shè)有與第一特殊功能1/0接口區(qū)對應(yīng)的第二特殊功能1/0接口區(qū)和第三級聯(lián)接口區(qū)；電源模塊通過電源接口與本體模塊以可拆卸方式相連；通用I/o接口模塊通過級聯(lián)接口區(qū)的接口與本體模塊、特殊功能I/o接口模塊或其他通用I/o接口模塊以可拆卸的方式相連；特殊功能I/o接口模塊通過級聯(lián)接口區(qū)和特殊功能1/0接口區(qū)的接口與本體模塊上對應(yīng)的級聯(lián)接口和特殊功能I/o接口以可拆卸方式相連。所述的可拆卸方式為扁平線纜插拔連接或底板組裝連接。上述本體模塊包括安裝有核心軟件系統(tǒng)的處理器單元、通訊單元、存儲單元、可移動存儲介質(zhì)接口、通用I/o接口、特殊功能接口和電源接口，通用I/O接口、特殊功能接口分別位于本體模塊的第一通用I/O接口區(qū)、第一特殊功能I/O接口區(qū)，通訊單元、存儲單元、可移動存儲介質(zhì)接口、通用I/o接口、特殊功能接口和電源接口均與處理器單元相連接。上述第一和第二通用I/O接口模塊包括多種類型通用信號輸入輸出接口模塊，有模擬量輸入輸出模塊、開關(guān)量輸入輸出模塊、脈沖量輸入輸出模塊，也有不同類型通用信號的混合輸入輸出模塊。上述特殊功能模塊包括近場通信接口模塊、串口接口模塊、音頻接口模塊、USB接口模塊和視頻接口模塊中的至少一種。根據(jù)外部設(shè)備信號的應(yīng)用端口需求，將通用i/o接口模塊、特殊功能模塊與本體模塊進行組裝后，上電后由本體模塊完成組裝模塊的識別。上述RTU的快速定制方法，包括步驟
步驟一，根據(jù)外部設(shè)備信號的應(yīng)用端口需求，在本體模塊的第一通用I/o接口區(qū)部署第一通用I/o接口，在本體模塊的第一特殊功能I/O接口區(qū)部署第一特殊功能I/O接口，在本體模塊的第一級聯(lián)接口區(qū)部署第一級聯(lián)接口，并將第一通用I/o接口與第一級聯(lián)接口導通，所述的通用I/o信號包括標準模擬量、開關(guān)量、脈沖量和數(shù)字量，所述的第一特殊功能I/o接口包括電源接口 ；
步驟二，根據(jù)外部設(shè)備信號的應(yīng)用端口需求，在通用I/o接口模塊的第二通用I/O接口區(qū)設(shè)置第二通用I/o接口，在第二級聯(lián)接口區(qū)設(shè)置第二級聯(lián)接口，并將第二通用I/O接口和第二級聯(lián)接口導通；
步驟三，根據(jù)外部設(shè)備信號的應(yīng)用端口需求，在特殊功能接口模塊的第二特殊功能I/o接口區(qū)設(shè)置與第一特殊功能I/o接口區(qū)的接口對應(yīng)的第二特殊功能I/O接口，在第三級聯(lián)接口區(qū)設(shè)置第三級聯(lián)接口，后續(xù)擴展依此類推；
步驟四，在電源模塊上部署與本體模塊相對應(yīng)的電源接口；
步驟五，通過電源接口將電源模塊以可拆卸方式連接至本體模塊，通過級聯(lián)接口將通用I/o接口模塊以可拆卸方式連接至本體模塊、特殊功能模塊或其他通用I/O接口模塊，通過級聯(lián)接口區(qū)和特殊功能I/o接口區(qū)的接口將特殊功能接口模塊以可拆卸的方式連接至本體模塊的對應(yīng)接口上；
步驟六，將外部信號掛載到與其應(yīng)用端口功能對應(yīng)的設(shè)備外部信號接口區(qū)的信號接口上，所述的設(shè)備外部信號接口區(qū)為本體模塊的第一通用I/o接口區(qū)和第一特殊功能I/O接口區(qū)、通用I/o接口模塊的第二通用I/O接口區(qū)和特殊功能接口模塊的第二特殊功能I/O接口區(qū)；
步驟七，上電后本體模塊根據(jù)連接的通用I/o接口模塊和特殊功能模塊，自動完成組裝模塊的識別和配置，各模塊自動管理掛載到該模塊端口上的外部信號。步驟六中，采用緊固轉(zhuǎn)接頭將外部信號端口與設(shè)備外部信號接口區(qū)的接口連接。步驟七中，自動完成組裝模塊的識別和配置具體為
本體模塊自動識別電源模塊、通用I/o接口模塊、特殊功能接口模塊的加載和卸載，并對加載模塊的初始參數(shù)統(tǒng)一配置，測試各掛載模塊的功能，并根據(jù)測試情況調(diào)整設(shè)備外部信號端口參數(shù)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果1、本發(fā)明中的RTU打破了傳統(tǒng)RTU中，每種RTU只能面向一種特定應(yīng)用的設(shè)計局限。本RTU的軟硬件可裁剪，不同的應(yīng)用需求通過不同的組合即可實現(xiàn)，通用性強，擴大了系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。2、功能可定制。根據(jù)監(jiān)測對象和現(xiàn)場應(yīng)用環(huán)境的不同需求，通過靈活的模塊組合，使軟硬件資源重新配置，達到功能可定制的目的。3、積木式模塊組合方法。本發(fā)明的RTU組合方法采用松耦合的模塊化架構(gòu)，拆卸便捷，輕松應(yīng)對工程應(yīng)用需求的變化，提高了系統(tǒng)現(xiàn)場設(shè)計和安裝效率。4、模塊之間互連簡單。有兩種連接方式，通過底板總線或數(shù)據(jù)線纜連接，連接便捷。5、參數(shù)可自動配置。采用智能化處理模塊，加裝和拆除模塊后，軟件自動識別和配
置，無需人工干預。6、低能耗。按需定制的方法，減少了軟硬件的不必要冗余，降低系統(tǒng)的運行能耗，比傳統(tǒng)的RTU更節(jié)能。7、低成本。系統(tǒng)按需設(shè)計、按需組合，避免了不必要的設(shè)備資源浪費，同時軟硬件模塊的高度可重用性，降低了應(yīng)用成本。8、使用維護簡單。由于模塊間耦合松散度高，運行過程中出現(xiàn)的問題容易發(fā)現(xiàn)、定位和隔離，現(xiàn)場維修更換方便快捷，減小后期維護難度，有效的降低了平均維護時間。


圖1為本體模塊俯視 圖2為本體模塊的邏輯結(jié)構(gòu)框架 圖3為電源接口模塊俯視 圖4為電源接口模塊的邏輯結(jié)構(gòu)框架 圖5為視頻接口模塊的俯視 圖6為視頻接口模塊的邏輯結(jié)構(gòu)框架 圖7為通用I/O接口模塊的俯視 圖8為通用I/O接口模塊的邏輯結(jié)構(gòu)框架 圖9為近場通信接口模塊的俯視 圖10為近場通信接口模塊的邏輯結(jié)構(gòu)框架 圖11為本發(fā)明具體實施的組裝圖。圖中，I —通用I/O接口區(qū)，2a、2b —級聯(lián)接口區(qū)，3a、3b —視頻信號轉(zhuǎn)接接口區(qū)，3 一視頻信號接口區(qū)，4a、4b —電源狀態(tài)信號接口區(qū)，5 —電源輸入接口區(qū)。
具體實施例方式本發(fā)明將RTU的基礎(chǔ)接口單元通用化、核心處理單元管理智能化，構(gòu)建了一個通用智能化的本體模塊，以此本體模塊為基礎(chǔ)，其他外部設(shè)備模塊可根據(jù)具體應(yīng)用定制，快速增減終端功能，實現(xiàn)RTU的快捷靈活組裝。下面將結(jié)合具體實施方式
對本發(fā)明做進一步說明。本具體實施RTU包括安裝有核心軟件系統(tǒng)的本體模塊、電源模塊、通用I/O接口模塊和特殊功能接口模塊。本體模塊設(shè)有第一通用I/o接口區(qū)、第一特殊功能I/O接口區(qū)和第一級聯(lián)接口區(qū)，第一級聯(lián)接口區(qū)的接口與第一通用I/o接口區(qū)的接口相導通，所述的第一特殊功能I/o接口區(qū)設(shè)置有電源接口和其他特殊功能I/O接口 ；通用I/O接口模塊設(shè)有第二通用I/o接口區(qū)和第二級聯(lián)接口區(qū)，第二通用I/O接口區(qū)和第二級聯(lián)接口區(qū)的接口相導通；特殊功能接口模塊設(shè)有與第一特殊功能I/o接口區(qū)對應(yīng)的第二特殊功能I/O接口區(qū)和第三級聯(lián)接口區(qū)；后續(xù)擴展依此類推；電源模塊通過電源接口與本體模塊以可拆卸方式相連；通用I/o接口模塊通過級聯(lián)接口區(qū)的接口與本體模塊、特殊功能接口模塊或其他通用I/o接口模塊以可拆卸的方式相連；特殊功能接口模塊通過級聯(lián)接口區(qū)和特殊功能接口區(qū)的接口與本體模塊上對應(yīng)的級聯(lián)接口和特殊功能接口以可拆卸方式相連。所述的可拆卸方式為扁平線纜插拔連接或底板組裝連接。本體模塊包括處理器單元、通訊單元、存儲單元、通用I/O接口、特殊功能I/O接口和電源接口，還包括可移動存儲介質(zhì)的接口，用來與外界可移動存儲介質(zhì)進行數(shù)據(jù)傳輸。通訊單元、存儲單元、可移動存儲介質(zhì)接口、通用I/o接口、特殊功能接口和電源接口均與處理器單元相連接，通用I/o接口、特殊功能I/O接口分別位于本體模塊的第一通用I/O接口區(qū)、第一特殊功能I/o接口區(qū)。本體模塊中的存儲單元包括RAM (隨機存儲器)和Flash (閃爍存儲器)。本體模塊的外部接口引腳包括通用I/O接口引腳、特殊功能I/O接口引腳和級聯(lián)接口引腳，通用I/O接口引腳和級聯(lián)接口引腳采用導體連通，外部設(shè)備的通用I/O信號通過級聯(lián)接口與本體模塊的通用I/O接口引腳連通，外部設(shè)備的特殊I/O信號則直接連接本體模塊的特殊功能I/O接口引腳。通用I/O接口模塊是對本體模塊中通用I/O接口的擴展，通用I/O接口模塊設(shè)有通用I/o接口區(qū)和級聯(lián)接口區(qū)，通用I/O接口模塊的通用I/O接口引腳設(shè)于通用I/O接口區(qū)，級聯(lián)接口區(qū)設(shè)有用來進行模塊間級聯(lián)的級聯(lián)接口引腳。外部設(shè)備通過其I/o信號引腳與通用I/o接口模塊的通用I/O接口引腳使用導線一一對應(yīng)連接，級聯(lián)接口引腳根據(jù)實際應(yīng)用需求可與特殊功能接口模塊或其他通用I/o接口模塊相連接，以實現(xiàn)模塊間級聯(lián)。本具體實施中，電源模塊設(shè)有相互導通電源輸出接口和電源狀態(tài)信號接口，見圖3和圖4，電源輸入接口區(qū)5的接口連接電源，電源狀態(tài)信號接口區(qū)4a的接口連接本體模塊上對應(yīng)的電源狀態(tài)信號接口區(qū)4b的接口，電源狀態(tài)信號接口屬于特殊功能I/O接口，因此設(shè)置在本體模塊的特殊功能I/O接口區(qū)。本具體實施中，特殊功能接口模塊包括近場通信接口模塊和視頻接口模塊兩個特殊I/o接口模塊，各特殊功能接口模塊均包括特殊功能I/o接口引腳和用來模塊間級聯(lián)的級聯(lián)接口弓I腳，特殊功能I/o接口引腳設(shè)在特殊功能接口模塊的特殊功能I/O接口區(qū)，級聯(lián)接口設(shè)置在特殊功能模塊的級聯(lián)接口區(qū)。掛載外部設(shè)備時，將外部設(shè)備的特殊信號引腳與特殊功能接口模塊的特殊功能I/o接口引腳使用導體一一對應(yīng)連接，特殊功能接口模塊可通過級聯(lián)接口引腳與其他模塊(可以為本體模塊、通用I/o接口模塊或其他特殊功能接口模塊)的級聯(lián)接口引腳對應(yīng)連接，以實現(xiàn)模塊間的級聯(lián)。
本發(fā)明中本體模塊、電源模塊、通用I/O接口模塊和特殊功能模塊之間均以可拆卸方式連接，例如，通過扁平線纜插拔連接或通過底板組裝連接?？筛鶕?jù)實際使用外部設(shè)備的I/O接口類型設(shè)計通用I/O接口模板上的接口布局，當更改外部設(shè)備時，卸載原通用I/o接口模塊，再裝載適合的模塊即可。為了直觀通俗地展示本發(fā)明核心，下面將結(jié)合幾種具體實施例詳細闡述本發(fā)明RTU的設(shè)計思路、構(gòu)建過程和使用過程。一、本體模塊
本體模塊的構(gòu)建以最小化系統(tǒng)為原則。本體模塊的硬件主要包括CPU、RAM、ROM、通訊單元和電源單元，ROM用于存儲核心軟件系統(tǒng)鏡像和數(shù)據(jù)。此外，為了程序升級和大數(shù)據(jù)存儲，本體模塊上可設(shè)置移動存儲介質(zhì)接口用來連接可移動存儲介質(zhì)，如SD、MMC、SDHC卡，以導入升級程序安裝包或存儲歷史大數(shù)據(jù)。同時，對CPU的I/O、功能接口以及相關(guān)總線，要與通用I/O接口模塊和特殊功能模塊的級聯(lián)接口的數(shù)量、規(guī)格和功能對應(yīng)。本體模塊CPU引腳以標準引腳形式(如，2. 54mm直插或1. 27mm直插)封裝引出，弓丨出時，需根據(jù)通用I/O接口模塊和特殊功能模塊中接口的功能區(qū)域劃分對本體模塊的引腳進行功能區(qū)域?qū)?yīng)。本體模塊、通用I/O接口模塊和特殊功能模塊均采用相同規(guī)格的接口，例如，接口間距均是2. 54_或1. 27_直插，通過扁平線纜插拔連接或通過底板組裝連接。通用I/O接口模塊或特殊功能模塊通過可拆卸方式裝載到本體模塊上后，裝載本體模塊供電模塊，并通過本體模塊的運行指示，如LED燈或/和蜂鳴器或/和液晶屏，測試硬件電路是否導通，并根據(jù)測試結(jié)果進行相應(yīng)調(diào)整。二、通用I /0接口模塊
根據(jù)最終RTU產(chǎn)品的規(guī)格確定通用I/O接口模塊的規(guī)格，并規(guī)劃通用I/O接口模塊上的接口布局。接口布局為兩部分設(shè)置有級聯(lián)接口的級聯(lián)接口區(qū)和設(shè)置有通用I/O接口的通用I/O接口區(qū)，所述的通用I/O接口用來連接外部設(shè)備信號，級聯(lián)接口區(qū)和通用I/O接口區(qū)的接口引腳根據(jù)傳輸信號類型一一對應(yīng)連接，見圖7 8。通用I/O接口和級聯(lián)接口均采用統(tǒng)一標準規(guī)格，級聯(lián)接口引腳用來與本體模塊處理器接口總線引腳相連，通用I/O接口引腳用來與外部設(shè)備通用I/O接口引腳相連。根據(jù)本體模塊處理器引腳類型及其排列順序在通用I/O接口模塊的模塊級聯(lián)接口區(qū)部署接口 ；根據(jù)待掛載的外部信號所有的端口應(yīng)用需求，在通用I/O接口模塊的設(shè)備外部信號接口區(qū)部署接口 ；將通用I/o接口模塊的模塊級聯(lián)接口和通用I/O接口區(qū)內(nèi)的接口根據(jù)引腳功能一一對應(yīng)連接，即將引腳功能相同的引腳進行連接。三、特殊功能接口模塊
本具體實施中，特殊功能接口模塊包括近場通信接口模塊和視頻接口模塊。根據(jù)最終RTU產(chǎn)品的規(guī)格確定特殊功能模塊的規(guī)格，并規(guī)劃特殊功能模塊上的接口布局。接口布局為兩部分設(shè)置有特殊功能I/O接口的特殊功能I/O接口區(qū)和設(shè)置有級聯(lián)接口的級聯(lián)接口區(qū)。級聯(lián)接口區(qū)的接口引腳用來與本體模塊處理器接口總線引腳相連，特殊功能I/O接口區(qū)的接口引腳用來與外部特殊設(shè)備I/O接口引腳相連，如電源、攝像機、Zigbee、數(shù)字設(shè)備等，上述兩接口區(qū)的接口引腳內(nèi)部根據(jù)傳輸信號類型一一對應(yīng)連接，即將傳輸信號類型相同的引腳進行連接。根據(jù)本體模塊處理器引腳類型將特殊功能模塊上接口分為特殊功能信號I/O接口和模塊間級聯(lián)的接口，根據(jù)本體模塊處理器引腳類型及其排列順序在特殊功能模塊的模塊級聯(lián)接口區(qū)部署接口。根據(jù)待掛載的外部信號的端口應(yīng)用需求，在特殊功能模塊的設(shè)備外部特殊功能信號I/o接口區(qū)部署接口。下面將以基于ARM9的三星S3C2440 (本體模塊處理器)為例來具體說明通用I/O接口模塊和特殊功能接口模塊上接口的部署。S3C2440 芯片有 GPIO、ADC 通用 I/O 接口及 Camera、SP1、11S-BUS, 11C-BUS, LCD、Interrupt、USB HOST、USB Device、UART等特殊功能接口，則在通用I/O接口模塊的通用I/O接口區(qū)部署GPIO和ADC通用I/O接口，在特殊功能接口模塊的特殊功能I/O接口區(qū)部署 Camera、SP1、11S-BUS, LCD、Interrupt、UART 等特殊功能 I/O 接口。本體模塊接 口區(qū)的各特殊功能I/O接口與S3C2440芯片的特殊功能接口按順序一一對應(yīng)連接。對于本體模塊接口區(qū)的各特殊功能I/O接口，將它們引出到通用I/O接口模塊和特殊功能模塊的設(shè)備外部信號接口區(qū)，特殊功能接口引出時，各特殊功能接口引腳按其在S3C2440芯片上的區(qū)位劃分排放，可以與同一個或不同的特殊功能模塊引腳相對應(yīng)連接。四、組裝模塊的識別和配置
本體模塊還包括組裝模塊的識別和配置功能，該功能用來對加載在總線上的通用I/O接口模塊和特殊功能接口模塊自動識別和配置，此功能由本體模塊內(nèi)設(shè)備管理組件完成。本體模塊集成所有接口模塊驅(qū)動(包括通用I/o接口模塊和特殊功能I/O接口模塊)的驅(qū)動，設(shè)備管理組件整合這些接口模塊驅(qū)動，并添加相應(yīng)的接口模塊端口配置管理。當有模塊裝載到端口上時，設(shè)備管理組件識別出裝載模塊，并開啟對應(yīng)的端口管理功能，調(diào)整各模塊參數(shù)。設(shè)備管理組件主要有兩個作用，一是監(jiān)視各個端口的運行情況，二是對端口的參數(shù)值進行相應(yīng)配置。本發(fā)明的RTU上電后，當有模塊連接到總線上時，本體模塊上運行的設(shè)備管理組件對裝載的模塊進行識別，并對模塊裝載的端口進行統(tǒng)一配置。對接口模塊的管理分為通用I/o接口模塊管理和特殊功能I/O接口模塊管理兩類。對通用I/O接口模塊管理以一個完整通用I/o接口模塊為集合，以單個接口為單位進行管理，當接有設(shè)備的通用I/O接口模塊裝載到RTU上時，設(shè)備管理組件識別出有通用I/O接口模塊被裝載，然后由操作者通過設(shè)備管理組件設(shè)定此I/O接口映射，并使用設(shè)備管理組件中的參數(shù)管理模塊進行相應(yīng)的參數(shù)調(diào)整；對特殊功能I/O接口是以構(gòu)成此特殊功能所有I/O接口的集合作為基本單位進行管理，當接有設(shè)備的特功能殊I/O接口模塊裝載到RTU時，設(shè)備管理組件自動識別出有特殊能殊I/O接口模塊被裝載，然后由操作者通過設(shè)備管理組件設(shè)定此特殊功能I/O接口集合映射(一個特殊能殊I/O接口模塊上可以包含有多個特殊功能I/O接口集合)。以串口和ADC端口為例，對兩者的管理具體如下
串口的通訊中主要涉及參數(shù)波特率、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗、停止位等，當接有串口通訊設(shè)備的串口接口模塊接入到RTU上后，設(shè)備管理組件識別到有串口接口模塊被裝載，設(shè)備管理組件上會添加對此串口接口模塊上所有串口的管理配置，然后操作者設(shè)定接入的串口映射關(guān)系，隨后可通過參數(shù)管理模塊調(diào)整串口設(shè)備所需的參數(shù)值，然后由參數(shù)管理模塊將這些參數(shù)值轉(zhuǎn)化為一系列對應(yīng)的寄存器值，并寫入寄存器。ADC端口是模擬量輸入的通道，主要涉及采樣頻率等參數(shù)，由于ADC端口是通用I/0端口，當接有模擬量信號輸入的通用I/o接口模塊裝載到RTU上時，設(shè)備管理組件檢測到有有通用I/o接口模塊被裝載，設(shè)備管理組件會添加對此通用I/O接口模塊所有端口的管理功能，操作者通過設(shè)備管理組件設(shè)定這個模擬信號的端口映射，然后使用設(shè)備管理組件的參數(shù)管理模塊調(diào)整對應(yīng)端口采樣頻率，這個采樣頻率由參數(shù)管理模塊內(nèi)部自動轉(zhuǎn)化為一系列對應(yīng)的寄存器值，并寫入寄存器。當使用時，需要根據(jù)外部設(shè)備的應(yīng)用端口需求對系統(tǒng)的功能要求進行一一測試是否能正確采集所需的信息。測試時，按照模塊逐步添加的原則進行。因為是由核心軟件系統(tǒng)統(tǒng)一管理底層硬件資源，且硬件都是模塊化設(shè)計，所以，無須使用在線編程方式對系統(tǒng)模塊進行功能測試。通過終端或Web Server的方式接入本體模塊的操作系統(tǒng)，然后運行核心軟件系統(tǒng)統(tǒng)一提供的硬件資源訪問控制方法，對每一個外部設(shè)備進行功能測試，如有問題，采用參數(shù)管理模塊調(diào)整相關(guān)參數(shù)。當使用時，需要根據(jù)外部設(shè)備的應(yīng)用端口需求對系統(tǒng)的功能要求進行一一測試是否能正確采集所需的信息。測試時，按照模塊逐步添加的原則進行。因為是由核心軟件系統(tǒng)統(tǒng)一管理底層硬件資源，且硬件都是模塊化設(shè)計，所以，無須使用在線編程方式對系統(tǒng)模塊進行功能測試。通過終端或Web Server的方式接入本體模塊的操作系統(tǒng)，然后運行核心軟件系統(tǒng)統(tǒng)一提供的硬件資源訪問控制方法，對每一個外部設(shè)備進行功能測試，如有問題，采用參數(shù)管理模塊調(diào)整相關(guān)參數(shù)。以ADC模擬量輸入為例，使用終端運行一個測試用的模擬量采樣程序，如果在測試中發(fā)現(xiàn)采樣數(shù)據(jù)數(shù)量少于實際輸入頻率，則說明預設(shè)的采樣頻率過低，采用對應(yīng)的參數(shù)管理模塊設(shè)置一個大一些的采樣頻率，再進行測試，直到測試數(shù)據(jù)無誤。對于運行期間需要增加的外部功能，只需選好對應(yīng)的外部設(shè)備，根據(jù)外部設(shè)備的應(yīng)用端口功能掛載到相應(yīng)模塊對應(yīng)的功能分區(qū)接口上，然后采用對應(yīng)的參數(shù)管理模塊調(diào)整相關(guān)參數(shù)，測試運行即可。
下面將結(jié)合附圖1 8中的具體模塊對本發(fā)明做進一步說明。圖1為本體模塊具體實施的俯視圖，圖2為其邏輯結(jié)構(gòu)框圖，其中，I區(qū)表示通用I/O接口區(qū)，2a區(qū)表示級聯(lián)接口區(qū)，3a區(qū)、4b區(qū)均為特殊功能I/O接口區(qū)，其中，3a區(qū)表示視頻信號轉(zhuǎn)接接口區(qū)，4b區(qū)表示電源狀態(tài)信號接口區(qū)，本體模塊接口區(qū)內(nèi)所設(shè)接口均與CPU相連。圖3為電源接口模塊具體實施的俯視圖，圖4為其邏輯結(jié)構(gòu)框圖，其中，5區(qū)表示電源輸入接口區(qū)，其中的接口用來與電源相連，4a區(qū)為電源狀態(tài)信號接口區(qū)，其中的接口用來連接本體模塊上對應(yīng)的電源狀態(tài)信號接口 4b，電源接口模塊中電源輸入接口區(qū)和電源狀態(tài)信號接口區(qū)的接口相互連通。圖5為視頻接口模塊具體實施的俯視圖，圖6為其邏輯結(jié)構(gòu)框圖，其中，I區(qū)為通用I/O接口區(qū)，2a和2b區(qū)為級聯(lián)接口區(qū)，3區(qū)為視頻信號接口區(qū)，3b區(qū)為視頻信號轉(zhuǎn)接口區(qū)，通用I/O接口區(qū)和級聯(lián)接口區(qū)的接口相互導通，視頻信號接口區(qū)和視頻信號轉(zhuǎn)接口區(qū)的接口相互導通。圖7為通用I/O接口模塊具體實施的俯視圖，圖8為其邏輯結(jié)構(gòu)框圖，其中，I區(qū)為通用I/O接口區(qū)，2a和2b區(qū)為級聯(lián)接口區(qū)，通用I/O接口區(qū)和2a級聯(lián)接口區(qū)的接口均與2b級聯(lián)接口區(qū)的接口相互導通。
圖9為近場通信接口模塊俯視圖，圖10為其邏輯結(jié)構(gòu)框圖，其中，I區(qū)為通用I/O接口區(qū)，2a和2b區(qū)為級聯(lián)接口區(qū)，通用I/O接口區(qū)和2a級聯(lián)接口區(qū)的接口均與2b級聯(lián)接口區(qū)的接口相互導通。組裝上述本體模塊、電源接口模塊、視頻接口模塊、通用I/O接口模塊和近場通信接口模塊，所有模塊均以可拆卸方式進行組裝連接，具體如下
將視頻接口模塊的2b和3b區(qū)的接口分別與本體模塊的2a和3a區(qū)的接口對應(yīng)連接，由于3區(qū)和3b區(qū)的接口相互導通，因此外部設(shè)備的視頻信號通過3區(qū)的視頻信號接口引腳與3b區(qū)的視頻信號轉(zhuǎn)接引腳連通，從而進入本體模塊的CPU ;組裝視頻接口模塊后，將通用I/0接口模塊2b區(qū)的級聯(lián)接口與視頻接口模塊的2a區(qū)的級聯(lián)接口相連，外部設(shè)備的通用I/O信號接口連接通用I/O接口模塊2a區(qū)的級聯(lián)接口 ；將電源模塊的4a區(qū)的接口與本體模塊4b區(qū)的接口相連，然后，將近場通信接口模塊I區(qū)的接口與電源接口模塊4a區(qū)的接口相導通，外部設(shè)備通過轉(zhuǎn)接頭與近場通信接口模塊2a區(qū)的接口連接。組裝后示意圖見圖11，其中，I為本體模塊，II為電源接口模塊，III為視頻接口模塊，IV為通用I/O接口模塊。當需要加載其他模塊時，根據(jù)實際情況可通過通用I/O接口模塊2a區(qū)的級聯(lián)接口進行加載，也可通過近場通信接口模塊的級聯(lián)接口進行模塊加載。
權(quán)利要求
1.一種模塊化RTU，其特征在于包括安裝有核心軟件系統(tǒng)的本體模塊、電源模塊、通用I/o接口模塊、特殊功能I/O接口模塊，其中，本體模塊設(shè)有第一通用I/o接口區(qū)、第一特殊功能I/O接口區(qū)和第一級聯(lián)接口區(qū)，所述的第一特殊功能I/o接口區(qū)設(shè)置有電源接口和其他特殊功能I/O接口，第一級聯(lián)接口區(qū)的接口與第一通用I/o接口區(qū)的接口相導通；通用I/O接口模塊設(shè)有第二通用I/O 接口區(qū)和第二級聯(lián)接口區(qū)，第二通用I/o接口區(qū)和第二級聯(lián)接口區(qū)的接口相導通；特殊功能I/o接口模塊設(shè)有與第一特殊功能I/O接口區(qū)對應(yīng)的第二特殊功能I/O接口區(qū)和第三級聯(lián)接口區(qū)；電源模塊通過電源接口與本體模塊以可拆卸方式相連；通用I/o接口模塊通過級聯(lián)接口區(qū)的接口與本體模塊、特殊功能I/o接口模塊或其他通用I/O接口模塊以可拆卸的方式相連；特殊功能I/o接口模塊通過級聯(lián)接口區(qū)和特殊功能I/O接口區(qū)的接口與本體模塊上對應(yīng)的級聯(lián)接口和特殊功能I/o接口以可拆卸方式相連。
2.如權(quán)利要求1所述的模塊化RTU，其特征在于所述的可拆卸方式為扁平線纜插拔連接或底板組裝連接。
3.如權(quán)利要求1所述的模塊化RTU，其特征在于所述的本體模塊包括處理器單元、存儲單元、通訊單元、可移動存儲介質(zhì)接口、通用I/o 接口、特殊功能I/o接口和電源接口，并安裝有核心軟件系統(tǒng)，通用I/O接口、特殊功能I/O 接口分別位于本體模塊的第一通用I/o接口區(qū)、第一特殊功能I/O接口區(qū)，通訊單元、存儲單元、可移動存儲介質(zhì)接口、通用I/O接口、特殊功能I/O接口和電源接口均與處理器單元相連接。
4.如權(quán)利要求1所述的模塊化RTU，其特征在于所述的第一和第二通用I/o接口區(qū)設(shè)有多種類型信號的通用I/O接口。
5.如權(quán)利要求4所述的模塊化RTU，其特征在于所述的通用I/o接口包括模擬量I/O接口、開關(guān)量I/O接口、脈沖量I/O接口中的至少一種。
6.如權(quán)利要求1所述的模塊化RTU，其特征在于所述的第一和第二通用I/o接口區(qū)設(shè)有不同類型信號混合的通用I/O接口。
7.如權(quán)利要求1所述的模塊化RTU，其特征在于所述的特殊功能接口模塊包括近場通信接口模塊、串口接口模塊、音頻接口模塊、USB 接口模塊和視頻接口模塊中的至少一種。
8.如權(quán)利要求1 7中任一項所述的模塊化RTU的快速定制方法，其特征在于，包括步驟步驟一，根據(jù)外部設(shè)備信號的應(yīng)用端口需求，在本體模塊的第一通用I/o接口區(qū)部署第一通用I/o接口，在本體模塊的第一特殊功能I/O接口區(qū)部署第一特殊功能I/O接口，在本體模塊的第一級聯(lián)接口區(qū)部署第一級聯(lián)接口，并將第一通用I/o接口與第一級聯(lián)接口導通，所述的通用I/o信號包括標準模擬量、開關(guān)量、脈沖量和數(shù)字量，所述的第一特殊功能 I/o接口包括電源接口 ；步驟二，根據(jù)外部設(shè)備信號的應(yīng)用端口需求，在通用I/o接口模塊的第二通用I/O接口區(qū)設(shè)置第二通用I/o接口，在第二級聯(lián)接口區(qū)設(shè)置第二級聯(lián)接口，并將第二通用I/O接口和第二級聯(lián)接口導通；步驟三，根據(jù)外部設(shè)備信號的應(yīng)用端口需求，在特殊功能接口模塊的第二特殊功能I/O 接口區(qū)設(shè)置與第一特殊功能I/o接口區(qū)的接口對應(yīng)的第二特殊功能I/O接口，在第三級聯(lián)接口區(qū)設(shè)置第三級聯(lián)接口；步驟四，在電源模塊上部署與本體模塊相對應(yīng)的電源接口；步驟五，通過電源接口將電源模塊以可拆卸方式連接至本體模塊，通過級聯(lián)接口將通用I/o接口模塊以可拆卸方式連接至本體模塊、特殊功能模塊或其他通用I/O接口模塊，通過級聯(lián)接口區(qū)和特殊功能I/o接口區(qū)的接口將特殊功能接口模塊以可拆卸的方式連接至本體模塊的對應(yīng)接口上；步驟六，將外部信號掛載到與其應(yīng)用端口功能對應(yīng)的設(shè)備外部信號接口區(qū)的信號接口上，所述的設(shè)備外部信號接口區(qū)為本體模塊的第一通用I/o接口區(qū)和第一特殊功能I/O接口區(qū)、通用I/o接口模塊的第二通用I/O接口區(qū)和特殊功能接口模塊的第二特殊功能I/O 接口區(qū)；步驟七，上電后本體模塊根據(jù)連接的通用I/o接口模塊和特殊功能模塊，自動完成組裝模塊的識別。
9.如權(quán)利要求8所述的快速定制方法，其特征在于步驟七中，完成組裝模塊的自動識別并進行配置具體為本體模塊自動識別電源模塊、通用I/o接口模塊、特殊功能I/O接口模塊的加載和卸載，并對加載模塊的初始參數(shù)統(tǒng)一配置，測試各掛載模塊的功能，并根據(jù)測試情況調(diào)整設(shè)備外部信號端口參數(shù)。
10.如權(quán)利要求8所述的快速定制方法，其特征在于步驟六中，采用緊固轉(zhuǎn)接頭將外部信號端口與設(shè)備外部信號接口區(qū)的接口連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種模塊化RTU及其快速定制方法，包括本體模塊、電源模塊、通用I/O接口模塊、特殊功能接口模塊；本體模塊外部接口分為通用I/O接口區(qū)和用于連接其他模塊的特殊功能接口區(qū)，特殊功能模塊包含特殊功能信號I/O接口區(qū)和模塊間級聯(lián)的接口區(qū)，模塊之間以可拆卸方式連接，本體模塊與其他模塊通過特殊功能接口區(qū)連接，其他模塊之間通過模塊間級聯(lián)的接口區(qū)互聯(lián)，模塊組裝后的自動識別和配置由本體模塊完成。本發(fā)明將RTU的基礎(chǔ)接口單元通用化、核心處理單元管理智能化，構(gòu)建了通用智能化的本體模塊，以此本體模塊為基礎(chǔ)，其他外部設(shè)備模塊可根據(jù)具體應(yīng)用定制并以可拆卸方式裝卸，實現(xiàn)RTU的快捷靈活組裝和應(yīng)用功能的快速增減。
文檔編號G06F1/16GK103049052SQ201310015759
公開日2013年4月17日 申請日期2013年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月16日
發(fā)明者劉樹波, 劉夢君, 涂國慶, 蔡朝輝 申請人:武漢大學