CN103955158B - 一种远程遥测终端控制器及系统启动方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种远程遥测终端控制器及系统启动方法。本发明所公开的远程遥测终端控制器包括微处理器、通讯模块、数据采集控制模块、存储模块、硬件看门狗、电源模块，所述存储模块其包括主存储、副存储、内存，所述主存储、副存储、内存均分别与微处理器相连，所述主存储用于存储操作系统；所述副存储用于存储与主存储相同的操作系统和启动加载程序；在主存储的操作系统不能正常启动时，启动加载程序能够读取副存储的操作系统以使可控遥测终端控制器正常启动，保证远程遥测终端控制器在野外环境工作的系统启动稳定性。

Description

一种远程遥测终端控制器及系统启动方法

技术领域

本发明涉及油气生产数字化建设现场数据采集领域，尤其涉及一种远程遥测终端控制器及系统启动方法。

背景技术

随着油气生产规模的不断扩大和对生产过程自动化要求的不断提高，利用数据转换技术作为数据测量、采集处理和过程控制的基本手段，并与计算机技术、通讯技术相结合的分布式监控系统，已取代集中式系统成为操作系统硬件发展的趋势。其中，远程遥测终端控制器(RTU)作为分布式监控系统中常用的一种，其应用愈来愈普及。远程遥测终端控制器(RTU)作为体现“测控分散、管理集中”思路的产品在中国油气得到广泛的应用。

远程遥测终端控制器(RTU)是REMOTE TERMINAL UNIT的简称，用于监视、控制与数据采集的应用，集遥测、遥信、遥调、遥控功能于一体，并在各种数据采集与监视操作系统(Supervisory Control And Data Acquisit，SCADA)中得到广泛的应用。

通常，远程遥测终端控制器(RTU)是通常由中央处理单元(微处理器)、通信接口、存储单元、模拟信号输入输出单元、开关信号输入输出单元、数字信号输入输出单元、电源单元等几大部分组成。此外，根据实际应用需求，有的远程遥测终端控制器(RTU)产品也增加了一些特殊功能，如视频、硬件冗余等功能。

在工程建设现场，现有远程遥测终端控制器虽然根据不同应用场景其内部的操作系统已搭载不同的独立的程序，为行业提供方便，远程遥测终端控制器也随着技术的发展不断发展，服务于石油现场数据采集行业的远程遥测终端控制器大量安装，也广泛用在电力、水利、能源、环保、交通、地理信息系统等领域。目前，由于油气厂口地理位置分散、工况等的不同，对远程遥测终端控制器提出以下需求：

1、远程遥测终端控制器在数据采集控制现场，需要接受信号类型多样、接口点数丰富，以适应生产现场采集不同信号类型、不同生产现场信号点数差别较大的需求。

2、远程遥测终端控制器需要在通信方式上兼容不同的通信方式，用户可根据现场环境，从多种通信方式中进行选择以实现与现场控制器的互连。

3、由于油田现场多样，环境复杂，远程遥测终端控制器的在工作过程中会遭受雷击、强电流、存储器损坏等，所以更加需要远程遥测终端控制器系统的稳定。

发明内容

为解决上述现有的远程遥测终端控制器的缺陷，本发明提供一种远程遥测终端控制器，包括微处理器、通讯模块、数据采集控制模块、存储模块、硬件看门狗、电源模块，

其中，所述硬件看门狗与微处理器相连，用于监控操作系统软件程序运行状况；所述通讯模块包括通讯接口，通讯模块与微处理器相连，用于远程遥测终端控制器与外界设备进行通信；所述数据采集控制模块包括数据采集控制接口，数据采集控制模块与微处理器相连，用于远程遥测终端控制器对现场输入输出接口进行数据采集及控制；所述电源模块与微处理器相连；所述存储模块包括第一存储器、第二存储器、第三存储器，所述第一存储器、第二存储器、第三存储器均分别与微处理器相连，所述第一存储器用于存储操作系统；所述第二存储器用于存储与第一存储器相同的操作系统和启动加载程序。

根据上述技术方案，本发明通过设置第二存储器，并在第二存储器内存储与第一存储器相同的操作系统。在第一存储器内存在坏块影响其内部操作系统启动的情况下，通过第二存储器内的启动加载程序去将第二存储器内的操作系统重新写到第一存储器内再次启动，这样就可以避免第一存储器无法启动操作系统的情况下远程遥测终端控制器还能够正常运行，保证资料的收集。且，在极端情况下，第一存储器受到比较大的损坏，导致无法写入操作系统的情况下，还可以由第三存储器启动，进一步增强远程遥测终端控制器系统的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一种远程遥测终端控制器装置示意图；

图2是本发明一种远程遥测终端控制器实施例装置示意图；

图3是本发明一种远程遥测终端控制器系统启动方法流程图；

图4是本发明一种远程遥测终端控制器系统启动方法实施例流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

以下将结合说明书附图，详细描述本发明。

图1是本发明提供一种远程遥测终端控制器示意图。如图1所示，所述远程遥测终端控制器包括微处理器、通讯模块、数据采集控制模块、存储模块、硬件看门狗、电源模块，

其中，所述硬件看门狗与微处理器相连，用于监控操作系统软件程序运行状况；所述通讯模块包括通讯接口，通讯模块与微处理器相连，用于远程遥测终端控制器与外界设备进行通信；所述数据采集控制模块包括数据采集控制接口，数据采集控制模块与微处理器相连，用于远程遥测终端控制器对现场输入输出接口进行数据采集及控制；所述电源模块与微处理器相连；所述存储模块其包括第一存储器、第二存储器、第三存储器，所述第一存储器、第二存储器、第三存储器均分别与微处理器相连，所述第一存储器用于存储操作系统；所述第二存储器用于存储与第一存储器相同的操作系统和启动加载程序。

进一步地，所述第一存储器通过并行接口与微处理器连接，所述第二存储器通过串行接口与微处理器连接。

进一步地，所述第一存储器采用Nand-flash，第二存储器采用SPI-fLASH，第三存储器采用SDRAM。

进一步地，所述操作系统采用linux操作系统。

进一步地，所述启动加载程序包括：bootstrap、U-boot；所述bootstrap用于启动U-boot；U-boot用于校检操作系统及读取第二存储器内的操作系统。

进一步地，所述通讯模块包括以太网接口、RS232接口、RS485接口。

进一步地，所述以太网接口采用10/100兆自适应网络接口；所述RS232接口、RS485接口用于接收和发出符合Modbus协议的数据。

进一步地，所述数据采集控制接口包括DI接口、DO接口、AI接口、AO接口、PI接口。

进一步地，所述微处理器与通讯模块、数据采集控制模块之间设置有光电耦合器。

下面结合本发明一种远程遥测终端控制器的一种具体实施例来详细说明本发明。

图2为本发明一种远程遥测终端控制器实施例装置示意图，如图所示，所述本实施例的远程遥测终端控制器包括微处理器、硬件看门狗、存储器模块、电源模块、无线通讯模块、以太网接口、RS232接口、RS485接口、DI接口、DO接口、AI接口、AO接口、PI接口。所述硬件看门狗、电源模块、ZIGBEE通讯模块、以太网接口、RS232接口、RS485接口、DI接口、DO接口、AI接口、AO接口、PI接口分别与微处理器相连接。所述存储模块其包括第一存储器、第二存储器、第三存储器，所述第一存储器、第二存储器、第三存储器均分别与微处理器相连。

所述第一存储器为Nand-flash，其通过并行接口与微处理器相连,用于存储操作系统。所述第二存储器为SPI-flash,其通过串行接口与微处理器相连,用于存储备用操作系统和启动加载程序。第三存储器采用SDRAM，其通过并行接口与微处理器相连。

所述启动加载程序包括bootstrap和U-boot，通过bootstrap启动U-boot。通过U-boot的校检功能首先校检Nand-flash内的操作系统：

若校检正确，则远程终端控制器直接启动Nand-flash的操作系统进行运行；

若校检错误，则U-boot会读取SPI-flash内的操作系统到第三存储器，然后将第三存储器内的操作系统写到Nand-flash，进而再次校检Nand-flash内的操作系统是否正确，若校检正确，则启动Nand-flash内的操作系统，若错误，则说明Nand-flash可能已经包含大面积坏块，无法继续使用，进而此时直接启动第三存储器内的操作系统以使远程遥测终端控制器正常运行。

所述硬件看门狗与微处理器相连，用于监控本实施例远程遥测终端控制器操作系统软件程序运行状况。电源模块采用DC/DC隔离电源模块。进一步具体的说，所述DC/DC隔离电源的隔离电压可以达到2千伏DC，并允许18～36伏DC输入范围，工作效率达到86％，支持反接保护和短路保护，以降低本实施例远程遥测终端控制器系统的电磁干扰。

本实施例远程遥测终端控制器采用RS485接口、RS232接口与其他设备进行通讯，也可以通过以无线通讯方式与其他设备通讯，还可以通过以太网接口与设备通讯，并使用微处理器完成控制、采集、运算、通讯处理等全部功能。

所述RS485接口及RS232接口发送和接收符合Modbus协议的数据。接口所接收的数据传输到操作系统中，接口所发送的数据传输到远程遥测终端控制器外的其他设备。所述RS485接口、RS232接口均设有光电耦合器，所述光电耦合器用于在所述各个接口在与外部进行信号传输时，一旦遭到强烈的浪涌冲击，限制其破坏范围在本功能单元内部，其它功能单元不受影响，可继续使远程遥测终端控制器工作，达到降低浪涌破坏的目的。

所述以太网接口可以采用10/100兆自适应网络接口，用于进行远程遥测终端控制器与网络之间的数据交互。

所述ZIGBEE通讯模块发送和接收符合ZIGBEE协议的数据，以便使远程遥测终端控制器与其他无线仪表(如无线载荷、无线角位移等仪表)的互连、控制和数据交换。

进一步说明本实施例，所述通讯模块包括3路RS485接口、2路RS232接口1路以太网接口，1路ZIGBEE通讯接口。

如图2所示，所述AI接口包括AI接口、ADC装置、光电耦合器。AI接口与ADC装置相连接，ADC装置与微处理器相连，并且，ADC装置与微处理器之间设置有光电耦合器。所述ADC装置(模拟信号转数字信号装置)用于将AI接口输入的模拟信号转换为数字信号输入到微处理器中，光电耦合器用于避免AI接口受到强烈的浪涌冲击，保护本单元内其他功能单元不受影响。所述AO接口用于输出模拟信号。AO接口包括AO接口、DAC装置、光电耦合器。AO接口与ADC装置相连接，DAC装置与微处理器相连，并且，DAC装置与微处理器之间设置有光电耦合器。所述DAC装置(数字信号转模拟信号装置)用于微处理器输出的数字信号转为模拟信号并传送到AO接口进行模拟信号输出；光电耦合器用于避免AO接口受到强烈的浪涌冲击，保护本单元内其他功能单元不受影响。所述DI接口用于输入数字信号，DI接口包括DI接口及光电耦合器，DI接口与微处理器相连，并且DI接口与微处理器之间设置有光电耦合器,光电耦合器用于避免DI接口受到强烈的浪涌冲击，保护本单元内其他功能单元不受影响。所述DO接口用于输入数字信号，DO接口包括DO接口及光电耦合器，DO接口与微处理器相连，并且DO接口与微处理器之间设置有光电耦合器,光电耦合器用于避免DO接口受到强烈的浪涌冲击，保护本单元内其他功能单元不受影响。所述PI接口用于输入脉冲信号，PI接口包括PI接口及光电耦合器，PI接口与微处理器相连，并且PI接口与微处理器之间设置有光电耦合器,光电耦合器用于避免PI接口受到强烈的浪涌冲击，保护本单元内其他功能单元不受影响。

AI接口、AO接口、DI接口和DO接口还设置有自恢复保险丝以及双向瞬态电压抑制二极管(TVS管)进行防护，进一步提高接口传输数据的稳定性。

更加具体说明本实施例远程遥测终端控制器，所述AI接口采用8路模拟量输入；AO接口采用4路模拟量输出；DI接口采用8路数字量输入；DO接口采用4路数字量输出；PI接口采用4路高速脉冲计数输入。这样，远程遥测终端控制器同时可以采集8路模拟量数据、8路数字量数据、4路脉冲输入数据。

本实施例远程遥测终端控制器通过设置第二存储器，并在第二存储器内存储与第一存储器相同的操作系统。在第一存储器内存在坏块影响其内部操作系统启动的情况下，通过第二存储器内的启动加载程序去将第二存储器内的操作系统重新写到第一存储器内再次启动，这样就可以避免第一存储器无法启动操作系统的情况下远程遥测终端控制器还能够正常运行，保证资料的收集。且，在极端情况下，第一存储器受到比较大的损坏，导致无法写入操作系统的情况下，还可以由第三存储器启动，进一步增强远程遥测终端控制器系统的稳定性。

如图3所示，本发明还提供一种远程遥测终端控制器系统启动方法，应用如上述远程遥测终端控制器，其包括：

S1，启动第二存储器上的启动加载程序；

S2，所述启动加载程序校检第一存储器的操作系统，

若校检正确，则直接从第一存储器启动操作系统；

若校检不正确，则启动加载程序读取第二存储器的操作系统到第三存储器，再从第三存储器复制到第一存储器内并重新校检第一存储器的操作系统，若校检正确，则从第一存储器启动操作系统，若校检不正确，则从第三存储器启动操作系统。

下面结合说明书附图4来详细说明本发明一种远程遥测终端控制器系统启动方法。

附图4为本发明一种远程遥测终端控制器系统启动方法实施例步骤流程图。如图4所示，本实施例包括：

启动远程遥测终端控制器后，首先bootstrap启动，bootstrap启动后由bootstrap启动U-boot；U-boot启动后开始校检NAND-flash内的linux操作系统是否正确；

若U-boot校检正确，则启动NAND-flash内的操作系统，进而远程遥测终端控制器启动；

若NAND-flash内部存在坏块或收到其他影响，U-boot校检不正确，则U-boot将读取SPI-flash内的linux操作系统到SDRAM；然后，U-boot将SDRAM内的linux内的操作系统写入到NAND-flash后重新校检NAND-flash内的操作系统，若校检正确，则动NAND-flash内的操作系统，进而远程遥测终端控制器启动；若仍然校检不正确，说明NAND-flash内存在大量坏块以致不能正常使用，进而启动SDRAM内的操作系统以使远程遥测终端控制器正常启动。

本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种远程遥测终端控制器，其特征在于，包括微处理器、通讯模块、数据采集控制模块、存储模块、硬件看门狗、电源模块，

其中，所述硬件看门狗与微处理器相连，用于监控操作系统软件程序运行状况；所述通讯模块包括通讯接口，通讯模块与微处理器相连，用于远程遥测终端控制器与外界设备进行通信；所述数据采集控制模块包括数据采集控制接口，数据采集控制模块与微处理器相连，用于远程遥测终端控制器对现场输入输出接口进行数据采集及控制；所述电源模块与微处理器相连；所述存储模块包括第一存储器、第二存储器、第三存储器，所述第一存储器、第二存储器、第三存储器均分别与微处理器相连，所述第一存储器用于存储操作系统；所述第二存储器用于存储与第一存储器相同的操作系统和启动加载程序。

2.如权利要求1所述的远程遥测终端控制器，其特征在于，所述第一存储器通过并行接口与微处理器连接，所述第二存储器通过串行接口与微处理器连接。

3.如权利要求1所述的远程遥测终端控制器，其特征在于，所述第一存储器采用Nand-flash，第二存储器采用SPI-fLASH，第三存储器采用SDRAM。

4.如权利要求1所述的远程遥测终端控制器，其特征在于，所述操作系统采用linux操作系统。

5.如权利要求1所述的远程遥测终端控制器，其特征在于，所述启动加载程序包括：bootstrap、U-boot；所述bootstrap用于启动U-boot；U-boot用于校验操作系统及读取第二存储器内的操作系统。

6.如权利要求1所述的远程遥测终端控制器，其特征在于，所述通讯模块包括以太网接口、RS232接口、RS485接口。

7.如权利要求6所述的远程遥测终端控制器，其特征在于，所述以太网接口采用10/100兆自适应网络接口；所述RS232接口、RS485接口用于接收和发出符合Modbus协议的数据。

8.如权利要求1所述的远程遥测终端控制器，其特征在于，所述数据采集控制接口包括DI接口、DO接口、AI接口、AO接口、PI接口。

9.如权利要求1所述的远程遥测终端控制器，其特征在于，所述微处理器与通讯模块、数据采集控制模块之间设置有光电耦合器。

10.一种远程遥测终端控制器系统启动方法，应用如权利要求1所述远程遥测终端控制器，其特征在于，其包括：

S1，启动第二存储器上的启动加载程序；

S2，所述启动加载程序校验第一存储器的操作系统，

若校验正确，则直接从第一存储器启动操作系统；

若校验不正确，则启动加载程序读取第二存储器的操作系统到第三存储器，再从第三存储器复制到第一存储器内并重新校验第一存储器的操作系统，若校验正确，则从第一存储器启动操作系统，若校验不正确，则从第三存储器启动操作系统。