基于UML建模的通用传感器测控系统开发.docx

基于UML建模的通用传感器测控系统开发ronggang导语：本文在具体分析传感器测控系统的定义和功能需求的根底上,利用UML统一建模语言建立了通用型传感器测控系统需求模型,使用用例图对智能传感器系统的各种用户需求进展描绘摘要：随着自动化测控系统的开展,传感器测控系统的研究和开发正受到人们越来越多的关注。本文在具体分析传感器测控系统的定义和功能需求的根底上,利用UML统一建模语言建立了通用型传感器测控系统需求模型,使用用例图对智能传感器系统的各种用户需求进展描绘。并对传感器测控系统的系统构造进展了分析,使用协作图对系统各个功能模块之间的信息传递和协作关系进展了分析和描绘。并且分别对系统中的硬件模块提出了设计思路。关键字：UML,建模,测控系统balign=centerMulti-purposeSenorMeasuringandControlSystembasedontheUMLModelZHANGHui,ZHAIHongsheng/align/bAbstract:Withthedevelopmentofautomationcontrolsystem,thecontrolsystemsbasedonsensorshavebeenpaidmoreattentions.Onthebasisoftheanalysisofdefinitionandfunctionrequirementofsensorcontrolsystems,weusedtheUMLtoestablishamodelforthemulti-purposessensorcontrolsystem,anddescribetherequirementsofusersinthesystem.Wealsoanalyzedthesystemstructureofthecontrolsystem,andproposedadesignschemeforthecircuit.Keywords:UML;Modeling;ControlandMeasuringSystem.智能化传感器是一种带嵌入式微处理器的传感器,是嵌入式微处理器,智能理论和传感器相结合而成的传感器测控系统,兼有检测、判定、网络、通讯和信息处理等功能,与传统的传感器相比有很多特点:具有思维、判定和信息处理功能,能对测量值进展修正、误差补偿,可进步测量精度;具有知识,可多传感器参数进展测量综合处理;根据需要可进展自诊断和自校准,进步数据的可靠性;对测量数据进展存取使用方便;有数据通讯接口,能与微型计算机直接通讯,实现远程控制;可在网上传送数据实现全球监测控制;可实现无线传输。2传感器功能分析传感器测控系统的特点可以定义其根本功能为:1.复合敏感功能智能传感器测控系统具有复合功能,可以同时测量多种物理量和化学量,给出可以较全面反映物质运动规律的信息。2.自补偿和计算功能只要能保证传感器的重复性好,利用微处理器对测试的信号通过软件计算,采用屡次拟合和差值计算方法对漂移和非线性进展补偿,进而能获得较准确的测量结果。3.自检、自校、自诊断功能采用智能传感器测控系统,首先自诊断功能在电源接通时进展自检,诊断测试以确定组件有无故障。其次根据使用时间可以在线进展校正,微处理器利用存在EPROM内的计量特性数据进展比照校对。4.信息存储和传输传感器测控系统通过测试数据传输或者接收指令来实现各项功能。如增益的设置、补偿参数的设置、内检参数设置、测试数据输出等。3传感器系统用例分析用例建模是UML建模的一局部,也是UML里最根底的局部。用例建模的最主要功能就是用来表达系统的功能性需求或者行为。可以确定传感器在整个控制系统中的位置和互相关系如图1所示。align=center图1传感器与外界关系图/align由此,可以定义传感器测控系统的用户。操纵者:操纵者建立传感器与系统连接,上电启动传感器与系统,传感器通过通讯网络寻找控制器,由控制器确定自己身份等设定参数。用户也可以通过控制器设定特定传感器的参数。检测参数:即传感器检测物理量的参数变化,检测参数变化将引起传感器检测数据的变化,传感器测控系统将对检测数据进展转换、处理、存储,在建立与控制器通讯的根底上,进展数据传输。此外,传感器测控系统需要完成底层控制任务,需要承受控制器发送的指令和数据,即在控制器指令下,完成控制器发送数据、指令的接收、存储和执行。关联传感器:任何一个智能传感器都可能是一个传感器网络目前最常见是通过各种现场总线相连接,传感器之间可能存在通讯,智能传感器可以对关联传感器发送的数据做出响应,或对数据进展存储,或发送控制指令,或修改自身某设定参数。控制器:在系统初始化经过中,根据传感器发送恳求,分配身份识别ID,设定相关参数;根据传感器发送检测数据,确定控制参数和控制指令,发送给指定传感器。驱动器:承受传感器测控系统发出的控制指令,施行驱动。由此可以确定传感器测控系统用例图如图2所示。align=center图2传感器测控系统用例图/align每一个用例中,都涉及到用户与传感器系统、传感器系统与周边设备的信息交互,交互是协作中的一个消息集合,这些消息被类元角色通过关联角色交换。当协作在运行时,受类元角色约束的对象通过受关联角色约束的连接交换消息实例。交互作用可对操纵的执行、用例或者其他行为实体建模。消息是两个对象之间的单路通讯,从发送者到接收者的控制信息流。消息具有用于在对象间传值的参数。消息可以是信号一种明确的、命名的、对象间的异步通讯或者调用具有返回控制机制的操纵的同步调用。创立一个新的对象在模型中被表达成一个事件,这个事件由创立对象所引起并由对象所在的类本身所承受。创立事件,作为从顶层初始状态出发的转换的当前事件。对于新实例是可行的。消息可以被组织成顺序的控制线程。别离的线程代表并发的几个消息集合。线程间的同步通过不同线程间消息的约束建模。同步构造可以对分叉控制、结合控制和分支控制建模。消息序列可以用两种图来表示:顺序图突出消息的时间顺序和协作图突出交换消息的对象间的关系。表示系统需求,通常都使用顺序图描绘系统信息交互。顺序图将交互关系表示为一个二维图。纵向是时间轴,时间沿竖线向下延伸。横向轴代表了在协作中各独立对象的类元角色。类元角色用生命线表示。当对象存在时,角色用一条虚线表示,当对象的经过处于激活状态时,生命线是一个双道线。4传感器测控系统硬件构造设计4.1传感器系统的构成根据上一章对传感器系统的功能和用例分析,可以确定传感器测控系统的模块构造,在rationalrose中定义出传感器系统的部件图如图3所示align=center图3传感器测控系统部件图/align传感器测控系统模块主要包括:信号调理模块、多通道数据收集模块、A/D转换模块,数据存储模块、数据编码模块、数据传输模块、控制决策模块、数据处理模块、驱动模块及状态显示模块等局部。所有的控制逻辑和数据计算全部由主控制器的软件实现。在传感器测控系统的模块构造中,信号调理模块、A/D转换模块、数据存储模块、数据编码模块、数据传输模块、状态显示模块、驱动模块都需要系统硬件提供支撑,因此,可以确定传感器系统硬件体系构造如图4所示。align=center图4传感器系统模块构造图/align4.2硬件设计传感器系统由于需要作为现场数据收集的根本单元,需要具备体积小、低功耗、低本钱、高性能;可以实现网上控制,在硬件电路选择上应区别于普通的嵌入式系统。4.2.1根底单片机系统设计微处理单元是传感器测控系统的核心,主要完成信号数据的收集、处理如数字滤波、非线性补偿、自诊断和数据输出调度包括数据通讯和控制量本地输出等工作。从智能传感器高可靠性、低功耗、低本钱和微体积等特点出发,嵌入式微处理器系统是最正确选择。4.2.2信号调理电路设计数据收集系统的设计经过中,输入数据收集系统的电信号与ADC的输入范围并不一定匹配,因此,一般不直接送入ADC进展转换,必须对输入的信号进展信号调理,经过信号调理后的模拟信号符合ADC的要求。4.2.3A/D转换电路选择模数转换器是连接模拟和数字世界的一个重要接口。A/D转换器将现实世界的模拟信号变换成数字位流以进展处理、传输及其他操纵。A/D转换器的选择是至关重要的。所选择的A/D转换器应能确保模拟信号在数字位流中被准确地表示,并提供一个具有任何必须的数字信号处理功能的平滑接口。4.2.4D/A转换电路选择D/A转换电路的选择主要考虑转换电路的分辨率、准确度、线性度,首先分析分辨率与线性误差的关系。根据分辨率的定义,位数越多,分辨率越高。4.2.5传感器的通讯电路设计一般的智能传感器都具有双向通讯功能,即智能传感器之间,智能传感器与控制器之间都存在数据传输,控制器不但接收、处理传感器的数据,还可将信息反应至传感器,对测量经过进展调节和控制。固然智传感器测控系统的研究和开发己获得一定的成果,但还远远不能知足消费理论开展的迫切需求,本课题对智能传感器系统进展了设计,在具体分析传感器测控系统的定义和功能需求的根底上,利用UML统一建模语言建立了传感器系统的需求模型,使用用例图对传感器系统的各种用户需求进展描绘,使用顺序图具体描绘了每个用例的介入者和信息传递经过。以此为根底,对传感器系统的构造进展了描绘,使用协作图对系统各个功能模块之间的信息传递和协作关系进展了分析。并且分别对传感器系统中的硬件模块提出了设计思路。本文作者创新点:本文讨论了传感器测控系统的硬件框架,在对传感器系统功能和用例分析的根底上,建立了系统的物理视图。针对系统部件图中描绘的硬件构造,对传感器测控系统各主要部件的设计要求作了讨论,参考文献:1KangLee,GaoRX,SchneemanR.SensornetworkandinformationinteroperabilityintegratingIEEE1451,withMIMO2SAandOSA2CBM,ProceedingsoftheInstrumentationandMeasurementConferenceIMTC2002,Anchorage,Alaska,May21-232002,2,1301-1305.2王鲲,袁中凡.OPC接口技术在工业自动化系统中的应用J,中国测试技术,2005,311:96973饶运涛,邹继军郑勇芸.现场总线CAN原理与应用技术M,北京航空航天大学出版社,2003.64高国富,罗均,谢少荣等.智能传感器及其应用M,北京,化学工业出版社,20055于镭,郭瑛,段利亚.基于UML的嵌入式绗缝测试系统研究J.微计算机信息,2007,2-2:14-15