嵌入式ifsf協議轉換模塊的製作方法

2023-10-08 07:34:24

專利名稱：嵌入式ifsf協議轉換模塊的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種IFSF協議轉換模塊。
背景技術：
隨著石化企業信息化建設的推進，國內各大石油公司都在積極推進加油站管理系統，旨在通過規範業務流程、整合業務數據，實現信息的實時、準確與共享，以加快市場反應速度、提高企業競爭力。加油站管理系統的基本功能需求是通過對加油站設備的統一管理和集成監控，實現對成品油及便利店零售業務進、銷、存等情況進行實時採集。加油站是一個非常複雜的環境，包含許多不同的設備，如加油機、油罐液位儀、價 格顯示牌等。加油站設備廠家、型號眾多，不同設備廠商都有自己私有的設備協議和接口。設備協議和接口的多樣性和不開放增加了加油站級設備統一管理的難度，導致設備集成效率不高，需要藉助中間件二次開發才能將它們集成到一個現場控制軟體中，浪費了大量的人力和物力。此外，接口協議的多樣性亦使得加油機站設備的維護困難以及加油設備的互操作性差，石油零售商在選擇、更換加油站設備時受制於生產廠商。為了使不同廠商設備間更容易集成，國際加油站標準論壇組織制定了統一的IFSF協議來規範加油站設備生產商。IFSF (International Forecourt Standard Forum)是一個國際石油零售商組成的論壇，他們擁有一個共同的目標通過在加油站採用完全開放的標準，實現加油站設備的互操作，將不同設備連接到同一個網絡中，設備間可以相互交換數據和控制指令。IFSF標準是最適合的加油站連接標準，它定義了石油零售設備之間通信的協議和規範，解決加油站的連接問題。IFSF協議能在加油站設備間提供完全的、協作的開放系統，具體有如下特點(I)獨立於設備供應商，相同功能的設備只要是遵守IFSF協議的相似設備都可以相互代替。(2)互操作性。不同廠家的設備只要設備遵守IFSF協議，都可以進行相操作。(3)國際範圍內的認同和應用，有利於IFSF協議的完善。在加油站設備的互聯繫統中，IFSF標準站級架構是一種非常先進的加油站設備連接方式，協議統一，冗餘較少，易於添加設備，它是石油產業中加油站管理的一種發展趨勢。目前，國內絕大多數加油站設備廠商還沒有完成向IFSF標準設備轉變。為加快其產品開發周期，他們需求一種能夠將其私有設備協議轉換為IFSF協議的裝置。此外，當採用IFSF標準站級架構時，為了避免更換設備帶來的昂貴費用，也需要通過增設協議轉換設備，將現場使用設備的私有協議轉換為IFSF標準協議與後臺通信，實現非IFSF設備與IFSF設備之間的相互通訊和相互操作。

實用新型內容本實用新型是為了實現非IFSF設備與IFSF設備之間的協議轉換，從而提供一種嵌入式IFSF協議轉換模塊。嵌入式IFSF協議轉換模塊，它包括微處理器、電平轉換電路、PHY晶片和RJ45接口電路；所述RJ45接口電路接入10M/100M乙太網，所述RJ45接口電路的接口信號輸入或輸出端與PHY晶片的接口信號輸出或輸入端連接；所述PHY晶片的PHY晶片信號輸入或輸出端與微處理器的PHY晶片信號輸出或輸入端連接；微處理器的串行通信數據埠通過電平轉換電路與外部設備的串行輸入/輸出接口電路的串行通信端連接；微處理器內置嵌入式作業系統U C/0S-II和TCP/IP協議棧，用於提供IFSF協議或實現協議轉換。它還包括存儲器，所述存儲器的存儲器信號輸入或輸出端與微處理器的存儲器信號輸出或輸入端連接。它還包括電源調整電路，所述電源調整電路的電源信號輸入端與外部設備的電源的電源信號輸出端連接；所述電源調整電路用於給微處理器、電平轉換電路、PHY晶片和RJ45接口電路提供工作電源。微處理器是米用ARM Cortex-M系列晶片實現。 外部設備的串行輸入/輸出接口電路是能夠支持電流環、RS232、RS485或RS422的接口電路。有益效果本實用新型能夠實現非IFSF設備與IFSF設備之間的相互通訊和相互操作，可直接嵌入到加油站設備廠商的產品中研發IFSF標準設備，加快新產品開發，也可用於設備改造，將非IFSF設備升級為IFSF設備。該協議轉換模塊具有良好的應用前景。本實用新型所述的協議轉換模塊具有體積小、成本低、結構簡單、可靠性高、嵌入性強等特點，並且易於集成、易於功能擴展以及用戶的二次開發。

圖I是本實用新型的結構示意圖；圖2是本實用新型應用於加油站中實現非IFSF設備與IFSF設備的轉換原理示意圖；圖3是本實用新型的轉換原理示意圖。
具體實施方式
具體實施方式
一、結合圖I說明本具體實施方式
，嵌入式IFSF協議轉換模塊，它包括微處理器I、電平轉換電路2、PHY晶片3和RJ45接口電路4 ;所述RJ45接口電路4接入IOM/1OOM乙太網8，所述RJ45接口電路4的接口信號輸入或輸出端與PHY晶片3的接口信號輸出或輸入端連接；所述PHY晶片3的PHY晶片信號輸入或輸出端與微處理器I的PHY晶片信號輸出或輸入端連接；微處理器I的串行通信數據埠通過電平轉換電路2與外部設備的串行輸入/輸出接口電路7的串行通信端連接；微處理器I內置嵌入式作業系統U C/0S-II和TCP/IP協議棧，用於提供IFSF協議或實現協議轉換。
具體實施方式
二、本具體實施方式
與具體實施方式
一所述的嵌入式IFSF協議轉換模塊的區別在於，它還包括存儲器5,所述存儲器5的存儲器信號輸入或輸出端與微處理器I的存儲器信號輸出或輸入端連接。
具體實施方式
三、本具體實施方式
與具體實施方式
二所述的嵌入式IFSF協議轉換模塊的區別在於，存儲器5是型號為FM28V020的存儲器。
具體實施方式
四、本具體實施方式
與具體實施方式
一、二或三所述的嵌入式IFSF協議轉換模塊的區別在於，它還包括電源調整電路6，所述電源調整電路6的電源信號輸入端與外部設備的電源9的電源信號輸出端連接；所述電源調整電路6用於給微處理器I、電平轉換電路2、PHY晶片3和RJ45接口電路4提供工作電源。
具體實施方式
五、本具體實施方式
與具體實施方式
四所述的嵌入式IFSF協議轉換模塊的區別在於，微處理器I是採用ARM Cortex-M系列晶片實現。
具體實施方式
六、本具體實施方式
與具體實施方式
一、二、三或五所述的嵌入式IFSF協議轉換模塊的區別在於，外部設備的串行輸入/輸出接口電路7是能夠支持電流環、RS232、RS485 或 RS422 的接口 電路。工作原理IFSF協議遵守標準OSI的七層協議模式，其中低六層在IFSF協議中合為通信層，第七層為應用層。IFSF協議有兩種網絡結構，分別採用的是LonWorks協議和TCP/IP協議。本實用新型採用基於TCP/IP協議的網絡結構。如圖I所示，以ARM微處理器為主控晶片，擴展非易失性存儲器晶片、乙太網接口晶片、電平轉換晶片以及電源調整電路構成嵌入式協議轉換模塊的硬體電路。在ARM微處 理器中移植嵌入式作業系統U C/0S-II及TCP/IP協議棧後，編寫程序代碼實現IFSF協議以及協議轉換等功能。絕大多數廠商的加油站設備都提供串行通訊接口，如電流環、RS232、RS485或RS422接口，通過軟體設置，這些接口均可接入本實用新型的協議轉換模塊。當從串行接口接收到用戶私有協議的命令時，本實用新型所述的協議轉換模塊將其轉換為IFSF協議通過乙太網接口送出；從乙太網接口接到IFSF協議信息時執行相應操作，如需要下發到加油站設備則轉換為用戶私有協議通過串行接口送出。用戶可以通過乙太網接口設置轉換模塊的IP位址、MAC地址、節點地址以及串行通訊接口方式等基本參數，並可以在線升級固件。本實用新型所述模塊的典型應用如圖2所示。本實用新型以ARM Cortex-M系列的STM32F107微處理器為控制核心，擴展非易失性存儲器FM28V020用於存儲IFSF協議中的資料庫，選用PHY晶片DP83848以及接口模塊HR911105A實現乙太網通訊接口，擴展MAX232、MAX485等晶片實現與外界設備串行接口通訊的電平轉換，電源調整模塊將外界供電電壓轉化為3. 3V。如附圖3所示，嵌入式作業系統為原始碼公開的實時作業系統U C/0S-II，它內核小，多任務，易於剪裁，可移植性好。嵌入式TCP/IP協議棧移植了開源的LwIP。在iiC/0S-II作業系統的協調下，編寫m)P伺服器、UDP客戶端、TCP伺服器、TCP客戶端、串行口數據收發和協議轉換等多個任務實現IFSF協議、串行口通訊協議及兩者之間的指令轉換等功能。資料庫的實現根據IFSF協議實現原理，每個IFSF設備都有一個資料庫，其它設備只需讀寫該資料庫便能控制該設備。控制方通過讀寫實現對資料庫的訪問，而被控方對該請求做出響應，並加以處理。考慮到嵌入式系統體積小的特點，傳統資料庫技術體積大、延時長，本實用新型利用數據結構在非易失性存儲器晶片上實現資料庫功能，與y C/0S-II作業系統配合，應用任務可以直接訪問資料庫而不需要單獨運行資料庫引擎。IFSF信息的實現IFSF信息分為心跳(HeartBeat)和數據消息(Data Message)兩種。I.心跳數據包收發功能的實現。HeartBeat是每個基於IFSF協議的設備為了證明自己在線，而每隔一段時間就在IFSF網絡上廣播的一個消息，若是其它設備沒有收到該消息，將視該設備不存在，不可通信。本實用新型在U C/0S-II作業系統下開發兩個任務一個任務實現UDP伺服器，用於監測其他IFSF設備的心跳信息；另一個任務實現UDP客戶端，用於發送本模塊的心跳信息。[0028]2.數據消息的收發功能的實現。在IFSF網絡中，數據消息是以資料庫讀寫形式來訪問的，有六種基本消息讀消息、寫消息、有確認主動數據消息、無確認主動數據消息、回答消息和確認消息。本實用新型在UC/0S-II作業系統下開發兩個任務一個任務實現TCP伺服器，用於接收其他IFSF設備的數據消息；另一個任務實現TCP客戶端，用於發送本模塊的數據消息。串行口數據收發及協議轉換功能串行接口收發任務，實現串行數據的收發。當從串行接口接收到用戶私有協議的命令時，模塊將其轉換為IFSF協議通過乙太網接口發出；從乙太網接口接到IFSF協議命令時執行相應操作，如需要下發指令到設備中則轉換為用戶私有協議通過串行接口發出。本實用新型並不局限於上述實施方式，凡在不脫離本實用新型的精神和原則的情況下所做的任何修改和變形等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。
權利要求1.嵌入式IFSF協議轉換模塊，其特徵是它包括微處理器(I)、電平轉換電路(2)、PHY晶片(3)和RJ45接口電路⑷；所述RJ45接口電路⑷接入10M/100M乙太網⑶，所述RJ45接口電路(4)的接口信號輸入或輸出端與PHY晶片(3)的接口信號輸出或輸入端連接；所述PHY晶片(3)的PHY晶片信號輸入或輸出端與微處理器⑴的PHY晶片信號輸出或輸入端連接；微處理器(I)的串行通信數據埠通過電平轉換電路(2)與外部設備的串行輸入/輸出接口電路(7)的串行通信端連接； 微處理器(I)內置嵌入式作業系統μ C/OS-II和TCP/IP協議棧，用於提供IFSF協議或實現協議轉換。
2.根據權利要求I所述的嵌入式IFSF協議轉換模塊，其特徵在於它還包括存儲器(5),所述存儲器(5)的存儲器信號輸入或輸出端與微處理器(I)的存儲器信號輸出或輸入端連接。
3.根據權利要求2所述的嵌入式IFSF協議轉換模塊，其特徵在於存儲器(5)是型號為FM28V020的存儲器。
4.根據權利要求1、2或3所述的嵌入式IFSF協議轉換模塊，其特徵在於它還包括電源調整電路(6)，所述電源調整電路(6)的電源信號輸入端與外部設備的電源(9)的電源信號輸出端連接；所述電源調整電路(6)用於給微處理器(I)、電平轉換電路(2)、PHY晶片(3)和RJ45接口電路(4)提供工作電源。
5.根據權利要求4所述的嵌入式IFSF協議轉換模塊，其特徵在於微處理器(I)是採用ARM Cortex-Μ系列晶片實現。
6.根據權利要求1、2、3或5所述的嵌入式IFSF協議轉換模塊，其特徵在於外部設備的串行輸入/輸出接口電路(7)是能夠支持電流環、RS232、RS485或RS422的接口電路。
專利摘要嵌入式IFSF協議轉換模塊，涉及一種IFSF協議轉換模塊。它是實現非IFSF設備與IFSF設備之間的協議轉換。它的RJ45接口電路的接口信號輸入或輸出端與PHY晶片的接口信號輸出或輸入端連接；PHY晶片的PHY晶片信號輸入或輸出端與微處理器的PHY晶片信號輸出或輸入端連接；微處理器的串行通信數據埠通過電平轉換電路與外部設備的串行輸入/輸出接口電路的串行通信端連接；微處理器中內置嵌入式作業系統μC/OS-II和TCP/IP協議棧，用於提供IFSF協議或實現協議轉換。本實用新型適用於非IFSF設備與IFSF設備之間的通訊和操作。
文檔編號H04L29/06GK202535394SQ20122023454
公開日2012年11月14日 申請日期2012年5月23日 優先權日2012年5月23日
發明者常存, 杜西亮 申請人:黑龍江大學