多接口通訊協議轉換器的製作方法

2023-12-11 20:37:52

專利名稱：多接口通訊協議轉換器的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於一種工業控制自動化遠程監控計算機(簡稱上位機) 與若干種不同通訊協議標準下的現場被監控智能儀表或智能設備(簡稱下 位機)進行數據通訊的通訊協議轉換裝置，具體涉及一種多接口通訊協議 轉換器背景技術當前，隨著工業控制自動化技術的快速發展，計算機通訊技術及具有 遠程通訊功能的智能儀表、智能設備在工業生產過程中得到廣泛應用，對 於工業生產過程起到了越來越重要的作用。運用控制理論、儀器儀表、計 算機和其它信息技術，建立實時監控系統，通過對工業生產過程實現檢測、 控制、優化、調度、管理和決策，從而達到增加產量、提高質量、降低消 耗、確保安全等目的。由於計算機、控制、通訊技術的發展，過程控制系統已發展到現場總線控制系統FCS (Fieldbus Control System)階段。FCS可以將控制徹底分散 到現場設備中。基於現場總線控制系統FCS是全分散、全數位化、全開放 和可互操作的新一代生產過程自動化系統，它將取代現場一對一的4-20mA 模擬信號線，給傳統工業自動化控制系統體系結構帶來革命性的變化。由FCS組成的監控系統，需要大量採用數位化的具有遠程通訊功能的 智能儀表或智能設備，這些智能儀表或智能設備必須以某種標準的通訊協 議與遠程監控計算機進行通訊。由於目前存在多種現場總線協議標準，智能儀表或設備相應採用了多 種不同的協議標準，統一總線協議標準還需要時間。因此，當進行系統監 控時，就會遇到系統中有多種採用了不同的協議標準的智能儀表或設備需 要同時與監控計算機進行通訊。一般情況下，計算機採用串行口通訊時， 一個串行口只能與一種通訊 協議(即一種總線協議)下的設備進行通訊，這就意味著一臺監控計算機 必須有若干個串行口同時與相應總線協議標準設備進行通訊。由於工業控制計算機一般情況下只配有兩個串行口，因此，傳統情況 下，硬體上多採用在工業控制計算機內插入多串口卡、軟體上利用各種軟 件平臺根據不同通訊協議進行驅動程序開發，從而達到數據通訊的目的。但是，現有技術的在"上位計算機(工業計算機)+多串口卡+驅動程序"這種通訊模式下，監控系統存在以下問題(l)系統穩定性較差；(2)計算機串行口資源緊張；(3)計算機CPU 負擔過重，監控系統實時性大大降低；(4)監控數據可能丟失；(5)數 據安全性無法保障；(6)多串口卡採用計算機總線插卡式，容易受震動等 因素影響，造成系統不穩定。 發明內容本實用新型是為了克服現有技術存在的缺點而提出的，其目的是提供 一種遠程監控計算機與具有不同通訊協議的多種現場智能儀表或智能設備 之間進行通訊的多接口通訊協議轉換器。本實用新型的技術方案是 一種多接口通訊協議轉換器，包括輸出接 口、微處理器、存儲器、輸入接口。輸出接口與上位監控計算機連接，輸出接口同時與微處理器連接，微 處理器分別與存儲器和輸入接口連接，輸入接口和多種現場智能設備連接。輸出接口配置成模塊化的RS-485接口或者乙太網接口。 微處理器選擇16 32位微處理器。存儲器包括程序存儲器FLASH、數據存儲器SRAM和大容量數據緩衝存 儲器FLASH 。輸入接口配置成模塊化的RS-232/ RS-485/RS-422串行接口，或者模 塊化的CAN總線接口。輸入接口通過SPI或IIC擴展成GPIB的通訊接口 。本裝置具有通訊實時性高、數據傳輸安全性高、接口組態靈活、抗幹 擾能力強、可以在環境惡劣、密閉的環境下長時間運行等優點，另外，具 有數據緩存等防止數據丟失等功能。


圖1是本實用新型多接口通訊協議轉換器原理框圖。 其中1上位監控計算機 2輸出接口3微處理器 4存儲器5輸入接口 6現場智能設備具體實施方式
下面，參照附圖和實施例對本實用新型的多接口通訊協議轉換器進行詳細說明如圖1所示，本實用新型的多接口通訊協議轉換器，包括輸出接口2、 微處理器3、存儲器4和輸入接口5。其中輸出接口 2作為唯一的數據輸出接口，與上位監控計算機1連接、進行通訊，通過選擇合適的外圍電路，如RS-485轉換晶片，與微處理器3 連接，使輸出接口可以配置成模塊化的RS-485接口或乙太網接口。由於只有一個數據接口與上位計算機進行通訊，計算機使用接口數量 大大減少，通訊輪巡間隔時間大大減少，通訊速度大大提高，同時解決了 計算機串口資源緊張問題。微處理器3是多接口通訊協議轉換器核心部件，可將採集的數據根據 具體通訊協議進行運算處理，然後打包、加密後一次性傳遞給上位計算機， 減輕了上位監控計算機1的CPU管理各種通信接口和處理各種協議的負擔， 提高數據傳輸效率，同時提高監控系統實時性能。多接口通訊協議轉換器在進行數據打包時可採用適當的加密算法(如 AES對稱加密算法)，實現數據加密功能。雖然加密算法是公開的，但是所 採用的"密鑰"可以保密，"密鑰"在使用前重新設定，存放於FLASH中。 數據經過上述加密算法後，再進行數據傳遞，解決了數據通訊的保密性、 安全性問題。因為加密需要較大的運算量，可選擇16 32位微處理器。存儲器4包括程序存儲器FLASH、數據存儲器SRAM、數據緩存FLASH， 其中程序存儲器FLASH用來存儲微處理器要運行的程序，數據存儲器為隨 機存儲器SRAM，程序運行過程中用來暫存中間結果等。數據緩存FLASH (大容量)用來緩存採集的數據，當上位機通信中斷時， 採集的數據保存在數據緩存中，當通信恢復後，再將緩存中保存的數據上 傳。因此，本實用新型具有數據緩存功能，解決了數據丟失問題。輸入接口 5作為多接口通訊協議轉換器的數據輸入接口，與若干種現 場智能設備6連接、進行通訊，採集智能設備數據或對智能設備進行遠程 控制。多接口通訊協議轉換器可以設置若干輸入接口，採用可配置的模塊化 結構，數量可以根據實際情況增刪，接口配置為RS-232/ RS-485/RS-422 串行接口、 CAN總線接口。如果處理器系統中相應的接口數量不夠或需要其他類型的通信接口 時，通過SPI或IIC來擴展。例如，當多個現場智能設備需用RS232進行通信時，用SPI-UART轉換 IC MAX3100加RS232電平轉換ICMAX232構成RS232接口擴展模塊，擴展 RS232接口。此外也可以用帶SPI或IIC接口的單片機構成擴展模塊，擴展其他類 型的接口，如GPIB、 One-Wire以及4-20mA ， 0-5V等模擬量輸入接口 。 現場智能設備6可以是測量溫度、溼度、壓力、流量等參數並可與上位機通訊的智能儀表或專用智能設備。 本實用新型的有益效果本實用新型具有通訊實時性高、數據傳輸安全性高、接口組態靈活、 抗幹擾能力強、可以在環境惡劣、密閉的環境下長時間運行等優點，另外， 具有數據緩存等防止數據丟失等功能。另外，本實用新型採用了集成化的電路設計，將各種接口直接通過硬 件設計電路來實現，取代了傳統工業計算機的"插卡"式設計結構，滿足 了工業環境下的震動和衝擊的設計要求。
權利要求1. 一種多接口通訊協議轉換器，包括輸出接口(2)、微處理器(3)、存儲器(4)、輸入接口(5)，其特徵在於輸出接口(2)與上位監控計算機(1)連接，輸出接口(2)同時與微處理器(3)連接，微處理器(3)分別與存儲器(4)和輸入接口(5)連接，輸入接口(5)和多種現場智能設備(6)連接。
2、 根據權利要求l所述的多接口通訊協議轉換器，其特徵在於輸出 接口 (2)配置成模塊化的RS-485接口或者乙太網接口。
3、 根據權利要求l所述的多接口通訊協議轉換器，其特徵在於微處 理器(3)選擇16 32位微處理器。
4 、根據權利要求1所述的多接口通訊協議轉換器，其特徵在於存 儲器(4)包含程序存儲器FLASH、數據存儲器SRAM和大容量數據緩衝存儲 器FLASH。
5、 根據權利要求l所述的多接口通訊協議轉換器，其特徵在於輸入 接口 (5)配置成模塊化的RS-232/ RS-485/RS-422串行接口，或者模塊化的CAN總線接口。
6、 根據權利要求l所述的多接口通訊協議轉換器，其特徵在於輸入接口 (5)通過SPI或IIC擴展成GPIB的模擬量輸入接口。
專利摘要本實用新型公開了一種多接口通訊協議轉換器，包括輸出接口、微處理器、存儲器、輸入接口等組成的嵌入式微機系統，把硬體上可以是多種不同類型的通訊接口、具有不同通訊協議標準的現場智能設備，經過本裝置的運算處理、轉換，可以直接以一個通訊接口、一種統一的通訊協議與上位監控計算機進行通訊。本裝置具有通訊實時性高、數據傳輸安全性高、接口組態靈活、抗幹擾能力強、能夠在環境惡劣、密閉的環境下長時間運行等優點；另外，還具有數據緩存等防止數據丟失等功能。
文檔編號H04L29/06GK201118640SQ20072009682
公開日2008年9月17日 申請日期2007年7月20日 優先權日2007年7月20日
發明者但勇軍, 楊文喜, 薛豔豔, 郭文成 申請人:核工業理化工程研究院