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CN110022255B - 基于混合通讯网络数据交换的模块化泛在电力物联网平台 - Google Patents

基于混合通讯网络数据交换的模块化泛在电力物联网平台 Download PDF

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CN110022255B CN201910334569.4A CN201910334569A CN110022255B CN 110022255 B CN110022255 B CN 110022255B CN 201910334569 A CN201910334569 A CN 201910334569A CN 110022255 B CN110022255 B CN 110022255B
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Abstract

本发明公开了基于混合通讯网络数据交换的模块化泛在电力物联网平台，包括混合总线通讯单元和多个带控制器的应用单元，应用单元通过通信网络与混合总线通讯单元通讯连接，应用单元通过混合总线通讯单元获取连接在混合总线通讯单元上的不同应用单元的数据，混合总线通讯单元包括网络交换电路，网络交换电路包括网络控制器芯片和网络变压器电路，网络控制器芯片的物理信号收发端与网络变压器电路的数据收发端连接，网络变压器电路的物理信号收发端与应用单元的协议数据收发端连接，应用单元包括主控单片机和通讯电路，主控单片机的收发端与通讯电路的串行数据收发端连接，通讯电路的协议数据收发端与网络变压器的物理信号收发端连接。

Description

基于混合通讯网络数据交换的模块化泛在电力物联网平台
技术领域
本发明属于电力物联网技术领域，具体地说，涉及一种基于混合通讯网络数据交换的模块化泛在电力物联网平台。
背景技术
在电力系统中需要进行很多数据的采集，用于对电力系统的检测，实现数据交换。现有的数据交换平台主要基于CPU主板加扩展总线(如:PC104、STD、ISA、PCI)对数据进行采集和交换，如图1所示，数据传输采用总线并行方式，在大型电力系统中，总线数据线的数量在30～80根以上，采用硬地址，时钟必须同步，距离近(30cm以内)，只能本机箱内部署，抗干扰很差。扩展应用板完全依赖CPU主板，轮询与CPU主板通讯，运算、处理和储存都必须交CPU主板，扩展应用板的数量受机箱内扩展槽限制(<10个以内)，数量增加也大大影响系统的处理。CPU主板出现故障，系统完全奔溃，所有扩展应用板无法工作。修复后，所有扩展应用板的数据丢失，无法复原。出现故障都必须停电维修。
这种方式有以下几个弊端：
1、扩展应用板必须要有合适的驱动程序让带CPU主板识别加载才能进行数据交换和应用；就像U盘插接到电脑上，想要读取出U盘上存储的数据，首先需要电脑上安装了对应的USB驱动程序，不然是无法识别该U盘的。
2、所有的数据依附于中心带CPU主板进行数据处理和存储等，主板一出现故障，整个系统无法使用，采集的数据丢失；
3、扩展总线方式背板总线复杂，设计困难，接插件昂贵；
4、传统扩展总线采用并行扩展，数据线、信号线、控制线多，抗干扰差；
5、应用板必须与主板配套使用，应用范围局限，灵活性差；
6、容易出故障的地方多，故障排查困难；
7、结构复杂，制造成本也比较高。
发明内容
针对现有技术中上述的不足，本发明提供一种基于混合通讯网络数据交换的模块化泛在电力物联网平台，该平台采用混合总线通讯单元和带控制器的应用单元搭建电力物联网平台，将传统的并行扩展变成串行扩展，各应用单元可以通过混合总线通讯单元访问其他应用单元，获取需要的数据进行处理，增加系统灵活性，改变传统系统数据传输到中央处理器统一进行处理的中心化结构，使得采集数据独立，分布式，在物联网平台中任何一个应用单元出现故障后，并不影响别的应用单元继续工作，增加系统可靠性，避免数据丢失，同时利于故障排查。
为了达到上述目的，本发明采用的解决方案是：基于混合通讯网络数据交换的模块化泛在电力物联网平台，包括混合总线通讯单元和多个带控制器的应用单元，所述的应用单元通过通信网络与混合总线通讯单元通讯连接，应用单元通过混合总线通讯单元获取连接在混合总线通讯单元上的不同应用单元的数据，所述的混合总线通讯单元包括网络交换电路，所述的网络交换电路包括网络控制器芯片和网络变压器电路，所述的网络控制器芯片的物理信号收发端与网络变压器电路的数据收发端连接，所述的网络变压器电路的物理信号收发端与应用单元的协议数据收发端连接，所述的应用单元包括主控单片机和通讯电路，所述的主控单片机的收发端与通讯电路的串行数据收发端连接，所述的通讯电路的协议数据收发端与网络变压器的物理信号收发端连接。
进一步地，所述的混合总线通讯单元还包括用于接入应用单元的信号背板电路，所述的信号背板电路的协议数据收发端与通讯电路的协议数据收发端连接，信号背板电路的网络数据收发端与网络变压器电路的物理信号收发端连接。
进一步地，所述的网络控制器芯片的指示灯端口还与LED指示灯的负极连接，LED指示灯的正极与电压源连接。
进一步地，所述的网络变压器电路包括网络变压器芯片和网口芯片，所述的网络变压器芯片的数据收发端与网络控制器芯片的物理信号收发端连接，所述的网络变压器芯片的物理信号收发端分别与信号背板电路的网络数据收发端和网口芯片的收发端连接，所述的网口芯片的接口指示灯端与网络控制器芯片的一个指示灯端连接，所述的网口芯片的网卡速度指示灯端与网络控制器芯片的另一个指示灯端连接。
进一步地，所述的网络变压器芯片为2个。
进一步地，所述的信号背板电路包括多个电子连接器，电子连接器的网络数据收发端与网络变压器电路的物理信号收发端连接，一个电子连接器的协议数据收发端与一个应用单元的协议数据收发端连接。
进一步地，所述的通讯电路包括USB通讯电路、232通讯电路、485通讯电路、CAN通讯电路和UART通讯电路。
本发明的有益效果是：
(1)该平台采用混合总线通讯单元和带控制器的应用单元搭建电力物联网平台，将传统的并行扩展变成串行扩展，各应用单元可以通过混合总线通讯单元访问其他应用单元，获取需要的数据进行处理，增加系统灵活性，改变传统系统数据传输到中央处理器统一进行处理的中心化结构，使得采集数据独立，分布式，在物联网平台中任何一个应用单元出现故障后，并不影响别的应用单元继续工作，增加系统可靠性，避免数据丢失，同时利于故障排查。
(2)平台系统结构简单，调试组装简单，降低制造和研发成本，使用电子连接器实现与应用单元的连接，可扩展能力强。
附图说明
图1为传统的数据交换平台结构框图；
图2为本发明物联网平台结构框图；
图3为本发明合总线通讯单元结构框图；
图4为网络控制器芯片电路图；
图5为第一网络变压器电路图；
图6为第二网络变压器电路图；
图7为网口芯片电路图；
图中，R63-第六十三电阻，R65-第六十五电阻，R67-第六十七电阻，R69-第六十九电阻，R71-第七十一电阻，R73-第七十三电阻，R76-第七十六电阻，R87-第八十七电阻，R100-第一百电阻，D10-第十二极管，D11-第十一二极管，D12-第十二二极管，D13-第十三二极管，D14-第十四二极管，D15-第十五二极管，D16-第十六二极管。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步描述：
基于混合通讯网络数据交换的模块化泛在电力物联网平台，包括混合总线通讯单元和多个带控制器的应用单元，所述的应用单元通过通信网络与混合总线通讯单元通讯连接，应用单元通过混合总线通讯单元获取连接在混合总线通讯单元上的不同应用单元的数据。如图2所示，物联网平台采用总线串行方式，总线数据线数量在4～8根以内，软地址，不依赖时钟，距离远(300m以上)，可分布式部署，抗干扰极强。应用单元完全自主独立，完全不依赖CPU主板，运算、处理和储存都本单元完成，应用单元的数量几乎不受限制(>100个以上)，数量增加几乎不影响系统的处理。无中心处理器。某应用单元CPU出现故障，完全不影响系统其它应用单元运行。出现故障时，只需取出故障板处理，不影响其它应用单元继续运行。
如图3所示，所述的混合总线通讯单元包括网络交换电路，所述的网络交换电路包括网络控制器芯片和网络变压器电路，所述的网络控制器芯片的物理信号收发端与网络变压器电路的数据收发端连接，所述的网络变压器电路的物理信号收发端与应用单元的协议数据收发端连接，所述的应用单元包括主控单片机和通讯电路，所述的主控单片机的收发端与通讯电路的串行数据收发端连接，所述的通讯电路的协议数据收发端与网络变压器的物理信号收发端连接。采用混合总线通讯单元和带控制器的应用单元搭建电力物联网平台，将传统的并行扩展变成串行扩展，各应用单元可以通过混合总线通讯单元访问其他应用单元，获取需要的数据进行处理，物联网平台内各应用单元之间通讯协议各不相同，通过混合总线通讯单元进行相互之间的访问时，不同的通讯协议被混合总线通讯单元统一转换，使得各个应用单元之间能够直接访问，不需要通过中心服务器等进行统一处理后再分发指令。
所述的网络控制器芯片的指示灯端口还与LED指示灯的负极连接，LED指示灯的正极与电压源连接。如图4所示，网络控制器芯片的物理信号收发端与网络变压器电路的数据收发端连接，网络控制器芯片的第一指示灯端口与第十二极管的负极连接，第十二极管的正极通过第六十三电阻与电压源连接；网络控制器芯片的第二指示灯端口与第十一二极管的负极连接，第十一二极管的正极通过第六十六电阻与电压源连接；网络控制器芯片的第三指示灯端口与第十二二极管的负极连接，第十二二极管的正极通过第六十七电阻与电压源连接；网络控制器芯片的第四指示灯端口与第十三二极管的负极连接，第十三二极管的正极通过第六十九电阻与电压源连接；网络控制器芯片的第五指示灯端口与第十四二极管的负极连接，第十四二极管的正极通过第七十一电阻与电压源连接；网络控制器芯片的第六指示灯端口与第十五二极管的负极连接，第十五二极管的正极通过第七十三电阻与电压源连接；网络控制器芯片的第七指示灯端口与第十六二极管的负极连接，第十六二极管的正极通过第七十六电阻与电压源连接
进一步地，所述的混合总线通讯单元还包括用于接入应用单元的信号背板电路，所述的信号背板电路的协议数据收发端与通讯电路的协议数据收发端连接，信号背板电路的网络数据收发端与网络变压器电路的物理信号收发端连接。
如图5到图7所示，所述的网络变压器电路包括网络变压器芯片和网口芯片，所述的网络变压器芯片的数据收发端与网络控制器芯片的物理信号收发端连接，所述的网络变压器芯片的物理信号收发端分别与信号背板电路的网络数据收发端和网口芯片的收发端连接，网络变压器芯片的第一到第十五物理信号收发端与信号背板电路的网络数据收发端连接，网络变压器芯片的第十六物理信号收发端与网口芯片的收发端连接。
所述的网口芯片的接口指示灯端通过第一百电阻与网络控制器芯片的一个指示灯端连接，所述的网口芯片的网卡速度指示灯端通过第八十七电阻与网络控制器芯片的另一个指示灯端连接。所述的网络变压器芯片为2个。
进一步地，所述的信号背板电路包括多个电子连接器，电子连接器的网络数据收发端与网络变压器电路的物理信号收发端连接，一个电子连接器的协议数据收发端与一个应用单元的协议数据收发端连接。
进一步地，所述的通讯电路包括USB通讯电路、232通讯电路、485通讯电路、CAN通讯电路和UART通讯电路。
物联网平台还包括冗余电源，为平台供电，混合总线通讯单元基于100M信号交换。
本发明的物联网平台基于以太网交换技术，辅以CAN、RS-485、I2C、B码等混合总线方式(krd-Mix Communication Bus1.0，简称krd-MCB 1.0)，在设备内部建立机箱内部局域网，系统按照功能模块化设计，所有带控制器的应用单元采用后插式安装方式，安装简单，结构简化，节省了在PCB电路板上所占的空间。增加了系统的灵活性,降低管理成本。
以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.基于混合通讯网络数据交换的模块化泛在电力物联网平台,其特征在于:包括混合总线通讯单元和多个带控制器的应用单元,所述的应用单元通过通信网络与混合总线通讯单元通讯连接,应用单元通过混合总线通讯单元获取连接在混合总线通讯单元上的不同应用单元的数据,所述的混合总线通讯单元包括网络交换电路,所述的网络交换电路包括网络控制器芯片和网络变压器电路,所述的网络控制器芯片的物理信号收发端与网络变压器电路的数据收发端连接,所述的网络变压器电路的物理信号收发端与应用单元的协议数据收发端连接,所述的应用单元包括主控单片机和通讯电路,所述的主控单片机的收发端与通讯电路的串行数据收发端连接,所述的通讯电路的协议数据收发端与网络变压器的物理信号收发端连接；
所述的混合总线通讯单元还包括用于接入应用单元的信号背板电路,所述的信号背板电路的协议数据收发端与通讯电路的协议数据收发端连接,信号背板电路的网络数据收发端与网络变压器电路的物理信号收发端连接；
所述的网络控制器芯片的指示灯端口还与LED指示灯的负极连接,LED指示灯的正极与电压源连接；
所述的网络变压器电路包括网络变压器芯片和网口芯片,所述的网络变压器芯片的数据收发端与网络控制器芯片的物理信号收发端连接,所述的网络变压器芯片的物理信号收发端分别与信号背板电路的网络数据收发端和网口芯片的收发端连接,所述的网口芯片的接口指示灯端与网络控制器芯片的一个指示灯端连接,所述的网口芯片的网卡速度指示灯端与网络控制器芯片的另一个指示灯端连接。
2.根据权利要求1所述的基于混合通讯网络数据交换的模块化泛在电力物联网平台，其特征在于:所述的网络变压器芯片为2个。
3.根据权利要求1所述的基于混合通讯网络数据交换的模块化泛在电力物联网平台，其特正在于:所述的信号背板电路包括多个电子连接器,电子连接器的网络数据收发端与网络变压器电路的物理信号收发端连接,一个电子连接器的协议数据收发端与一个应用单元的协议数据收发端连接。
4.根据权利要求1所述的基于混合通讯网络数据交换的模块化泛在电力物联网平台，其特征在于:所述的通讯电路包括USB通讯电路、232通讯电路、485通讯电路、CAN通讯电路和UART通讯电路。
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