CN102402850A - 嵌入式以太网网关的集中抄表系统及其数据传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种嵌入式以太网网关的集中抄表系统及其数据传输方法，包括多个电能表、以太网和计算机，其特征在于：它还包括现场设备总线和嵌入式以太网网关，所述的多个电能表与现场设备总线连接，所述的现场设备总线与嵌入式以太网网关连接，所述的嵌入式以太网网关与以太网连接，所述的以太网与计算机连接；所述的多个电能表的数据经过读写器读取后统一经现场设备总线传给嵌入式以太网网关，再由嵌入式以太网网关经以太网传输给计算机。该嵌入式以太网网关的集中抄表系统性价比高、适于广泛应用，该数据传输方法通信协议利用率高、网络结构简单。

Description

嵌入式以太网网关的集中抄表系统及其数据传输方法

技术领域

本发明涉及一种针对工业现场设计的智能电能表的嵌入式以太网网关的集中抄表系统及其数据传输方法。

背景技术

在工业现场中，尤其是较大型的制造和加工现场，较大的设备常常配有电能表，为了管理和维护方便，需要将电能表进行集中管理，就是人们所说的集中抄表系统，现有技术的集中抄表系统一般集合了数据采集器和集中器，将电能表的数据通过数据采集器和集中器传给计算机。以上现有技术存在数据传输可靠性不强、数据传输及时性不好、且抗干扰能力差的缺点。

针对以上的缺点，在集中抄表系统中引入了以太网方法。一种现有技术的基于以太网的集中抄表系统采用工业现场设备直接向开放式网络开放，每个设备都带有以太网接口，并且在现场设备系统上实现TCP/IP协议，因此每一个现场设备都具有直接连接互联网的功能，工业现场设备相当于PC机，从互联网上访问现场设备与访问一个PC节点没有区别，使得访问控制具有相当的灵活性；但其存在的缺点也很明显：由于以太网不是专为工业应用设计的，以太网本身不能满足工业现场的一些特殊要求，而且为每个设备提供以太网接口造成资源的浪费，增加网络维护的复杂性，成本高。

另一种现有技术的基于以太网的集中抄表系统在前面一种方案中进行了改进，保留原有的工业现场设备网络，将现场设备直接连接到PC机的通信接口上，现场设备使用原有的通信协议，由PC机完成以太网和设备网协议之间的转换。这种方案具有一定的实用性，但其存在的缺点是： PC机的价格高，系统成本较高，且PC机体积大，难以推广应用。

而且，以上现有技术的基于以太网的集中抄表系统的数据传输方法存在的缺点是：电能表与PC机直接是多对一的数据传输，电能表和PC机之间的数据互相传输能力不好，采用的是现有以太网的完整的TCP/IP协议，而有不少协议对于嵌入式系统来说用不上，造成通信协议利用率低、网关通讯结构复杂。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种性价比高、适于广泛应用的嵌入式以太网网关的集中抄表系统。

本发明的技术解决方案是，提供一种具有以下结构的嵌入式以太网网关的集中抄表系统，包括多个电能表、以太网和计算机，它还包括现场设备总线和嵌入式以太网网关，所述的多个电能表与现场设备总线连接，所述的现场设备总线与嵌入式以太网网关连接，所述的嵌入式以太网网关与以太网连接，所述的以太网与计算机连接。 

采用以上结构后，本发明嵌入式以太网网关的集中抄表系统与现有技术相比，具有以下优点：

由于本发明的嵌入式以太网网关的集中抄表系统将现场设备总线和嵌入式以太网网关应用到集中抄表系统中，所述的嵌入式以太网网关所述的现场设备总线和嵌入式以太网网关的引入，将多个电能表的数据通过现场设备总线经过一个以太网网关实现数据传输，解决了原先每个电能表都带有以太网接口造成资源浪费网络维护复杂和成本高的问题；而且嵌入式以太网网关体积小、容易实现，嵌入式以太网网关在网络中转换以太网和现场设备总线之间的数据，再将数据经以太网传输给计算机，无需采用体积大、成本高的PC机，使系统具有较高的性价比，适合推广应用。

本发明要解决的另一技术问题是，提供一种通信协议利用率高、网络结构简单的嵌入式以太网网关的集中抄表系统的数据传输方法。

本发明实现该数据传输方法所采用的技术解决方案是，所述的多个电能表的数据经过读写器读取后统一经现场设备总线传给嵌入式以太网网关，再由嵌入式以太网网关经以太网传输给计算机；所述的计算机的数据通过以太网传给嵌入式以太网网关，然后由嵌入式以太网网关将数据通过现场设备总线传给相应的电能表；所述的电能表的数据在嵌入式以太网网关的传输分为两步：

i) 传输给所述的现场设备总线的数据通过传输介质经嵌入式以太网的网关的物理层和数据链路层到达应用程序；

ii) 所述的应用程序完成事件的处理后，所述的数据经TCP/IP协议封装后经过NIC接口传给以太网；所述的TCP/IP协议由链路层的ARP协议、网络层的IP协议和ICMP协议、传输层的UDP协议及应用层的用户程序构成。

采用所述数据传输方法，所产生的技术效果是：

所述的数据传输过程中加入了现场设备总线，数据传输能力好；嵌入式以太网网关的TCP/IP的链路层、网络层、传输层和应用层的协议均进行了精简，减去不需要的协议，对于只部分使用的协议进行简化，可以提高嵌入式以太网网关中的通讯协议的利用率，使得网关通讯结构简单。

附图说明

图1所示是本发明嵌入式以太网网关的集中抄表系统的结构示意图。

图2所示是发明嵌入式以太网网关的集中抄表系统数据传输方法的示意图。

具体实施方式  

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

请参阅图1所示，本发明嵌入式以太网网关的集中抄表系统，包括多个电能表、以太网和计算机，它还包括现场设备总线和嵌入式以太网网关，所述的多个电能表与现场设备总线连接，所述的现场设备总线与嵌入式以太网网关连接，所述的嵌入式以太网网关与以太网连接，所述的以太网与计算机连接。

请参阅图2所示，本发明嵌入式以太网网关的集中抄表系统的数据传输方法是，所述的多个电能表的数据经过读写器读取后统一经现场设备总线传给嵌入式以太网网关，再由嵌入式以太网网关经以太网传输给计算机；所述的计算机的数据通过以太网传给嵌入式以太网网关，然后由嵌入式以太网网关将数据通过现场设备总线传给相应的电能表；所述的电能表的数据在嵌入式以太网网关的传输分为两步：

i) 传输给所述的现场设备总线的数据通过传输介质经嵌入式以太网的网关的物理层和数据链路层到达应用程序；

ii) 所述的应用程序完成事件的处理后，所述的数据经TCP/IP协议封装后经过NIC接口传给以太网；所述的TCP/IP协议由链路层的ARP协议、网络层的IP协议和ICMP协议、传输层的UDP协议及应用层的用户程序构成。

在嵌入式以太网网关中网络接口卡NIC负责网关中以太网的物理层硬件的驱动，以及作为与以太网通信的物理介质的接口，网关中的现场设备总线、物理层和数据链路层提供相应总线的访问，并满足相应通信介质的需要。

在本实施例中，所述的链路层的协议保留ARP协议、减去RARP协议，所述的ARP协议负责建立、管理48位的以太网物理地址与32位的IP地址之间的映射关系，保证网络的正确传输；所述的RARP协议主要用于无盘工作站通过RARP协议从其它服务器得到IP地址，在嵌入式系统中不必实现RARP协议。

所述的网络层中IP协议提供了数据报的传递服务，实现对无连接的IP数据报的寻径、传送，并能够将数据报分片及重组，IP协议是不可缺省的协议；ICMP协议是和IP协议并行运行在网络层中，当网络的路由器出现故障，或者路径无法使用时，它负责报告出错信息和传送控制信息，ICMP在嵌入式系统应用中没有必要完全实现，只选测其中的Ping应答协议来测试网络的连通情况，IGMP主要用于支持主机和路由器进行组播，也可以被省略。

所述的传输层的TCP提供面向连接的、可靠地、无重复的双向数据流传输服务，所述的TCP协议需要严格的三次连接握手、四次关闭连接握手过程记忆捎带信息确认，这些过程的实现对嵌入式系统是个非常大的考验；而UDP协议提供不面向连接的、尽最大可能努力传输数据流的传输服务，UDP协议只是简单的把数据报从一个节点发送到另一个节点，并不保证该数据报一定能到达另一端，但UDP的实现相对简单，配合应用层提供的可靠通信控制，就能高效和可靠地传输数据，更适合嵌入式网关应用。

所述的应用层由于嵌入式系统应用各异，不能制定统一的协议，故可以舍弃这些应用层协议，用应用程序的接口函数取而代之，具体的应用程序可以根据需要由用户二次开发。

Claims (2)

1. 一种嵌入式以太网网关的集中抄表系统，包括多个电能表、以太网和计算机，其特征在于：它还包括现场设备总线和嵌入式以太网网关，所述的多个电能表与现场设备总线连接，所述的现场设备总线与嵌入式以太网网关连接，所述的嵌入式以太网网关与以太网连接，所述的以太网与计算机连接。

2.一种基于权利要求1的嵌入式以太网网关的集中抄表系统的数据传输方法，其特征在于：所述的多个电能表的数据经过读写器读取后统一经现场设备总线传给嵌入式以太网网关，再由嵌入式以太网网关经以太网传输给计算机；所述的计算机的数据通过以太网传给嵌入式以太网网关，然后由嵌入式以太网网关将数据通过现场设备总线传给相应的电能表；所述的电能表的数据在嵌入式以太网网关的传输分为两步：

i) 传输给所述的现场设备总线的数据通过传输介质经嵌入式以太网的网关的物理层和数据链路层到达应用程序；

ii) 所述的应用程序完成事件的处理后，所述的数据经TCP/IP协议封装后经过NIC接口传给以太网；所述的TCP/IP协议由链路层的ARP协议、网络层的IP协议和ICMP协议、传输层的UDP协议及应用层的用户程序构成。

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