CN102752238A

CN102752238A - 一种通用网关设备以及物联网系统

Info

Publication number: CN102752238A
Application number: CN2012102224811A
Authority: CN
Inventors: 何宇东
Original assignee: Datang Mobile Communications Equipment Co Ltd
Current assignee: Datang Mobile Communications Equipment Co Ltd
Priority date: 2012-06-28
Filing date: 2012-06-28
Publication date: 2012-10-24

Abstract

本发明公开了一种通用网关设备以及物联网系统，用以提高物联网设备的互通性、易管理性。所述设备包括：至少一个电平转换电路，每个电平转换电路与一传感器相连，用于对传感器与处理器之间传输的信号进行电平转换；分别与电平转换电路、以太控制模块和存储模块相连的处理器，该处理器用于根据存储模块中存储的传感器的解析协议，对来自传感器的数据进行解析，并将解析后的数据发送给以太控制模块；以及，对来自应用管理主机的数据进行解析，得到传感器能够识别的数据，并将该数据发送给与该传感器相连接的电平转换电路；以太控制模块，用于在处理器与应用管理主机之间，通过以太方式传输数据；存储模块，用于存储传感器的解析协议。

Description

一种通用网关设备以及物联网系统

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种通用网关设备以及物联网系统。

背景技术

对于工业控制领域来说，需要提供多种不同的业务，从普通的检测信号传输到对设备传感器的管理控制，多种业务的整合及通信管理问题显得越来越重要。

目前的工业设备接口种类很多，例如：以太接口、光纤接口、串口、RS485接口等等。不同的设备之间的链接有使用以太口的，有使用光纤的，结构复杂，并且在物理接口链接完成后，还需要双方的厂家进行软件协议的调测。因为不同厂家的协议不同，最终完成不同厂家设备的互通管理结构复杂，成本很高，互通性很差，大大影响了底层设备的潜在功能的发挥，也对上层的应用开发制造了很大难度。

目前工业物联网管理结构举例如图1所示。它是由不同厂家之间调测专用接口，通过复杂的网络链接在一起。

传感器A、B、C、D：工业控制中不同场景下不同功能的传感器，不同厂家的传感接口不同；

管理设备A、B、C、D：对传感器进行管理控制的设备，不同厂家的管理设备不同；

网关设备A、B：与管理设备通信，收集传感器的数据，把数据送到应用管理主机；

应用管理主机：对从网关设备送入的数据进行管理的设备，并进行应用管理。

接口A1、B1、C1、D1：传感器与管理设备之间的接口，A1、B1、C1、D1的接口物理方式和数据协议均不相同；

接口A2、B2、C2、D2：网关与管理设备之间的接口，A2、B2、C2、D2的接口物理方式和数据协议均不相同；

接口E1、E2：网关与应用管理主机之间的接口，E1、E2的接口物理方式和数据协议均不相同；

综上所述，现有技术中的工业物联网的通常结构非常复杂，接口种类多，设备种类多，因此有如下的缺点：

设备种类多，连接复杂，造成网络不稳定、成本高；

接口种类多，使得不同的厂家之间都要开发通信协议接口，工作量大；

设备数量多，设备管理复杂。

发明内容

本发明实施例提供了一种通用网关设备以及物联网系统，用以提高物联网设备的互通性、易管理性，实现结构更加简单的物联网，大幅度提高网络性能，并节省成本。

本发明实施例提供的一种通用网关设备包括：

至少一个电平转换电路，每个电平转换电路与一传感器相连，用于对传感器与处理器之间传输的信号进行电平转换；

分别与电平转换电路、以太控制模块和存储模块相连的处理器，该处理器用于根据存储模块中存储的传感器的解析协议，对来自传感器的数据进行解析，并将解析后的数据发送给以太控制模块；以及，对来自应用管理主机的数据进行解析，得到传感器能够识别的数据，并将该数据发送给与该传感器相连接的电平转换电路；

以太控制模块，用于在处理器与应用管理主机之间，通过以太方式传输数据；

存储模块，用于存储传感器的解析协议。

本发明实施例提供的一种物联网系统包括上述通用网关设备。

本发明实施例，通过上述通用网关设备，从而实现了结构更加简单的物联网，大幅度提高了网络性能，并节省了成本，提高了物联网设备的互通性和易管理性。

附图说明

图1为目前工业物联网的网络结构示意图；

图2为本发明实施例提供的物联网系统的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的通用网关设备的结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例属于物联网领域的通信控制技术。通过通用网关设备，提供不同工业控制设备之间的互通，对不同的工业设备进行管理，解决目前多种设备之间的链接复杂，管理困难的问题，并且设备简单，成本低，可以为各类工业中的物联网提供一个通用的网关设备，当然也可以应用在其他相关领域。

本发明实施例提供的物联网系统的结构，如图2所示，由应用管理主机、通用网关设备以及传感器组成，大大简化了网络结构。

其中，传感器A、B、C、D分别为工业控制中不同场景下不同功能的传感器，使用传感器的RS485接口与通用网关设备相连；

通用网关设备负责将所有的传感器信息进行收集，并且与应用管理主机通信。

应用管理主机用于对从通用网关设备送入的数据进行管理，并进行应用管理，使用RJ45以太接口与传感器相连。

下面对通用网关设备的硬件结构、工作原理分别加以说明。

通用网关设备的结构如图3所示，其中共有5种信号，包括：

RS485(1-n)接口信号：通过网关设备对外提供多个RS485接口，目前几乎所有的工控设备的传感器都提供该物理接口，所以具有通用性；

接口1信号：电平转换电路为处理器提供可以接受的电平信号，使得处理器可以操作外部传感器；

所述接口1信号，例如可以是TTL（晶体管-晶体管逻辑电平）电平信号，或LVTTL（低电压晶体管-晶体管逻辑电平）电平信号。

接口2信号：接口2为处理器与以太控制模块的通信接口，可以将处理器的数据通过以太接口进行收发；

所述接口2信号，可以是PHY（物理层）管理接口信号，例如：MDIO（管理数据输入输出）控制信号。

接口3信号：接口3为数据存储接口，可以将处理器要存储的数据进行存储或读取；

所述接口3信号，可以是I2C信号，或SPI信号。

RJ45接口信号：对外的RJ45接口，为物理形式的以太接口，目前是工业控制中与应用管理主机通信的通用接口。

通用网关设备的模块的作用说明如下：

电平转换电路：

将输入的RS485接口信号的电平转换成处理器可以接受的电平信号，该模块可以使用专用芯片（例如芯片MAX3485ECSA）实现；

处理器：

使用低成本的处理器实现，如：单片机、ARM（Advanced RISC Machines，微型处理器，是一种处理器的架构）等处理器，实现对数据的解析与协议转换。

以太控制模块：

该模块可以将处理器的信息通过以太方式进行传输，处理器可以通过以太方式与外部通信，以太控制模块可以使用专用芯片（例如芯片WJLXT971ALC）实现。

存储模块：

使用存储器件实现，如：闪存（FLASH）、硬盘、SD（Secure Digital MemoryCard，安全数码卡，是一种存储器件）卡等，用于将处理器需要的数据进行存储或读取，以及存储处理器运行的操作系统。

具体的实现步骤如下：

第一步，将所有的传感器的RJ485接口链接到通用网关设备的RS485接口；

第二步，由于不同的传感器的接口协议不相同，将每种传感器的解析协议存储到存储模块；

第三步，处理器与传感器进行通信，将接口协议统一转换为应用管理主机可以解析的协议；

第三步，通过RJ45以太接口将数据传送到应用管理主机；

第四步，应用管理主机通过应用软件对数据进行处理；

第五步，应用管理主机将处理后的数据通过RJ45接口发到处理器；

第六步，处理器解析应用管理主机的数据，转换成传感器可以识别的数据；

第七步，电平转换电路通过RS485接口将数据送到传感器；

第八步，如果系统中增加了新的传感器，并且没有该传感器的解析协议，可以通过应用管理主机将新的解析协议通过RJ45以太接口经过处理器下载到存储模块。

第八步具体包括：

在系统中增加了新的设备（例如新的传感器）后，处理器对来自新的设备的数据进行解析，具体地利用存储模块中已存储的多种解析协议进行解析，但发现多次解析数据均不正确，则进一步处理器可以主动向新的设备进行数据试探，若都没有正确的响应，则处理器上报到上层，具体上报信息包括：

一、系统增加了不能识别的新的设备；

二、来自新的设备的不能识别的数据，以及向该新的设备返回的不能识别的数据，这两种数据可以进行打包。

三、新的设备的端口号。

处理器对新设备的数据进行解析，如果可以解析成功，那么把新设备的解析协议的解析代码发给存储模块进行存储，如果解析失败，确认新设备的端口号，通过该端口号确认新设备，通过工作人员将新设备的解析协议存储到存储模块中。

最终，处理器在接收到协议解析代码后，存储到存储模块中，以后再有来自该新设备的数据，利用新增的解析协议对该新设备的数据进行解析。

综上所述，本发明实施例提供了一种新的通用网关设备及物联网系统，可广泛应用于工业物联网领域中，能高效地提高业务传输的稳定性和准确性，并具有以下优点：

网络架构简单，施工方便；

结构简化，降低了系统成本；

控制步骤简洁，保证了电路高效且计算量不大；

很容易控制传感器，提高了系统稳定性；

系统升级方便简洁，方便了系统的扩容。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种通用网关设备，其特征在于，该设备包括：

存储模块，用于存储传感器的解析协议。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，电平转换电路与传感器之间通过RS485接口相连。

3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，以太控制模块与应用管理主机之间通过RJ45接口相连。

4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，以太控制模块与处理器之间通过以太接口相连。

5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述处理器为：

单片机或ARM。

6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述存储模块为：

闪存、硬盘或SD卡。

7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述处理器还用于：

利用存储模块中已存储的多种解析协议，对来自新设备的数据进行解析，当多次解析数据均不正确时，将新设备的信息上报到上层，以实现将新设备的解析协议存储到存储模块中。

8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述处理器当多次解析数据均不正确时，进一步向新设备进行数据试探，若没有收到正确的响应，将新设备的信息上报到上层，以实现将新设备的解析协议存储到存储模块中。

9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述处理器上报的新设备的信息包括：

系统增加了不能识别的新设备；

来自新设备的不能识别的数据；

新设备的端口号。

10.一种物联网系统，包括应用管理主机和至少一个传感器，其特征在于，该系统还包括权利要求1-9任一权项所述的通用网关设备。