CN103777596A - 一种环境采集控制综合系统接入设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种环境采集控制综合系统接入设备，包括机壳，设置在机壳内的转换电路，以及设置在机壳侧边的若干个开关量输入物理接口、开关量输出物理接口、RS485物理接口、RS232物理接口、RS422物理接口和以太网接口等，其中，所述转换电路包括中央处理器单元，以及与中央处理器单元相连的开关量输入/输出接口模块、RS485通讯接口模块、RS232通讯接口模块、RS422通讯接口模块、复位电路模块和电源模块。在不更换原有串行设备的基础上就可以使大量串口设备立即联网，成功的解决了串口设备通信距离短及大量开关量的采集与控制等无法统一管理等串行通信的难题。
Description
技术领域
本发明涉及一种接口转换设备，特别是涉及一种环境采集控制综合系统接入设备。
背景技术
近年来，随着以太网技术的快速发展和迅速普及，各个领域都普遍采用基于以太网技术的互联设备。“让全部设备接入网络"已成为当今信息社会发展的必然趋势。但是在工业生产和自动化控制等领域，大量采用传统的RS232串行通信设备进行数据传输。串行通信一方面因为其传输协议简单，可靠性高等特点仍然沿用至今，另一方面，因为其传输距离短，而且无法连入主流网络等缺陷，使其未来的发展面临着巨大的挑战和压力。基于上述，急需寻找一种解决方案，能在不更换旧有设备并且避免耗费大量人力物力的前提下使串口设备可以连入现在的主流网络——以太网，并进行数据传输。
有鉴于此，本发明人对此进行研究，专门开发出一种环境采集控制综合系统接入设备，本案由此产生。
发明内容
本发明的目的是提供一种环境采集控制综合系统接入设备，使多台串口设备可以立即联网，实现串行数据通过以太网传输，与远端主机或者远端串口设备双向的交互通信，消除了原先对传输距离的限制，实现了设备的统一集中化管理。
为了实现上述目的，本发明的解决方案是：
一种环境采集控制综合系统接入设备，包括机壳，设置在机壳内的转换电路，以及设置在机壳侧边的若干个开关量输入物理接口、开关量输出物理接口、RS485物理接口、RS232物理接口、RS422物理接口和以太网接口等，其中，所述转换电路包括中央处理器单元，以及与中央处理器单元相连的开关量输入/输出接口模块、RS485通讯接口模块、RS232通讯接口模块、RS422通讯接口模块、复位电路模块和电源模块等，上述RS485物理接口、RS232物理接口和RS422物理接口分别与RS485通讯接口模块、RS232通讯接口模块、RS422通讯接口模块相连，开关量输入物理接口、开关量输出物理接口分别与开关量输入/输出接口模块相连。
上述中央处理器单元包括微处理器，以及与微处理器相连的以太网通讯电路、RS485通讯电路、RS232通讯电路、RS422通讯电路、JIAG调试接口电路、电源电路和存储器等，所述以太网通讯电路通过以太网接口与上位机相连，RS458通讯电路、RS232通讯电路和RS422通讯电路分别通过对应的通讯接口模块、物理接口与信号采集或控制装置相连，电源电路通过电源模块与电源相连。
作为优选，上述微处理器采用32位的ARM9系列单片机，用于对各类数据传输通道进行配置管理，另外作为系统主控电路对外设电路及数据进行管理和分配。
作为优选，上述存储器包括SRAM和Nor Flash，主要存储系统初始化数据以及系统各类配置数据，另外还包括部分数据传输过程数据存储。
作为优选，所述以太网通讯电路采用型号为DM9000A的以太网接口芯片，通过以太网通讯电路实现微处理器与上位机的通讯。
作为优选，上述开关量输入/输出接口模块采用FPGA芯片，实现32位总线与各路开关量的BCD编码的对应关系，另外保证系统时钟同步作用。
作为优选，上述RS485通讯接口模块采用型号为MT48LC4M32B2芯片。
作为优选，上述RS232通讯接口模块采用FPGA芯片，实现32位总线与各路RS232的对应关系，另外保证系统时钟同步作用。
作为优选，上述RS422通讯接口模块采用型号为MO516LAN芯片。
作为优选，上述接入设备壳体采用19英寸 1U插卡式结构，包括多个可热插拔的槽位，每个插槽可以插入多种服务卡片，且支持混插。
上述环境采集控制综合系统接入设备使用时，各个物理接口分别与各个信号采集或控制装置相连，将信号或开关量通过RS485通讯接口模块、RS232通讯接口模块、RS422通讯接口模块或开关量输入/输出接口模块发送给中央处理单元，中央处理单元经过数据处理分析后，转成以太网包，通过以太网通讯电路传输到监控管理服务器，实现全面监控电力各厂站环境、视频设备、远端各类智能设备或子系统（如开关量检测、机房的温湿度监测、漏水监测、消防报警、电子围栏、视频监控等）的运行情况，能实时查看到各类智能设备或子系统的所有运行参数和运行状态。
上述环境采集控制综合系统接入设备在不更换原有串行设备的基础上就可以使大量串口设备立即联网，成功的解决了串口设备通信距离短及大量开关量的采集与控制等无法统一管理等串行通信的难题，具有广阔的市场前景和发展空间，可大量应用于工业生产和自动化控制，且整个设备制造成本低。
以下结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细描述。
附图说明
图1 为本实施例的环境采集控制综合系统接入设备立体结构示意图；
图2为本实施例的环境采集控制综合系统接入设备模块框图；
图3为本实施例的微处理器原理图；
图4为本实施例的以太网通讯电路原理图；
图5为本实施例的开关量输入/输出接口模块主电路原理图；
图6为本实施例的RS485通讯接口模块主电路原理图；
图7为本实施例的RS232通讯接口模块主电路原理图；
图8为本实施例的RS422通讯接口模块主电路原理图；
图9为本实施例的环境采集控制综合系统接入设备与外围设备连接图。
具体实施方式
如图1-2所示，一种环境采集控制综合系统接入设备，包括机壳1，设置在机壳1内的转换电路，以及设置在机壳1侧边的若干个开关量输入/输出物理接口11、RS485物理接口13、RS232物理接口14、RS422物理接口12和以太网接口9等，其中，所述转换电路包括中央处理器单元2，以及与中央处理器单元2相连的的开关量输入/输入接口模块3、RS485通讯接口模块4、RS232通讯接口模块5、RS422通讯接口模块6、复位电路模块7和电源模块8等，所述中央处理器2单元进一步包括微处理器20，以及与微处理器20相连的以太网通讯电路21、RS485通讯电路22、RS232通讯电路23、RS422通讯电路24、JIAG调试接口电路25、电源电路26和存储器27等。上述RS485物理接口13、RS232物理接口14和RS422物理接口12分别通过与RS485通讯接口模块4、RS232通讯接口模块5、RS422通讯接口模块6与微处理器20相连，开关量输入/输出物理接口11与开关量输入/输出接口模块3相连。所述以太网通讯电路21通过以太网接口9与上位机101相连，电源电路26通过电源模块8与电源相连。
如图3所示，上述微处理器20采用32位的ARM9系列单片机，具体采用型号为STM32F103-144的单片机，用于对各类数据传输通道进行配置管理，如：RS232，RS485，开关量的采集与控制等，另外作为系统主控电路对外设电路及数据进行管理和分配。
上述存储器27包括SRAM和Nor Flash，主要存储系统初始化数据以及系统各类配置数据，另外还包括部分数据传输过程数据存储。
如图4所示，所述以太网通讯电路21采用型号为DM9000A的以太网接口芯片，通过以太网通讯电路21实现微处理器20与上位机1的通讯。
如图5所示，上述开关量输入/输出接口模块3采用自行设计的FPGA芯片，型号为KS8695X，实现32位总线与各路开关量的BCD编码的对应关系，另外保证系统时钟同步作用。
如图6所示，上述RS485通讯接口模块4采用型号为MT48LC4M32B2芯片， MT48LC4M32B2芯片的主要功能：SDRAM和System使用同一个PLL输出时钟，可以保证System Clock和SDRAM Clock的相对抖动比较小。外部晶振的时钟送入PLL，然后由PLL产生两个同频的时钟一个供给Nios II系统使用，另一个供给SDRAM使用。（把PLL设置成Zero Buffer Mode可以比较方便地控制SDRAM Clock和输入时钟Extern Clock的相位关系。）系统中的SDRAM控制器和SDRAM通过双向数据线交换。
如图7所示，上述RS232通讯接口模块5采用自行设计的FPGA芯片，实现32位总线与各路RS232的对应关系，另外保证系统时钟同步作用，也可以采用MT48LC4M32B2芯片实现，能够保证系统时钟同步作用。
如图8所示，上述RS422通讯接口模块6采用型号为MO516LAN芯片，MO516LAN芯片主要应用于各种各样的工业控制和需要高性能CPU的领域. M058/M0516系列内嵌有 32K/64K-字节的flash存储器, 4K字节数据flash存储器，用于在系统编程（ISP）的4K字节 flash存储器，及 4K字节SRAM存储器. 许多系统级外设功能，如I/O端口、 EBI (外部总线接口)、Timer、UART、 SPI、I2C、PWM、ADC，看门狗定时器和欠压检测，都已经被集成在M058/M0516，以减少系统外围元器件数量，节省电路板空间和系统成本。
上述接入设备壳体1采用19英寸 1U插卡式结构，包括多个可热插拔的槽位，每个插槽可以插入下列服务卡片，支持混插：
A、32路开关量输入卡，干节点输入, 与主板2500V光电隔离；
B、32路开关量输出卡, 干节点输出；
C、8路RS485卡，2500V光电隔离，每路有独立的隔离信号地；
D、8路RS232卡，2500V光电隔离，每路有独立的隔离信号地；
E、8路RS422卡，2500V光电隔离，每路有独立的隔离信号地；
F、主板提供4 路共享线速100M交换式以太网通道；
G、提供WEB SERVER 配置，提供Console管理接口，便于安装开通；
H、当设备内部插入网管模块时，可提供基于SNMP 网管操作界面。
在本实施例中，上述环境采集控制综合系统接入设备使用时，如图9所示，射灯通过灯光控制器连接RS232物理接口14，摄像机通过云台镜头控制器连接RS485物理接口13，红外探头、烟感和温感分别连接各个开关量输入/输出物理接口11。各个物理接口接收到外围设备的信号和开关量后，通过RS232通讯接口模块5、RS485通讯接口模块4、开关量输入/输出接口模块3发送给中央处理单元2，中央处理单元2经过数据处理分析后，转成以太网包，通过以太网通讯电路21和以太网传输到统一监控平台的管理服务器，实现全面监控电力各厂站环境、视频设备、远端各类智能设备或子系统（如开关量检测、机房的温湿度监测、漏水监测、消防报警、电子围栏、视频监控等）的运行情况，能实时查看到各类智能设备或子系统的所有运行参数和运行状态。
上述实施例和图式并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。
Claims (10)
1.一种环境采集控制综合系统接入设备，其特征在于：包括机壳，设置在机壳内的转换电路，以及设置在机壳侧边的若干个开关量输入物理接口、开关量输出物理接口、RS485物理接口、RS232物理接口、RS422物理接口和以太网接口，其中，所述转换电路包括中央处理器单元，以及与中央处理器单元相连的开关量输入/输出接口模块、RS485通讯接口模块、RS232通讯接口模块、RS422通讯接口模块、复位电路模块和电源模块，上述RS485物理接口、RS232物理接口和RS422物理接口分别与RS485通讯接口模块、RS232通讯接口模块、RS422通讯接口模块相连，开关量输入物理接口、开关量输出物理接口分别与开关量输入/输出接口模块相连。
2.如权利要求1所述的一种环境采集控制综合系统接入设备，其特征在于：上述中央处理器单元包括微处理器，以及与微处理器相连的以太网通讯电路、RS485通讯电路、RS232通讯电路、RS422通讯电路、JIAG调试接口电路、电源电路和存储器，所述以太网通讯电路通过以太网接口与上位机相连，RS458通讯电路、RS232通讯电路和RS422通讯电路分别通过对应的通讯接口模块、物理接口与信号采集或控制装置相连，电源电路通过电源模块与电源相连。
3.如权利要求2所述的一种环境采集控制综合系统接入设备，其特征在于：上述微处理器采用32位的ARM9系列单片机。
4.如权利要求2所述的一种环境采集控制综合系统接入设备，其特征在于：上述存储器包括SRAM和Nor Flash。
5.如权利要求2所述的一种环境采集控制综合系统接入设备，其特征在于：所述以太网通讯电路采用型号为DM9000A的以太网接口芯片。
6.如权利要求1所述的一种环境采集控制综合系统接入设备，其特征在于：上述开关量输入/输出接口模块采用FPGA芯片。
7.如权利要求1所述的一种环境采集控制综合系统接入设备，其特征在于：上述RS485通讯接口模块采用型号为MT48LC4M32B2芯片。
8.如权利要求1所述的一种环境采集控制综合系统接入设备，其特征在于：上述RS232通讯接口模块采用FPGA芯片。
9.如权利要求1所述的一种环境采集控制综合系统接入设备，其特征在于：上述RS422通讯接口模块采用型号为MO516LAN芯片。
10.如权利要求1所述的一种环境采集控制综合系统接入设备，其特征在于：上述接入设备壳体采用19英寸 1U插卡式结构，包括多个可热插拔的槽位。
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