CN104394069A - 微电网数据网关装置及数据转换方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及微电网数据网关装置及数据转换方法，该装置包括主控制器、缓冲模块和驱动模块，驱动模块用于通过RS485接口和RS232接口分别接收微电网数据，驱动RS485接口和RS232接口全双工工作，并将接收到的微电网数据经缓冲模块传输至主控制器，该数据转换方法为，通过因特网采集源协议数据帧数据传输到主控制器，或者通过RS485接口或RS232接口采集源协议数据帧数据经驱动模块和缓冲模块传输到主控制器，主控制器对源协议数据帧数据进行协议转换，并通过以太网传输给因特网或通过缓冲模块和驱动模块传输至RS485接口或RS232接口。

Description

微电网数据网关装置及数据转换方法

技术领域

本发明属于数据网关技术领域，具体涉及微电网数据网关装置及数据转换方法。

背景技术

在现代企业生产中，企业的管理经营系统一股采用计算机为主要节点的通信网络，以TCP/IP协议为主；同时生产线的自动化系统一股采用以PLC为主要节点的控制、通信网络，最常用的是现场总线协议，如何实现不同应用系统间的数据通信，打通不同通信协议间的数据通路，对数据进行分析、存储、转发等功能，如生产指示快速下达和生产状态的快速发布，从而提升企业生产效率，是数据网关技术出现和发展的客观要求。如何进一步提高和发展数据网关技术，对促进社会生产有着重要意义。

现有的数据网关主要是针对特定的协议转换过程而进行设计的，只支持单一的协议转换过程，兼容性差。当通信协议变化时，需要重新更换解析转换程序，将导致多次重复开发，浪费大量的人力和物力；此外，现有数据网关在硬件结构上采用时钟频率小于80MHz的微处理器，处理速度慢，所能支持的接口少，无法支持高速通信，且可靠性低。

发明内容

针对现有技术的不足，提供一种微电网数据网关装置及数据转换方法。

本发明的技术方案，微电网数据网关装置，包括：主控制器、缓冲模块和驱动模块；

所述的驱动模块用于通过RS485接口和RS232接口分别接收微电网数据，驱动RS485接口和RS232接口全双工工作，并将接收到的微电网数据经缓冲模块传输至主控制器；

所述的主控制器用于对微电网数据进行协议转换；

所述的驱动模块的一端连接RS485接口和RS232接口，驱动模块的另一端连接缓冲模块的一端，缓冲模块的另一端连接主控制器；

所述的驱动模块包括第一输入缓冲模块、第二输入缓冲模块、第一电平转换模块和状态显示模块；

所述的第一输入缓冲模块用于接收RS485接口的信号，并保持信号状态；所述的第二输入缓冲模块用于接收RS232接口的信号，并保持信号状态；所述的第一电平转换模块用于将接收的高电压信号转换为低电压信号；所述的状态显示模块用于显示驱动模块和主控制器的工作状态；

所述的第一输入缓冲模块的输入端连接RS485接口，第一输入缓冲模块的输出端连接第一电平转换模块的输入端，第二输入缓冲模块的输入端连接RS232接口，第二输入缓冲模块的输出端连接第一电平转换模块的输入端，第一电平转换模块的输出端连接状态显示模块的输入端、缓冲模块和主控制器，状态显示模块的输入端还连接主控制器；所述的主控制器通过以太网接口连接到因特网；

该装置还包括电源模块，电源模块的输出端连接主控制器的输入端，用于为主控制器提供+5V和+3.3V电源；

所述的电源模块包括EMI抑制模块、稳压控制模块、稳压滤波模块和第二电平转换模块；

所述的EMI抑制模块用于抑制输入电压的电磁干扰；所述的稳压控制模块用于将输入电压转换成稳定的直流电压；所述的稳压滤波模块用于对直流电压进行滤波；所述的第二电平转换模块用于将+5V电压转换为+3.3V电压；

所述的EMI抑制模块的输入端接入输入电压，EMI抑制模块的输出端连接稳压控制模块的输入端，稳压控制模块的输出端连接稳压滤波模块的输入端，稳压滤波模块连接第二电平转换模块，稳压滤波模块和第二电平转换模块连接主控制器；

该装置还包括存储模块，存储模块与主控制器连接，用于存储主控制器协议转换后的微电网数据；

该装置还包括看门狗电路，看门狗电路的输出端连接主控制器的输入端。

采用微电网数据网关装置进行数据转换的方法，包括以下步骤：

步骤1：若通过RS485接口或RS232接口采集源协议数据帧数据，执行步骤2，若通过因特网采集源协议数据帧数据，执行步骤4；

步骤2：驱动模块将源协议数据帧数据进行电平转换处理；

步骤3：电平转换后的源协议数据帧数据经缓冲模块传输到主控制器；

步骤4：主控制器对源协议数据帧数据进行协议转换；

步骤4.1：读取源协议数据帧特征字符集，建立简单数据帧缓冲区间，初始化简单数据帧缓冲区；

步骤4.2：判断源协议数据帧关键字是否为协议关键字，若是，则执行步骤4.5，否则，执行步骤4.3；

步骤4.3：判断源协议数据帧关键字是否为特殊关键字，若是，则将该源协议数据帧关键字转换为满足目标协议数据帧关键字的要求的形式，否则，对源协议数据帧关键字根据情况进行数据类型的转换或者不处理，得到处理后的源协议关键字；

步骤4.4：将处理后的源协议数据帧关键字放入简单数据帧缓冲区；

步骤4.5：判断源协议数据帧关键字是否取完，若是，则输出简单数据缓冲区内的简单数据帧，否则，返回步骤4.2；

步骤4.6：读取目标协议数据帧特征字符集，建立目标协议数据帧缓冲区，初始化目标协议数据缓冲区；

步骤4.7：将简单数据缓冲区内的简单数据帧放入目标协议数据缓冲区；

步骤4.8：判断目标协议数据帧特征字符集关键字是否为协议关键字，若是，则执行步骤4.9，否则，执行步骤4.10；

步骤4.9：将目标协议数据帧关键字放入目标协议数据缓冲区；

步骤4.10：判断目标协议数据帧关键字是否取完，若是，则输出目标协议数据缓冲区中的目标协议数据帧，得到协议转换后的数据，否则，返回步骤4.8；

步骤5：存储协议转换后的数据，并通过以太网传输给因特网或通过缓冲模块和驱动模块传输至RS485接口或RS232接口。

本发明的有益效果是：

本发明使用一种关于数据帧关键字与简单数据帧的数据转换方法，支持多种协议的转换，具有良好的兼容性；当通信协议变化时，不需要重新更换解析转换程序，从而避免了多次重复开发，浪费大量的人力和物力；选用STM32F217ZGT控制器，该控制器主频高达120MHZ，拥有强大的快速处理能力，保证了数据网关的高效运行；采用高速UART缓冲电路，提高了网关装置的收发能力，使得协议转换过程能够快速进行；添加了存储模块，该模块采用一个32Mbits的串行闪存，能够存储大量的通讯信息以供用户查询，且体积小速度快，工作频率高达66MHz；本发明设计了可靠的电源模块与驱动电路，保证了网关装置的正常运行。

附图说明

图1为本发明具体实施方式中的微电网数据网关装置的结构图；

图2为本发明具体实施方式中的微电网数据网关装置的驱动模块原理图；

其中，1-第一输入缓冲模块，2-第二输入缓冲模块，3-第一电平转换模块，4-状态显示模块；

图3为本发明具体实施方式中的微电网数据网关装置的电源模块原理图；

其中，5-EMI抑制模块，6-稳压控制模块，7-稳压滤波模块，8-第二电平转换模块；

图4为本发明具体实施方式中的微电网数据网关装置的缓冲模块原理图；

图5为本发明具体实施方式中的微电网数据网关装置的看门狗电路原理图；

图6为本发明具体实施方式中的微电网数据网关装置的存储模块原理图；

图7为本发明具体实施方式中的微电网数据网关装置的主控制器原理图；

图8为本发明具体实施方式中的微电网网关数据转换方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明具体实施方式加以详细的说明。

微电网数据网关装置，如图1所示，包括：主控制器、电源模块、存储模块、看门狗电路、缓冲模块和驱动模块。

驱动模块用于通过RS485接口和RS232接口分别接收微电网数据，驱动RS485接口和RS232接口全双工工作，并将接收到的微电网数据经缓冲模块传输至主控制器。

主控制器用于对微电网数据进行协议转换。

电源模块用于为主控制器提供+5V和+3.3V电源。

驱动模块的一端连接RS485接口和RS232接口，驱动模块的另一端连接缓冲模块的一端，缓冲模块的另一端连接主控制器。主控制器通过以太网连接到因特网。存储模块与主控制器连接，用于存储主控制器协议转换后的微电网数据。看门狗电路的输出端连接主控制器的输入端。电源模块的输出端连接主控制器的输入端。

本实施方式中MODBUS RTU/MODBUS ASCII协议数据从RS485接口传入，经驱动模块、缓冲模块最终被主控制器接收，通过主控制器进行协议转换后，变为Modbus TCP/IP协议数据，由以太网接口(MII接口)、网络模块的网卡和交换机等网络设备传输至因特网，最终被终端用户接收；终端用户亦可以通过逆向通路对，终端设备进行主动通信。整个网关装置由电源模块提供稳定的高质量电源，主控制器可以根据用户需要将重要的通讯信息存储到存储模块，而看门狗电路则保证了网关程序的正常运行，防止程序陷入死循环。

驱动模块原理图如图2所示，该模块能够驱动RS485接口和RS232接口，并支持RS485和RS232接口的全双工工作，实现双向同时通讯，且该模块能够实时显示通讯状态，以及主控制器的工作状态，方便用户对网关装置进行直观地监控。

驱动模块包括第一输入缓冲模块1、第二输入缓冲模块2、第一电平转换模块3、状态显示模块4；

第一输入缓冲模块1用于接收RS485接口的信号，并保持信号状态；第二输入缓冲模块2用于接收RS232接口的信号，并保持信号状态；第一电平转换模块3用于将接收的高电压信号转换为低电压信号；状态显示模块4用于显示驱动模块和主控制器的工作状态。

第一输入缓冲模块1的输入端连接RS485接口，第一输入缓冲模块1的输出端连接第一电平转换模块3的输入端，第二输入缓冲模块2的输入端连接RS232接口，第二输入缓冲模块2的输出端连接第一电平转换模块3的输入端，第一电平转换模块3的输出端连接状态显示模块4的输入端、缓冲模块和主控制器，状态显示模块4的输出端连接主控制器。

第一输入缓冲模块1包括：第一RS485接口收发器U1、第二RS485接口收发器U2、第一双向复合保护管V1、第二双向复合保护管V2、第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第四电感L4、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第八电阻R8、第九电阻R9、第二电容C2和第三电容C3。

第二输入缓冲模块2包括：RS232驱动芯片U3、第十一电感L11、第十二电感L12、第十三电感L13、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7和第八电容C8。

第一电平转换模块3包括：电平转换芯片的第一与门U4A、电平转换芯片的第二与门U4B、六位倒向器的第三非门U5C、六位倒向器的第四非门U5D、六位倒向器的第五非门U5E、第五电感L5、第六电感L6、第七电感L7、第八电感L8和第九电感L9。

状态显示模块4包括：六位倒向器的第一非门U5A、六位倒向器的第二非门U5B、六位倒向器的第六非门U5F、第十电感L10、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第一发光二极管VD1、第二发光二极管VD2、第三发光二极管VD3和第四发光二极管VD4。

驱动模块的连接方式为：第一电感L1的一端和第二电感L2的一端分别连接RS485接口，第一电感L1的另一端同时连接第一双向复合保护管V1的1引脚、第一电阻R1的一端和第一RS485接口收发器U1的A引脚，第二电感L2的另一端同时连接第一双向复合保护管V1的2引脚、第二电阻R2的一端和第一RS485接口收发器U1的B引脚，第二电阻R2的另一端和第一双向复合保护管V1的3引脚相连并接地，第一电阻R1的另一端接+5V电源，第一RS485接口收发器U1的RO引脚连接第三电阻R3的一端和第五电感L5的一端，第三电阻R3的另一端连接+5V电源，第一RS485接口收发器U1的DE引脚和引脚互连后连接第六电感L6的一端，第一RS485接口收发器U1的DI引脚分别连接第七电感L7的一端和RS232驱动芯片U3的TR1IN引脚，第一RS485接口收发器U1的VCC引脚分别连接第二电容C2的一端和+5V电源，第二电容C2的另一端接地，第一RS485接口收发器U1的GND引脚接地，第五电感L5的另一端连接电平转换芯片第二与门U4B的I1引脚，电平转换芯片第二与门U4B的O引脚连接电平转换芯片第一与门U4A的I1引脚，电平转换芯片第一与门U4A的O引脚连接六位倒向器第六非门U5F的13引脚并通过ADM202 RXD引脚连接缓冲模块，电平转换芯片第一与门U4A的VCC引脚分别连接第九电容C9的一端和+5V电源，第九电容C9的另一端与电平转换芯片第一与门U4A的GND引脚相连并接地，六位倒向器第六非门U5F的12引脚连接六位倒向器第一非门U5A的1引脚，六位倒向器第一非门U5A的VCC引脚分别连接第一电容C1的一端和+5V电源，第一电容C1的另一端接地，六位倒向器第一非门U5A的GND引脚接地，六位倒向器第一非门U5A的2引脚连接第四电阻R4的一端，第四电阻R4的另一端连接第一发光二级管VD1的阴极，第一发光二极管VD1的阳极连接+5V电源，第六电感L6的另一端连接六位倒向器第五非门U5E的10引脚，六位倒向器第五非门U5E的11引脚通过485Ctr连接缓冲模块，第七电感L7的另一端连接六位倒向器第四非门U5D的9引脚并通过ADM202 TXD引脚连接缓冲模块，六位倒向器第四非门U5D的8引脚连接六位倒向器第三非门U5C的5引脚，六位倒向器第三非门U5C的6引脚连接第五电阻R5的一端，第五电阻R5的另一端连接第二发光二级管VD2的阴极，第二发光二极管VD2的阳极连接+5V电源。

第三电感L3的一端和第四电感L4的一端分别连接RS485接口，第三电感L3的另一端同时连接第二双向复合保护管V2的1引脚、第八电阻R8的一端和第二RS485接口收发器U2的A引脚，第四电感L4的另一端同时连接第二双向复合保护管V2的2引脚、第九电阻R9的一端和第二RS485接口收发器U2的B引脚，第九电阻R9的另一端和第二双向复合保护管V2的3引脚相连并接地，第八电阻R8的另一端接+5V电源，第二RS485接口收发器U2的RO引脚连接第九电感L9的一端，第九电感L9的另一端连接电平转换芯片第二与门U4B的I0引脚，第二RS485接口收发器U2的DE引脚和引脚接地，第二RS485接口收发器U2的VCC引脚分别连接第三电容C3的一端和+5V电源，第三电容C3的另一端接地。

第十一电感L11的一端、第十二电感L12的一端和第十三电感L13的一端分别连接RS232接口，第十一电感L11的另一端和第十二电感L12的另一端分别连接RS232驱动芯片U3的RC1IN引脚和TR1OUT引脚，第十三电感L13的另一端连接RS232驱动芯片U3的接地端并接地，RS232驱动芯片U3的RC1OUT引脚连接第八电感L8的一端，第八电感L8的另一端连接电平转换芯片第一与门U4A的I0引脚，RS232驱动芯片U3的C1+引脚和C1-引脚分别连接第五电容C5的两端，RS232驱动芯片U3的C2+引脚和C2-引脚分别连接第六电容C6的两端，RS232驱动芯片U3的V+引脚连接第七电容C7的一端，RS232驱动芯片U3的VCC引脚同时连接第七电容C7的另一端、第四电容C4的一端和+5V电源，第四电容C4的另一端接地。

第十电感L10的一端通过Status STM32引脚连接主控制器，第十电感L10的另一端连接六位导向器第二非门U5B的3引脚，六位导向器第二非门U5B的4引脚连接第七电阻R7的一端，第七电阻R7的另一端连接第四发光二极管VD4的阳极，第四发光二极管VD4的阴极和第三发光二极管VD3的阴极连接电源，第三发光二极管VD3的阳极连接第六电阻R6的一端，第六电阻R6的另一端接地。

本实施方式中，第一双向复合保护管V1和第二双向复合保护管V2的型号为NUP2105LT1G，第一RS485接口收发器U1和第二RS485接口收发器U2的为低功率RS485接口收发器，型号为LTC1785/SO，六位倒向器的第一非门U5A、第二非门U5B、第三非门U5C、第四非门U5D、第五非门U5E和第六非门U5F的型号为74HCT04，电平转换芯片的第一与门U4A和第二与门U4B的型号为74HCT08，RS232驱动芯片U3的型号为ADM202/SO，第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7和第八电容C8为0.1uF 50V，第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第八电阻R8和第九电阻R9为10kΩ，第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6和第七电阻为1kΩ。

电源模块原理图如图3所示，电源模块包括EMI抑制模块5、稳压控制模块6、稳压滤波模块7和第二电平转换模块8。

该模块接入24V直流电源经过EMI抑制模块5、稳压控制模块6、稳压滤波模块7和第二电平转换模块8获得稳定的5V电源和3.3V电源，且提供了GPRS电源接口，可以给外扩的GPRS模块进行供电。

EMI抑制模块5用于抑制输入电压的电磁干扰；稳压控制模块6用于将输入电压转换成稳定的直流电压；稳压滤波模块7用于对直流电压进行滤波；第二电平转换模块8用于将+5V电压转换为+3.3V电压。

EMI抑制模块5的输入端接入输入电压，EMI抑制模块5的输出端连接稳压控制模块6的输入端，稳压控制模块6的输出端连接稳压滤波模块7的输入端，稳压滤波模块7连接第二电平转换模块8，稳压滤波模块7和第二电平转换模块8连接主控制器。

EMI抑制模块5包括：EMI抑制芯片B1、二极管D1和第一极性电容C5。

稳压控制模块6包括：场效应管Q1、稳压控制器U1、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第一电感L1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一稳压管D2和第二极性电容C6。

稳压滤波模块7包括：第二电感L2、第三电感L3、第四电感L4、第五电感L5、第六电感L6、第七电感L7、第五电阻R5、第六电阻R6、第五电容C7、第六电容C8、第二稳压管D3、第三稳压管D5、第四稳压管D6、第五稳压管D7、发光二极管D4和外扩GPRS电源接口X3。

第二电平转换模块8包括：稳压芯片U2、第七电容C9、第八电容C10。

电源模块的连接方式为：EMI抑制芯片B1的输入端连接24V电源，EMI抑制芯片B1的CB引脚连接二极管D1的阴极，二极管D1的阳极连接第一极性电容C5的正极、第一电阻R1的一端、第一电容C1的一端和稳压控制器U1的Vin引脚，EMI抑制芯片B1的三个CG引脚均与第一极性电容C5的负极相连并接+5VGND，第一电阻R1的另一端连接场效应管Q1的漏极，第一电容C1的另一端同时连接场效应管Q1的漏极和稳压控制器U1的SENSE-引脚，场效应管Q1的源极连接稳压控制器U1的TG引脚、第一电感L1的一端、第一稳压管D2的阳极和第二电容C2的一端，第一稳压管D2的阴极接地，第二电容C2并联稳压控制器U1的SW引脚和BOOST引脚，场效应管Q1的栅极连接稳压控制器U1的TG引脚，第三电容C3的一端连接稳压控制器U1的ith/RUN引脚，第三电容C3的另一端连接第四电阻R4的一端，第四电阻R4的另一端接地，第四电容C4的一端连接稳压控制器U1的Vfb引脚和第二电阻R2的一端，第二电阻R2的一端还连接第三电阻R3的一端，第四电容C4的另一端与稳压控制器U1的GND引脚相连并接地，第一电感L1的另一端同时连接第二电阻R2的一端、第二极性电容C6的正极、第五电容C7的一端、第二稳压管D3的阳极、第六电感L6的一端、第四电感L4的一端和第二电感L2的一端，第二电感L2的另一端与第五稳压管D7的阳极、第六电容C8的一端和第六电阻R6的一端连接并接+5V1电源，第五稳压管D7的阴极和第六电容C8的另一端同时连接第三电感L3的一端并接地，第三电感L3的另一端、第二稳压管D3的阴极、第五电容C7的另一端、第二极性电容C6的阴极和第三电阻R3的另一端共同接地，第三电感L3的另一端还连接第七电感L7的一端和第五电感L5的一端，第四电感L4的另一端连接第四稳压管D6的阳极和+5V3电源，第五电感L5的另一端连接第四稳压管D6的阴极并接地，第六电感L6的另一端连接第三稳压管D5的阳极和外扩GPRS电源接口X3的1引脚，第七电感L7的另一端连接第三稳压管D5的阴极和GPRS电源接口X3的2引脚，稳压芯片U2的VIN引脚连接第八电容C10的一端和+5V1电源，稳压芯片U2的VOUT引脚连接第七电容C9的一端和3.3V电源，稳压芯片U2的接地端与第八电容C10的另一端和第七电容C9的另一端连接并接地，第五电阻R5的一端接+5V1电源，第五电阻R5的另一端接发光二极管D4的阴极，发光二极管D4的阳极接地。

本实施方式中选用的EMI抑制芯片B1的型号为BNX012-01，场效应管Q1为双N沟道功率场效应管，型号为S14920DY，稳压控制器U1的型号为LTC16241，稳压芯片U2的型号为LD1117/SOT，二极管D1的型号为IN906，第一稳压管D2的型号为M8RS360T8G，第二稳压管D3的型号为IN5919B，第三稳压管D5、第四稳压管D6和第五稳压管D7的型号为MMSZ5V1T1G，发光二极管D4的型号为GREEN33V，第一电阻R1为0.5Ω/1W，第二电阻R2为35.7kΩ，第三电阻R3为11kΩ，第四电阻R4为6.6kΩ，第五电阻R5为1kΩ，第六电阻R6为0ohrn，第一电容C1为1000pF/50V，第二电容C2为0.1uF/50V，第三电容C3为470uF/50V，第四电容C4为100pF/50V，第五电容C7为0.1uF/50V，第六电容C8为0.1uF/50V，第七电容C9为10uF/25V，第八电容C10为0.1uF/50V，第一极性电容C5为47uF/50V，第二极性电容C6为220uF/6.3V，第一电感L1为10uH/3A，第二电感L2、第三电感L3、第四电感L4、第五电感L5、第六电感L6和第七电感L7为3A/0.03R。

缓冲模块原理图如图4所示，该模块采用高速UART芯片OX16C950作为缓冲模块的控制芯片，它具有一个128Byte深的FIFO，传输速率高达15Mbps，能够很好的保障通讯协议的高效、可靠运行。

缓冲模块包括高速UART芯片U8、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、晶振G1、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第一电感L1、第二电感L2和第三电感L3。

缓冲模块的连接方式为：高速UART芯片U8的A2引脚、A1引脚和A0引脚分别通过FSMC_A2引脚、FSMC_A1引脚和FSMC_A0引脚连接主控制器，高速UART芯片的U8D0～D7引脚分别通过FSMC_D0～FSMC_D7引脚连接主控制器，高速UART芯片U8的CS0引脚连接第四电阻R4的一端，高速UART芯片U8的CS1引脚连接第三电阻R3的一端，高速UART芯片U8的CS2#引脚连接第二电阻R2的一端，高速UART芯片U8的CS2#引脚还通过FSMC_NE4引脚连接主控制器，第二电阻R2的另一端、第三电阻R3的另一端和第四电阻R4的另一端连接5V电源，高速UART芯片U8的IOR引脚、LOW引脚和ADS#引脚连接3.3VGND，高速UART芯片U8的IOR#引脚和LOW#引脚分别通过FSMC_NE4引脚和FSMC_NEW引脚连接主控制器，高速UART芯片U8的RESET引脚通过OX16C950_RST引脚连接缓冲模块，高速UART芯片U8的XTLI引脚和XTLO引脚分别连接第五电阻R5的两端，第五电阻R5的一端连接晶振G1的一端和第二电容C2的一端，第五电阻R5的另一端连接第六电阻R6的一端，第六电阻R6的另一端连接晶振G1的另一端和第三电容C3的一端，第二电容C2的另一端和第三电容C3的另一端连接3.3VGND，高速UART芯片U8的CLKSEL引脚、BOUT#引脚和RCLK引脚连接5V电源，高速UART芯片U8的SOUT引脚、SIN引脚和DTR#引脚分别连接第一电感L1的一端、第二电感L2的一端和第三电感L3的一端，第一电感L1的另一端、第二电感L2的另一端和第三电感L3的另一端分别通过ADM202TXD引脚、ADM202RXD引脚和485Ctr引脚连接驱动模块，高速UART芯片U8的INT引脚通过OX16C950_INT引脚连接主控制器，高速UART芯片U8的INT引脚还连接第一电阻R1的一端，高速UART芯片U8的GND引脚连接第一电容C1的一端和3.3VGND，高速UART芯片U8的VDD引脚连接第一电容C1的另一端、第一电阻R1的另一端和+5V电源。

本实施方式中选用的高速UART芯片U8的型号为CX16C950，第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4为10为10kΩ、，第五电阻R5为310为10kΩ，第六电阻R6为100Ω，晶振G1为3.6864MHz，第一电容C1为0.1uF、第二电容C2为22pF、第三电容C3为88pF。

看门狗电路原理图如图5所示，该模块为网关装置提供稳定、可靠的看门狗复位信号，防止网关程序进入死循环，确保网关程序的正常运行。

看门狗电路包括微处理器监控芯片U12、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3。

看门狗电路的连接方式为：第一电阻R1的一端与第二电阻R2的一端分别连接5V电源和3.3V电源，第一电阻R1的另一端和第二电阻R2的另一端相连并分别连接第三电阻R3的一端、第五电阻R5的一端、第六电阻R6的一端、第二电容C2的一端和微处理器监控芯片U12的VCC引脚，第三电阻R3的另一端分别连接第一电容C1的一端和微处理器监控芯片U12的引脚，并通过ADM706_NRST连接主控制器，第一电容C1的另一端分别连接3.3VGND和微处理器监控芯片U12的GND引脚，第五电阻R5的另一端通过ADM706_WDI引脚连接主控制器和微处理器监控芯片U12的WD引脚，第六电阻R6的另一端分别连接第三电容C3的一端、第四电阻R4的一端和微处理器监控芯片U12的引脚，第三电容C3的另一端连接3.3VGND，第四电阻R4的另一端连接微处理器监控芯片U12的引脚，第二电容C2的另一端连接3.3VGND，微处理器监控芯片U12的PFI引脚连接3.3VGND，微处理器监控芯片U12的WDI引脚通过ADM706_WDI引脚连接主控制器，微处理器监控芯片U12的引脚通过ADM706_NRST引脚连接主控制器，微处理器监控芯片U12的PFI引脚连接3.3VGND。

本实施方式中选用的微处理器监控芯片U12的型号为ADM706SARZ，第一电阻R1、第二电阻R2和第四电阻R4为0ohm，第五电阻R5和第六电阻R6为10kΩ，第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3为0.1uF/50V。

存储模块原理图如图6所示，该模块采用一个32Mbits的串行闪存，能够存储大量的通讯信息以供用户查询，且体积小速度快，工作频率高达66MHz。

存储模块包括串行接口快速闪存U14、第一电阻R1和第一电容C1。

存储模块的连接方式为：串行接口快速闪存U14的SI引脚、SCK引脚、CS引脚、SO引脚和WP引脚分另通过AT45DB321_SI引脚、AT45DB321_SCK引脚、AT45DB321_CS引脚、AT45DB321_SO引脚和AT45DB321_WP引脚连接主控制器，串行接口快速闪存U14的RESET引脚连接第一电阻R1的一端，串行接口快速闪存U14的GND引脚连接第一电容C1的一端和3.3VGND，串行接口快速闪存U14的VCC引脚分别连接第一电容C1的另一端和3.3V电源。

本实施方式中选用的串行接口快速闪存U14的型号为AT45DB321D，第一电阻R1为4.7kΩ，第一电容C1为0.1uF/50V。

主控制器为32位单片机，实现微电网数据转换，并且提供了SD卡接口，可以方便的扩展存储空间，如图7所示。

主控制器包括32位单片机U11、三档拨动开关W1、单片机烧写接口X4、SD卡接口IC2、超低功耗CMOS静态随机存储器U10、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17、第十八电阻R18、第十九电阻R19、第二十电阻R20、第二十一电阻R21、第二十二电阻R22、第二十三电阻R23、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C5、第四电容C6、第五电容C7、第六电容C8、第七电容C9、第八电容C10、第九电容C11、第十电容C12、第十一电容C13、第十二电容C14、第十三电容C15、第十四电容C16、第十五电容C17、第十六电容C18、第十七电容C19、第一极性电容C3和第二极性电容C4。

32位单片机U11的PA1引脚和PA2引脚分别通过RMII_REF_CLK引脚和RMII_MDIO引脚连接以太网，32位单片机U11的PA7引脚通过RMII_CRS_DV引脚连接以太网，32位单片机U11的PA9引脚和PA10引脚分别通过UART1_TX引脚和UART1_RX引脚连接通用异步收发接口，32位单片机U11的PA13引脚连接第二十二电阻R22的一端，第二十二电阻R22的另一端连接3.3V电源，32位单片机U11的PA13引脚、PA14引脚和PA15引脚分别通过JTMS引脚、JTCK引脚和JTDI引脚连接烧写接口X4，32位单片机U11的PB2引脚通过BOOT1引脚连接三档拨动开关W1的3引脚，且BOOT1引脚与三档拨动开关W1的3引脚之间连有第七电阻R7，32位单片机U11的PB3引脚和PB4引脚分别通过JTDO引脚和JTRST引脚连接烧写口X4，32位单片机U11的PB6和PB7分别通过I2C1_SCL引脚和I2C1_SDA引脚连接集成电路总线，32位单片机U11的PB8引脚与DUXIN相连，32位单片机U11的PB9引脚和PB10引脚分别通过AT45DB321_CS引脚和AT45DB321_SCK引脚连接缓冲模块，32位单片机U11的PB11引脚、PB12引脚和PB13引脚分别通过RMII_TXEN引脚、RMII_TXD0引脚和RMII_TXD1连接以太网，32位单片机U11的PB14引脚、PB15引脚和PC0引脚分别通过AT45DB321_SO引脚、AT45DB321_SI引脚和AT45DB321_WP引脚连接缓冲模块，32位单片机U11的PC1引脚、PC4引脚和PC5引脚分别通过RMII_MDC引脚、RMII_RXD0引脚和RMII_RXD1引脚连接以太网，32位单片机U11的PC6引脚和PC7引脚分别通过UART6_TX引脚和UART6_RX引脚连接通用异步收发接口，32位单片机U11的PC8～PC12引脚分另通过SDIO-D0引脚、SDIO-D1引脚、SDIO-D2引脚、SDIO-D3引脚和SDIO-CLK引脚连接SD卡接口，32位单片机U11的PC13引脚通过ADM706_WDI引脚连接看门狗电路，32位单片机U11的PG0～PG5引脚分别通过FSMC_A10引脚、FSMC_A11引脚、FSMC_A12引脚、FSMC_A13引脚、FSMC_A14引脚和FSMC_A15引脚连接超低功耗CMOS静态随机存储器U10和缓冲模块U8，32位单片机U11的PG9和PG10引脚分别与第二电阻R2和第一电阻R1的一端相连，第二电阻R2和第一电阻R1的另一端与3.3V电源相连，32位单片机U11的PG12引脚分别通过FSMC_NE4引脚连接超低功耗CMOS静态随机存储器U10和缓冲模块U8，32位单片机U11的NRST引脚通过ADM706_NRST引脚连接看门狗电路，32位单片机U11的BOOT0引脚通过BOOT0引脚连接三档拨动开关W1的4引脚，且BOOT0引脚和三档拨动开关W1的4引脚之间还连接第八电阻R8，32位单片机U11的PH0-OSC_IN引脚和PH1-OSC_OUT引脚分别与晶振G3的两端相连，晶振G3的一端与第一电容C1的一端相连，晶振G3的另一端与第二电容C2的一端相连，第一电容C1和第二电容C2的另一端相连并连接3.3VGND，32位单片机U11的VCAP_2和VCAP_1引脚分别连接第一极性电容C3和第二极性电容C4的正极，第一极性电容C3和第二极性电容C4的负极相连并连接3.3VGND，32位单片机U11的PD0引脚和PD1分别通过FSMC_D2引脚和FSMC_D3引脚连接超低功耗CMOS静态随机存储器U10和缓冲模块U8，32位单片机U11的PD2引脚通过SDIO-CMD引脚连接SD卡接口，32位单片机U11的PD4引脚和PD5引脚分别通过FSMC_NOE引脚和FSMC_NEW引脚连接超低功耗CMOS静态随机存储器U10和缓冲模块U8，32位单片机U11的PD8～PD10引脚分别通过FSMC_D13～FSMC_D15引脚连接超低功耗CMOS静态随机存储器U10和缓冲模块U8，32位单片机U11的PD11～PD13引脚分别通过FSMC_A16～FSMC_A18引脚连接超低功耗CMOS静态随机存储器U10和缓冲模块U8，32位单片机U11的PD14引脚和PD15引脚分别通过FSMC_D0引脚和FSMC_D1引脚连接超低功耗CMOS静态随机存储器U10和缓冲模块U8，32位单片机U11的PE0引脚和PE1引脚分别与第三电阻R3和第四电阻R4的一端连接，第三电阻R3和第四电阻R4的另一端相连并连接3.3V电源，32位单片机U11的PE7～PE15引脚分别通过FSMC_D4～FSMC_D12引脚连接超低功耗CMOS静态随机存储器U10和缓冲模块U8，32位单片机U11的PF0～PF5引脚分别通过FSMC_A0～FSMC_A5引脚连接超低功耗CMOS静态随机存储器U10和缓冲模块U8，32位单片机U11的PF6～PF7引脚分别通过OX16C950_RST引脚和OX16C950_INT引脚连接缓冲模块，32位单片机U11的PF8引脚连接RESET_N引脚，32位单片机U11的PF9引脚连接驱动模块Status_STM32引脚，32位单片机U11的PF10引脚通过SDIO-CD引脚连接SD卡接口，32位单片机U11的PF12～PF15引脚分别通过FSMC_A6～FSMC_A9连接超低功耗CMOS静态随机存储器U10和缓冲模块U8，32位单片机U11的VDDA引脚分别连接3.3V电源、第五电阻R5的一端和第六电阻R6的一端，32位单片机U11的VREF+引脚连接第五电阻R5的另一端，32位单片机U11的的VBAT引脚连接第六电阻R6的另一端，32位单片机U11的VSSA引脚连接3.3VGND，32位单片机U11的VDD_1～VDD_12引脚互连后与3.3V电源相连，32位单片机U11的VSS_2～VSS_11引脚互连后与3.3VGND相连，32位单片机U11的VSS_2引脚与VDD_7引脚之间并联接入第三电容C5～第十四电容C16；

三档拨动开关W1的1引脚和2引脚分别连接3.3V电源，三档拨动开关W1的3引脚和4引脚分别连接第七电阻R7的一端和第八电阻R8的一端，第七电阻R7的另一端通过BOOT1引脚连接32位单片机U11，第八电阻R8的另一端通过BOOT0引脚连接32位单片机U11，三档拨动开关W1的5引脚和6引脚分别连接3.3VGND；

单片机烧写接口X4的4引脚、6引脚、8引脚、10引脚、12引脚、14引脚、16引脚、18引脚、20引脚互连后连接3.3VGND，单片机烧写接口X4的1引脚和2引脚相连后连接第二十一电阻R21的一端，第二十一电阻R21的另一端连接3.3V电源，单片机烧写接口X4的15引脚和13引脚分别连接第十六电阻R16的一端和第十七电阻R17的一端，单片机烧写接口X4的9引脚、7引脚和5引脚分别连接第十八电阻R18的一端、第十九电阻R19的一端和第二十电阻R20的一端，单片机烧写接口X4的3引脚通过JTRST引脚连接32位单片机U11，第十六电阻R16的另一端、第十七电阻R17的另一端、第十八电阻R18的另一端、第十九电阻R19的另一端、第二十电阻R20的另一端分别通过ADM706_NRST引脚、JTDO引脚、JTCK引脚、JTMS引脚和JTDI引脚连接32位单片机U11；

SD卡卡座IC2的1引脚、2引脚、3引脚、5引脚、7引脚、8引脚和9引脚分别连接第九电阻R9～第十五电阻R15的一端，第九电阻R9～第十五电阻R15的另一端互连后连接3.3V电源，SD卡卡座IC2的4引脚分别连接3.3V电源和第十七电容C19的一端，SD卡卡座IC2的6引脚分别连接第十七电容C19的另一端和3.3VGND，SD卡卡座IC2的10引脚、11引脚、12引脚和13引脚互连后连接第二十三电阻R23的一端，第二十三电阻R23的另一端连接3.3VGND；

超低功耗CMOS静态随机存储器U10的A0～A18引脚分别通过FSMC_A0～FSMC_A18引脚连接32位单片机U11，超低功耗CMOS静态随机存储器U10的DQ0～DQ15引脚分别通过FSMC_D0～FSMC_D15引脚连接32位单片机U11，超低功耗CMOS静态随机存储器U10的引脚、引脚、引脚、引脚、引脚分别通过FSMC_NBL0引脚、FSMC_NBL1引脚、FSMC_NE3引脚、FSMC_NEW引脚、FSMC_NOE引脚连接32位单片机U11，超低功耗CMOS静态随机存储器U10的VDD(11)引脚和VDD(33)引脚互连后分别连接第十五电容C17的一端、第十六电容C18的一端和3.3V电源，超低功耗CMOS静态随机存储器U10的VSS(12)引脚和VSS(34)引脚互连后连接第十五电容C17的另一端、第十六电容C18的另一端和3.3VGND。

本实施方式中选用的主控制器为型号为STM32F217ZGT的32位单片机，三档拨动开关W1的型号为BOOT_SEL，单片机烧写接口X4的型号为JTAG_MCIT，超低功耗CMOS静态随机存储器U10的型号为IS62WV12816BLL_55TI，第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4为4.7kΩ，第五电阻R5、第六电阻R6、第二十一电阻R21和第二十三电阻R23为0ohm，第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15和第二十二电阻R22为10kΩ，第十六电阻R16、第十七电阻R17、第十八电阻R18、第十九电阻R19和第二十电阻R20为27R，第一电容C1和第二电容C2为20pF，第三电容C5、第四电容C6、第五电容C7、第六电容C8、第七电容C9、第八电容C10、第九电容C11、第十电容C12、第十一电容C13、第十二电容C14、第十三电容C15、第十四电容C16、第十五电容C17、第十六电容C18和第十七电容C19为0.1uF/50V，第一极性电容C3和第二极性电容C4为2.2uF/16V。

该数据网关装置支持TCP/IP，UDP/IP socket点对点协议模式；支持简单WEB设置界面；支持MODBUS RTU/MODBUS ASCII模式设定，并Remote link setup修改MODBUS主站模块内部数据共享范围；支持安全访问，禁止非授权者，默认口令：666666；支持四种工作模式：RTU_MASTER-TCP_SLAVER、TCP_MASTER-RTU_SLAVER、ASCII_MASTER-TCP_SLAVER、TCP_MASTER-ASCII_SLAVER；支持网络中自动升级firmware固件。

该模块能够存储大量的通讯信息以供用户查询，且体积小速度快，工作频率高达66MHz。

本网关装置设计测试过程中将参照了GB/T19582-2008《基于Modbus协议的工业自动化网络规范》、GB/T25919-2010《MODBUS测试规范》、GB/T27745-2011《低压电器通信规范》，具有高度的可靠性，平均无故障时间不少于10万小时，符合IETF的RFC793，RFC791标准，在电气线路上参考了TIA/EIA的232-E、485A标准。

采用微电网数据网关装置进行数据转换的方法，如图8所示，包括以下步骤：

步骤1：若通过RS485接口或RS232接口采集源协议数据帧数据，执行步骤2，若通过因特网采集源协议数据帧数据，执行步骤4；

步骤2：驱动模块将源协议数据帧数据进行电平转换处理；

步骤3：电平转换后的源协议数据帧数据经缓冲模块传输到主控制器；

步骤4：主控制器对源协议数据帧数据进行协议转换；

步骤4.1：读取源协议数据帧特征字符集，建立简单数据帧缓冲区间，初始化简单数据帧缓冲区；

步骤4.2：判断源协议数据帧关键字是否为协议关键字，若是，则执行步骤4.5，否则，执行步骤4.3；

步骤4.3：判断源协议数据帧关键字是否为特殊关键字，若是，则将该源协议数据帧关键字转换为满足目标协议数据帧关键字的要求的形式，否则，对源协议数据帧关键字根据情况进行数据类型的转换或者不处理，得到处理后的源协议关键字；

步骤4.4：将处理后的源协议数据帧关键字放入简单数据帧缓冲区；

步骤4.5：判断源协议数据帧关键字是否取完，若是，则输出简单数据缓冲区内的简单数据帧，否则，返回步骤4.2；

步骤4.6：读取目标协议数据帧特征字符集，建立目标协议数据帧缓冲区，初始化目标协议数据缓冲区；

步骤4.7：将简单数据缓冲区内的简单数据帧放入目标协议数据缓冲区；

步骤4.8：判断目标协议数据帧特征字符集关键字是否为协议关键字，若是，则执行步骤4.9，否则，执行步骤4.10；

步骤4.9：将目标协议数据帧关键字放入目标协议数据缓冲区；

步骤4.10：判断目标协议数据帧关键字是否取完，若是，则输出目标协议数据缓冲区中的目标协议数据帧，得到协议转换后的数据，否则，返回步骤4.8；

步骤5：存储协议转换后的数据，并通过以太网传输给因特网或通过缓冲模块和驱动模块传输至RS485接口或RS232接口。

源协议与目标协议数据帧的数据帧关键字描述，该描述用多个具有抽象意义的数据帧关键字来描述数据帧中各个数据，该数据帧关键字是一串ASCII码字符，如一个数据帧中的“地址域”可用“ADDRESS”来描述，然后将数据帧中所有数据帧关键字组合起来构成一个数据帧特征字符集，以完成对整个数据帧的描述。

源协议与目标协议数据帧关键字属性配置，它对源协议与目标协议数据帧特征字符集中的各数据帧关键字进行属性配置，相关属性包括是否为协议关键字、是否为特殊关键字、数据类型。属性配置具体说明如表1所示。

表1属性配置具体说明

简单数据数据帧提取程序，该程序通过解析源协议数据帧，分拆源协议数据帧的所有数据，从中提取有效数据与特殊关键字，并将其载入简单数据帧缓冲区，形成简单数据帧，最终输出到目标协议数据帧转换程序。

目标协议数据帧转换程序，通过目标协议特征字符集，将简单数据帧中的特征关键字以及目标协议的协议关键字定位到目标协议数据缓冲区中，从而得到目标协议数据帧，并输出。

Claims (6)

1.微电网数据网关装置，其特征在于，包括：主控制器、缓冲模块和驱动模块；

所述的驱动模块用于通过RS485接口和RS232接口分别接收微电网数据，驱动RS485接口和RS232接口全双工工作，并将接收到的微电网数据经缓冲模块传输至主控制器；

所述的主控制器用于对微电网数据进行协议转换；

所述的驱动模块的一端连接RS485接口和RS232接口，驱动模块的另一端连接缓冲模块的一端，缓冲模块的另一端连接主控制器；所述的主控制器通过以太网接口连接到因特网。

2.根据权利要求1所述的微电网数据网关装置，其特征在于，该装置还包括电源模块，电源模块的输出端连接主控制器的输入端，用于为主控制器提供为5V和为3.3V电源；

所述的电源模块包括EM存抑制模块、稳压控制模块、稳压滤波模块和第二电平转换模块；

所述的EM存抑制模块用于抑制输入电压的电磁干扰；所述的稳压控制模块用于将输入电压转换成稳定的直流电压；所述的稳压滤波模块用于对直流电压进行滤波；所述的第二电平转换模块用于将为5V电压转换为为3.3V电压；

所述的EM存抑制模块的输入端接入输入电压，EM存抑制模块的输出端连接稳压控制模块的输入端，稳压控制模块的输出端连接稳压滤波模块的输入端，稳压滤波模块连接第二电平转换模块，稳压滤波模块和第二电平转换模块连接主控制器。

3.根据权利要求1所述的微电网数据网关装置，其特征在于，该装置还包括存储模块，存储模块与主控制器连接，用于存储主控制器协议转换后的微电网数据。

4.根据权利要求1所述的微电网数据网关装置，其特征在于，该装置还包括看门狗电路，看门狗电路的输出端连接主控制器的输入端。

5.根据权利要求1所述的微电网数据网关装置，其特征在于，所述的驱动模块包括第一输入缓冲模块、第二输入缓冲模块、第一电平转换模块和状态显示模块；

所述的第一输入缓冲模块用于接收RS485接口的信号，并保持信号状态；所述的第二输入缓冲模块用于接收RS232接口的信号，并保持信号状态；所述的第一电平转换模块用于将接收的高电压信号转换为低电压信号；所述的状态显示模块用于显示驱动模块和主控制器的工作状态；

所述的第一输入缓冲模块的输入端连接RS485接口，第一输入缓冲模块的输出端连接第一电平转换模块的输入端，第二输入缓冲模块的输入端连接RS232接口，第二输入缓冲模块的输出端连接第一电平转换模块的输入端，第一电平转换模块的输出端连接状态显示模块的输入端、缓冲模块和主控制器，状态显示模块的输入端还连接主控制器。

6.采用权利要求1所述的微电网数据网关装置进行数据转换的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：若通过RS485接口或RS232接口采集源协议数据帧数据，执行步骤2，若通过因特网采集源协议数据帧数据，执行步骤4；

步骤2：驱动模块将源协议数据帧数据进行电平转换处理；

步骤3：电平转换后的源协议数据帧数据经缓冲模块传输到主控制器；

步骤4：主控制器对源协议数据帧数据进行协议转换；

步骤4.1：读取源协议数据帧特征字符集，建立简单数据帧缓冲区间，初始化简单数据帧缓冲区；

步骤4.2：判断源协议数据帧关键字是否为协议关键字，若是，则执行步骤4.5，否则，执行步骤4.3；

步骤4.3：判断源协议数据帧关键字是否为特殊关键字，若是，则将该源协议数据帧关键字转换为满足目标协议数据帧关键字的要求的形式，否则，对源协议数据帧关键字根据情况进行数据类型的转换或者不处理，得到处理后的源协议关键字；

步骤4.4：将处理后的源协议数据帧关键字放入简单数据帧缓冲区；

步骤4.5:判断源协议数据帧关键字是否取完，若是，则输出简单数据缓冲区内的简单数据帧，否则，返回步骤4.2；

步骤4.6：读取目标协议数据帧特征字符集，建立目标协议数据帧缓冲区，初始化目标协议数据缓冲区；

步骤4.7:将简单数据缓冲区内的简单数据帧放入目标协议数据缓冲区；

步骤4.8:判断目标协议数据帧特征字符集关键字是否为协议关键字，若是，则执行步骤4.9主否则，执行步骤4.10；

步骤4.9：将目标协议数据帧关键字放入目标协议数据缓冲区；

步骤4.10：判断目标协议数据帧关键字是否取完，若是，则输出目标协议数据缓冲区中的目标协议数据帧，得到协议转换后的数据，否则，返回步骤4.8；

步骤5：存储协议转换后的数据，并通过以太网传输给因特网或通过缓冲模块和驱动模块传输至RS485接口或RS232接口。