CN105896215A - 舱段集线器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种适用于地下综合管廊的舱段集线器，包括无线通讯模块、有线通讯模块、上行接口、多个USB/DC下行接口、记忆模块、控制芯片、数据检测器、数据转换器，将舱段中多个舱室内的装置、设备与上位机进行通讯连接，实现对舱室内装置、设备的远程控制。
Description
技术领域
本发明涉及一种舱段集线器，尤其是涉及一种适用于地下综合管廊的舱段集线器。
背景技术
地下综合管廊中包括了电力管线、热力管线、燃气管线、通讯管线等等多种管线及其监控设备，另外还设有监控系统、消防系统等多种子系统以保障地下综合管廊的正常运行，上述管线的监控设备以及管廊中的子系统需要统一连接到服务器以及工控电脑和远程终端中，以简化线路，便于维护。地下综合管廊往往采用多舱段的设计，且每个舱段又可分为多个舱室。这样在每个舱段中形成一个子网络，为便于将舱段中的多种设备连接至服务器，需要开发一种将子网络与服务器连接的设备。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种适用于地下综合管廊的舱段集线器，将舱段中的各种设备与服务器进行通讯连接。
为解决上述问题，本发明的舱段集线器包括无线通讯模块；有线通讯模块；上行接口，用以与上位机之间传输数据；多个USB/DC下行接口，用以与下位机之间传输数据，接收链路状态广播LSA消息；记忆模块，用于存储USB/DC下行接口所属的子网络的拓扑信息；用以存储无线通讯模块和有线通讯模块的驱动程序；控制芯片，包括三极管，控制芯片连接于无线通讯模块、有线通讯模块、记忆模块、上行接口、USB/DC下行接口，其中，当舱段集线器初次与上位机通讯连接时，控制芯片会将驱动程序通过无线通讯模块和/或有线通讯模块发送并安装到上位机，当驱动程序已被安装于上位机时，控制芯片控制三极管的导通或关闭以控制USB/DC下行接口的接通与否；控制芯片还用于在记忆模块中识别USB/DC下行接口所属的子网络的拓扑信息，并根据识别的拓扑信息将USB/DC下行接口所属的子网络与上行接口中的数据中的身份标识符相对比，如果匹配则将USB/DC下行接口与上行接口进行通讯连接；数据检测器，与上行接口、USB/DC下行接口以及控制芯片连接，用以检测上位机以及下位机传输的数据的格式；数据转换器，与上行接口、USB/DC下行接口、数据检测器以及控制芯片连接，用以在上位机的数据的格式和下位机的数据的格式之间转换。
优选的，舱段集线器还包括电力载波模块与上行接口连接，用于识别电力线中的载波信号并将载波信号转换为数字信号，上行接口使用电力线载波与上位机之间进行数据传输。
优选的，舱段集线器还包括壳体，壳体顶壁与四个侧壁一体形成，底壁为可拆卸安装；壳体顶壁外侧设有可安装固定装置的安装槽；壳体底壁设有多个数据接口以及分别设置在数据接口处的LED指示灯，数据接口两侧还分别设有分别与控制芯片连接的电源接口和电源开关；底壁位于壳体内部；壳体前后两侧分别设有多个散热鳞片。
优选的，舱段集线器还包括壳体顶部设有安装槽，固定装置安装于安装槽内，固定装置包括固定部和活动部，固定部包括底板和固定夹板，其中位于固定部一侧的底板安装于安装槽内，底板设有螺纹孔，螺钉穿过安装槽顶壁的通孔螺纹连接于底板；活动部的底部设有矩形通孔，矩形通孔套接于位于固定部底部另一侧的连接板；活动部包括活动夹板，固定夹板、活动夹板均为弧形，固定夹板顶部设有第一凸台，第一凸台水平设有螺纹孔，活动夹板顶部设有第二凸台，第二凸台水平设有通孔，螺钉穿过第二凸台的通孔连接于第一凸台的螺纹孔。
优选的，舱段集线器中控制芯片设于电路板上，电路板右侧设有除湿器，除湿器的排水口与设于底壁的单向阀连接除湿器的排水口与设于底壁的单向阀连接。
优选的，舱段集线器还包括晶振单元及电源，其中晶振单元包括分别与控制芯片的晶振输入端和晶振输出端连接的石英晶振，控制芯片的电阻端与接地的接地电阻连接，控制芯片的电容端与电源连接，接地电阻与电容端之间连接第一电容，控制芯片的电源接口和复位接口分别连接于与电源连接的第二电阻和第三电阻，USB/DC下行接口包括与控制芯片的D+引脚、D-引脚以及GND接口相连接的USB/DC下行接口，其中，D-引脚通过第四电阻与USB/DC下行接口的第一引脚连接、GND接口通过第五电阻与USB/DC下行接口的第二引脚连接，D+引脚通过第六电阻与USB/DC下行接口的电源接口连接，USB/DC下行接口的电源接口连接还分别与5V电源以及第二电容连接，上行接口包括与控制芯片的I/O端口相连接的数据端，其中，数据端包括第二接口，第二接口的电源接口与5V电源连接，第二接口的第一数据引脚及第二数据引脚分别通过电阻与控制芯片的第一I/O端口和第二I/O端口连接。
采用上述方案的舱段集线器，利用多个USB/DC下行接口能够同时连接多个舱中的下位机，利用上行接口与上位机通讯，完成多个下位机与上位机之间的数据通讯；且能防止水从外壳滴落或流到舱段集线器内部，又增强了散热性能，增大舱段集线器在潮湿环境下工作的稳定性和寿命。
附图说明
图1是本发明舱段集线器的示意图。
图2是本发明舱段集线器的电路的示意图。
图3是本发明舱段集线器壳体的示意图。
图4是本发明舱段集线器的固定装置的示意图。
具体实施方式
下文参照附图对本发明的具体实施例进行详细说明。
本发明应用于地下综合管廊中，管廊内铺设信息电缆、电力电缆、给水管道、热力管道、燃气管道等市政公用管线，上述市政公用管线需要设置监控设备以方便监控运行状况，市政公用管线出现故障时需要定位故障位置以方便维修。除市政公用管线外，地下综合管廊中还设有消防系统、供电系统、照明系统、监控与报警系统、通风系统、排水系统、标识系统等辅助系统，而且地下综合管廊多采用分舱段式设计，即以每200米或其他长度为一个舱段，且舱段还分为多个舱室以分别放置电力电缆、热力管道、燃气管道，故每个舱室中都需要设置辅助系统，这样每个舱室成为一个基本单元，该舱室内的监控设备与辅助系统可以组成一个子网络，并以一个舱段控制器集中控制，一个舱段内的多个舱室内的舱段控制器与一个集线器进行通讯，可实现工作人员对舱段内所有监控设备和辅助系统的远程控制。
图1是根据本发明一实施例的舱段集线器的示意图。如图1所示，适用于地下综合管廊的舱段集线器，包括无线通讯模块；有线通讯模块；上行接口，用以与上位机之间传输数据；多个USB/DC下行接口，用以与下位机之间传输数据，接收链路状态广播LSA消息；记忆模块，用以存储USB/DC下行接口所属的子网络的拓扑信息，并存储无线通讯模块和有线通讯模块的驱动程序；控制芯片，包括三极管，控制芯片连接于无线通讯模块、有线通讯模块、记忆模块、上行接口、USB/DC下行接口，其中，当舱段集线器初次与上位机通讯连接时，控制芯片会将驱动程序通过无线通讯模块和/或有线通讯模块发送并安装到上位机，当驱动程序已被安装于上位机时，控制芯片控制三极管的导通或关闭以控制USB/DC下行接口的接通与否；控制芯片还用于在记忆模块中识别USB/DC下行接口所属的子网络的拓扑信息，并根据识别的拓扑信息将USB/DC下行接口所属的子网络与上行接口中的数据中的身份标识符相对比，如果匹配则将USB/DC下行接口与上行接口进行通讯连接；数据检测器，与上行接口、USB/DC下行接口以及控制芯片连接，用以检测上位机以及下位机传输的数据的格式；数据转换器，与上行接口、USB/DC下行接口、数据检测器以及控制芯片连接，用以在上位机的数据的格式和下位机的数据的格式之间转换。
上述实施例的舱段集线器与上位机连接后，控制芯片会将驱动程序通过无线通讯模块和/或有线通讯模块发送并安装到上位机，驱动程序安装完毕后，控制芯片控制三极管的导通或关闭以控制USB/DC下行接口的接通与否，并将下位机的地址与上位机数据匹配，将上位机的数据发送到相应的下位机，实现多个下位机与上位机之间的通讯；且通讯选择无线通讯与有线通讯并列的方式，提高通讯连接的稳定性。上述实施例中，下位机中设置地址芯片，下位机发送的数据中包含拓扑信息，可以将特定数据与特定下位机对应。
上述实施例中，数据转换器包括RS232串口模块、RS422串口模块，其中RS232串口模块以及RS422串口模块与控制芯片的数据接口连接，RS422串口模块的TxD+和RxD管脚短接，RS232串口模块的GND和RxD管脚短接。
如图2所示，上述实施例中舱段集线器还包括晶振单元及电源，其中，晶振单元包括分别与控制芯片B1的晶振输入端和晶振输出端连接的石英晶振B3，控制芯片B1的电阻端与接地的接地电阻R1连接，控制芯片R1的电容端与5V电源连接，接地电阻R1与电容端之间连接第一电容C1，控制芯片B1的电源接口和复位接口分别连接于与5V电源连接的第二电阻R2和第三电阻R3，USB/DC下行接口包括与控制芯片B1的D+引脚、D-引脚以及GND接口相连接的USB/DC下行接口U1，其中，D-引脚通过第四电阻R4与USB/DC下行接口U1的第一引脚连接、GND接口通过第五电阻R5与USB/DC下行接口U1的第二引脚连接，D+引脚通过第六电阻R6与USB/DC下行接口U1的电源接口连接，USB/DC下行接口U1的电源接口连接还分别与5V电源连接以及第二电容C2连接，多个上行接口分别包括与控制芯片B1的I/O端口相连接的数据端B4，其中，数据端B4包括第二接口U2，第二接口U2的电源接口与5V电源连接，第二接口U2的第一数据引脚及第二数据引脚分别通过电阻与控制芯片B1的第一I/O端口和第二I/O端口连接。
上述实施例可优化为还包括电力载波模块，电力载波模块与上行接口连接，用于识别电力线中的载波信号并将载波信号转换为数字信号，这样上行接口使用电力线载波与上位机之间进行数据传输，减少线路，降低安装与维护成本，提高通讯可靠性。
如图3所示，本发明舱段集线器的一个实施例中壳体顶壁1与四个侧壁一体形成，底壁2为可拆卸安装；壳体顶壁1外侧设有可安装固定装置的安装槽3，使本发明的舱段集线器可以悬挂安装；壳体底壁2设有多个数据接口以及分别设置在数据接口处的LED指示灯，数据接口两侧还分别设有电源接口和电源开关，将数据接口与电源接口、电源开关统一设置在壳体底部，既能使线路更整齐，又防止舱段集线器上方凝结的水分从接口或壳体之间的安装缝隙滴落到舱段集线器内部造成短路，从而确保舱段集线器稳定工作；底壁2位于壳体内部，使四个侧壁相对于底壁2伸出一部分，使沿着壳体侧壁向下滑落的液体在侧壁末端滴落，防止液体顺着侧壁流入接口，进一步增大舱段集线器的耐潮湿性，增大舱段集线器的稳定性；壳体前后两侧分别设有多个散热鳞片4，以增大散热强度，避免舱段集线器内部温度过高导致舱段集线器稳定性降低。
如图4所示，本发明的固定装置包括固定部A1和活动部A2，固定部A1包括底板A3和固定夹板A4，其中位于固定部一侧的底板A3安装于舱段集线器壳体顶部的安装槽内，底板A3设有螺纹孔A5，螺钉穿过安装槽顶壁的通孔螺纹连接于底板A3，将固定装置固定于舱段集线器壳体的顶部；活动部A2的底部设有矩形通孔，矩形通孔套接于位于固定部A1底部另一侧的连接板A6，使活动部A2可沿连接板A6活动；活动部A2包括活动夹板A7，固定夹板A4、活动夹板A7均为弧形，可夹持管件或其他形状的连接件；固定夹板A4顶部设有第一凸台A8，第一凸台A8水平设有螺纹孔，活动夹板A7顶部设有第二凸台A9，第二凸台A9水平设有通孔，螺钉穿过第二凸台A9的通孔连接于第一凸台A8的螺纹孔，将固定夹板A4、活动夹板A7连接于一起，这样可夹持在管廊中的管道或其他连接件上。
作为对上述实施例的改进，本发明在电路板右侧设置除湿器，除湿器的排水口与设于壳体底壁的单向阀连接，除湿器将壳体的水蒸气收集后通过单向阀从壳体内排出，使壳体内保持干燥。
上述实例的改进中，控制芯片包括至少一个RJ45接口，一个控制装置以及一个485总线控制器，其中每个RJ45接口通过双绞线与其他设备相连。控制装置与至少一个RJ45接口的第1，2，3，6引脚相连，从而经由RJ45接口与其他设备交换以太网数据，如TCP/IP协议数据。485总线控制器与至少一个RJ45接口的第4,5,7,8引脚相连，从而经由RJ45接口与其他设备交换485总线数据；其中控制装置包括总线接口单元、用户固件下载单元、系统数据区、系统函数库、配置监视单元、模块配置文件和用户编写的串口通讯单元，其中总线接口单元作为串口模块与PLC的CPU模块交互的接口。解析来自CPU模块的配置信文和下行数据信文，然后将配置信文写入系统数据区中的配置区，下行数据写入到系统数据区的输出数据区；同时将上行数据从输入数据区中取出按照总线报文格式整理后，上送值PLC的CPU模块；串口模块自身的工作状态包含在上行数据报文中上送；用户固件下载单元用于下载用户编译后的可执行程序到FLASH中；系统数据区分为系统配置区、输入数据区、输出数据区、调试信息区、协议配置区、运行状态区；系统配置区通过解析配置文件和获取来自PLC的CPU模块的配置信文，最终形成系统配置区的全部内容，包括系统串口配置参数、输入输出区的大小、IP地址、各个接口的IO点数及其在数据区中的分布等；输入数据区和输出数据区作为数据缓冲区用于暂存输入输出数据，这些数据用于数据通讯和数据监视；调试信息区包括串口收发数据报文和用户调试信息，提供用户监测串口数据收发和输出用户定义的调试信息的缓冲存储区；协议配置区是通过解析配置文件中的协议配置文件和协议命令文件得来的，其中包括了串口与协议对应关系表和通讯协议命令等内容；运行状态区表明串口和协议的运行状态和运行参数等，通过这些可以获取运行情况，做出相应的处理或告警；系统函数库主要包含串口驱动函数集、用户软定时器函数集、输出输出数据区读写操作数据集等三部分，为用户完成串口通讯协议的开发提供接口和支持；配置监视单元通过以太网与配置调试软件通讯，完成配置文件的上载/下载、串口通讯调试等工作；模块配置文件来自于配置调试软件，经过配置调试软件的检查校验，下载到串口模块后存储在FLASH或者EEROM中，确保掉电不丢失；在上电时读取、校验、解析后，形成系统数据区中的系统配置区的部分内容；用户编写的串口通讯单元是用户开发的串口驱动可执行程序及其运行参数状态的集合，完成依据串口通讯工作；以太网通讯模块可以提供Modbus TCP通讯或其他通讯协议的通讯功能。
上面结合附图对本发明优选的具体实施方式和实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式和实施例，在本领域技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明构思的前提下作出各种变化。
Claims (6)
1.一种适用于地下综合管廊的舱段集线器，包括：
无线通讯模块；
有线通讯模块；
上行接口，用以与上位机之间传输数据；
多个USB/DC下行接口，用以与下位机之间传输数据，接收链路状态广播LSA消息；
记忆模块，用以存储USB/DC下行接口所属的子网络的拓扑信息，并存储无线通讯模块和有线通讯模块的驱动程序；
控制芯片，包括三极管，控制芯片连接于无线通讯模块、有线通讯模块、记忆模块、上行接口、USB/DC下行接口，其中，当舱段集线器初次与上位机通讯连接时，控制芯片会将驱动程序通过无线通讯模块和/或有线通讯模块发送并安装到上位机，当驱动程序已被安装于上位机时，控制芯片控制三极管的导通或关闭以控制USB/DC下行接口的接通与否；控制芯片还用于在记忆模块中识别USB/DC下行接口所属的子网络的拓扑信息，并根据识别的拓扑信息将USB/DC下行接口所属的子网络与上行接口中的数据中的身份标识符相对比，如果匹配则将USB/DC下行接口与上行接口进行通讯连接；
数据检测器，与上行接口、USB/DC下行接口以及控制芯片连接，用以检测上位机以及下位机传输的数据的格式；
数据转换器，与上行接口、USB/DC下行接口、数据检测器以及控制芯片连接，用以在上位机的数据的格式和下位机的数据的格式之间转换。
2.根据权利要求1所述的舱段集线器，其特征在于还包括。
电力载波模块与上行接口连接，用于识别电力线中的载波信号并将载波信号转换为数字信号，上行接口使用电力线载波与上位机之间进行数据传输。
3.根据权利要求1所述的舱段集线器，其特征在于还包括：
壳体，壳体顶壁与四个侧壁一体形成，底壁为可拆卸安装；壳体顶壁外侧设有可安装固定装置的安装槽；壳体底壁设有多个数据接口以及分别设置在数据接口处的LED指示灯，数据接口两侧还分别设有分别与控制芯片连接的电源接口和电源开关；底壁位于壳体内部；壳体前后两侧分别设有多个散热鳞片。
4.根据权利要求3所述的舱段集线器，其特征在于：
壳体顶部设有安装槽，固定装置安装于安装槽内，
固定装置包括固定部和活动部，固定部包括底板和固定夹板，其中位于固定部一侧的底板安装于安装槽内，底板设有螺纹孔，螺钉穿过安装槽顶壁的通孔螺纹连接于底板；
活动部的底部设有矩形通孔，矩形通孔套接于位于固定部底部另一侧的连接板；活动部包括活动夹板，
固定夹板、活动夹板均为弧形，固定夹板顶部设有第一凸台，第一凸台水平设有螺纹孔，活动夹板顶部设有第二凸台，第二凸台水平设有通孔，螺钉穿过第二凸台的通孔连接于第一凸台的螺纹孔。
5.根据权利要求3所述的舱段集线器，其特征在于控制芯片设于电路板上，电路板右侧设有除湿器，除湿器的排水口与设于底壁的单向阀连接。
6.根据权利要求1所述的舱段集线器，其特征在于还包括晶振单元及电源，其中晶振单元包括分别与控制芯片的晶振输入端和晶振输出端连接的石英晶振，
控制芯片的电阻端与接地的接地电阻连接，控制芯片的电容端与电源连接，接地电阻与电容端之间连接第一电容，控制芯片的电源接口和复位接口分别连接于与电源连接的第二电阻和第三电阻，
USB/DC下行接口包括与控制芯片的D+引脚、D-引脚以及GND接口相连接的USB/DC下行接口，其中，D-引脚通过第四电阻与USB/DC下行接口的第一引脚连接、GND接口通过第五电阻与USB/DC下行接口的第二引脚连接，D+引脚通过第六电阻与USB/DC下行接口的电源接口连接，USB/DC下行接口的电源接口连接还分别与5V电源以及第二电容连接，
上行接口包括与控制芯片的I/O端口相连接的数据端，其中，数据端包括第二接口，第二接口的电源接口与5V电源连接，第二接口的第一数据引脚及第二数据引脚分别通过电阻与控制芯片的第一I/O端口和第二I/O端口连接。
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