CN110191040A - 一种人机交互网络控制器、方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种人机交互网络控制器、方法及系统，具有至少3种协议的通信电路，实现了2种以上协议的总线冗余传输，实现网络通信冗余，提高了网络适用度，抗干扰能力增强。人机交互网络控制器包括：信号处理器电路、至少3种协议的通信电路及人机交互模块；信号处理器电路与至少3种协议的通信电路及人机交互模块连接。
Description
技术领域
本发明涉及信号控制领域，特别是涉及一种人机交互网络控制器、方法及系统。
背景技术
铁路工程机械车辆是在铁路和城市轨道交通轨道上运行，并对其基础设施养护维修的机械设备。铁路工程机械具备的功能复杂，运行、作业机构、数量和种类多，因此每一种铁路工程机械都需要一套功能强大、可靠性高的控制系统，控制铁路工程机械的运行和作业。以往对铁路工程机械的控制是通过操控台上的开关、按钮和电位器输入数据或指令实现的，铁路工程机械的状态是通过指针式仪表进行显示的。由于铁路工程机械功能复杂，需要输入的指令和数据比较多，需要显示的车辆各部件状态也比较多，因而铁路工程机械操控面板上开关、按钮、显示仪表很多。这样一方面造成铁路工程机械操控台体积庞大、结构复杂，另一方面极易造成操作观察、操作失误。
随着计算机硬件和软件技术的发展，采用虚拟技术在人机交互单元上实现开关、按键以及实体仪表的功能是一种趋势。目前通过局域网络(Controller Area Network，CAN)总线或RS232等总线发送信号到控制系统。
但是，CAN总线或者RS232总线传输速度较低，而且都是单独以某种总线传输，没有实现2种以上总线冗余传输，因此，一旦单独的总线或者网络出现故障，就会造成信号无法传输，网络适用度不高，抗干扰能力不强。
发明内容
本发明的目的是提供一种人机交互网络控制器、方法及系统，具有至少3种协议的通信电路，实现了2种以上协议的总线冗余传输，实现网络通信冗余，提高了网络适用度，抗干扰能力增强。
本发明第一方面提供人机交互网络控制器，包括：
信号处理器电路、至少3种协议的通信电路及人机交互模块；
信号处理器电路与至少3种协议的通信电路及人机交互模块连接。
进一步的，
至少3种协议的通信电路包括以太网通信电路、CAN总线通信电路、EtherCAT通信电路及RS-232通信电路。
进一步的，
以太网通信电路包括至少2路，CAN总线通信电路包括2路，EtherCAT通信电路包括2路，RS-232通信电路包括至少1路。
进一步的，人机交互网络控制器还包括：
USB接口电路，USB接口电路包括至少2路。
进一步的，人机交互网络控制器还包括：
2个CAN通信接口、2个EtherCAT通信接口、至少1个RS-232通信接口、至少2个以太网通信接口及至少2个USB接口；
2个CAN通信接口分别与2路CAN总线通信电路连接；
2个EtherCAT通信接口分别与2路EtherCAT通信电路连接；
至少1个RS-232通信接口与至少1路RS-232通信电路连接；
至少2个以太网通信接口与至少2路以太网通信电路连接；
至少2个USB接口与至少2路USB接口电路连接。
进一步的，人机交互模块包括：
LCD液晶显示屏及触摸屏；
触摸屏与LCD液晶显示屏及信号处理器电路连接；
LCD液晶显示屏与信号处理器电路连接。
进一步的，人机交互网络控制器还包括：
电源电路及电源接口；
电源接口与电源电路连接。
本发明第二方面提供一种人机交互网络控制系统，包括：
至少3种协议的通信网络及第一方面中的人机交互网络控制器，人机交互网络控制器至少为一个；
人机交互网络控制器包括信号处理器电路、至少3种协议的通信电路及人机交互模块，信号处理器电路与至少3种协议的通信电路及人机交互模块连接；
每一种协议的通信电路与对应协议的通信网络连接。
进一步的，
至少3种协议的通信网络包括以太网通信网络、CAN总线通信网络、EtherCAT通信网络及RS-232通信网络；
至少3种协议的通信电路包括以太网通信电路、CAN总线通信电路、EtherCAT通信电路及RS-232通信电路；
两个以上人机交互网络控制器通过以太网通信电路并联接入以太网通信网络、通过CAN总线通信电路并联接入CAN总线通信网络、通过EtherCAT通信电路串联接入EtherCAT通信网络、且通过RS-232通信电路并联接入RS-232通信网络。
本发明第三方面提供一种人机交互网络控制方法，应用于人机交互网络控制系统，人机交互网络控制系统包括至少3种协议的通信网络及第一方面中的人机交互网络控制器，人机交互网络控制器至少为一个，人机交互网络控制器包括信号处理器电路、至少3种协议的通信电路及人机交互模块，信号处理器电路与至少3种协议的通信电路及人机交互模块连接，
人机交互网络控制方法包括：
人机交互模块接收输入数据或指令；
信号处理器电路对输入数据或指令进行运算，得到运算结果；
信号处理器电路通过至少3种协议的通信电路向对应协议的通信网络传输运算结果，并通过人机交互模块显示运算结果；
或者，
信号处理器电路通过至少3种协议的通信电路接收对应协议的通信网络传输的传输数据或指令；
信号处理器电路对传输数据或指令进行运算，得到运算结果；
人机交互模块显示运算结果。
由上可见，与现有的通过CAN总线或RS232总线等总线单独传输数据相比，实现了2种以上协议的总线冗余传输，在其中某个协议的通信电路或与其连接的通信网络出现故障时，仍能通过其他协议的通信电路保证数据的正常传输，实现网络通信冗余，提高了网络适用度，抗干扰能力增强。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的人机交互网络控制器的一个实施例的结构示意图；
图2为本发明提供的人机交互网络控制器的另一个实施例的结构示意图；
图3为本发明提供的人机交互网络控制器的再一个实施例的结构示意图；
图4为本发明提供的人机交互网络控制系统的一个实施例的系统结构示意图；
图5为本发明提供的人机交互网络控制方法的一个实施例的结构示意图；
图6为本发明提供的人机交互网络控制方法的另一个实施例的结构示意图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种人机交互网络控制器、方法及系统，具有至少3种协议的通信电路，实现了2种以上协议的总线冗余传输，实现网络通信冗余，提高了网络适用度，抗干扰能力增强。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明实施例提供一种人机交互网络控制器，包括：
信号处理器电路101、至少3种协议的通信电路102及人机交互模块103；
信号处理器电路101与至少3种协议的通信电路102及人机交互模块103连接。
本发明实施例中，信号处理器电路101、至少3种协议的通信电路102及人机交互模块103。需要说明的是，在图1中通信电路1、通信电路2、通信电路3、...、通信电路N表明了通信电路是具有3种或者3种以上的协议，同一种协议的通信电路可以是一个或者多个，具体的数量不做限定。信号处理器电路101与至少3种协议的通信电路102及人机交互模块103连接。由于在现有的方式中，人机交互网络控制器只能够通过单独一种通信协议的总线传输来传输数据，那么通信网络出现故障时，无法保证数据的正常传输，而本发明实施例中，实现了2种以上协议的总线冗余传输，在其中某个协议的通信电路或与其连接的通信网络出现故障时，仍能通过其他协议的通信电路保证数据的正常传输，实现网络通信冗余，提高了网络适用度，抗干扰能力增强。
可选的，结合图1所示的实施例，对通信电路进行具体的说明，请参阅图2，本发明实施例提供一种人机交互网络控制器，包括：
至少3种协议的通信电路包括CAN总线通信电路201、EtherCAT通信电路202、RS-232通信电路203及以太网通信电路204；
CAN总线通信电路201包括2路，EtherCAT通信电路202包括2路，RS-232通信电路203包括至少1路，以太网通信电路204包括至少2路，USB接口电路205包括至少2路；
2个CAN通信接口206、2个EtherCAT通信接口207、至少1个RS-232通信接口208、至少2个以太网通信接口209及至少2个USB接口210；
2个CAN通信接口206分别与2路CAN总线通信电路201连接；
2个EtherCAT通信接口207分别与2路EtherCAT通信电路202连接；
RS-232通信接口208与RS-232通信电路203连接；
至少2个USB接口210与至少2路USB接口电路205连接。
本发明实施例中，根据已有协议的通信网络主要包括以太网、CAN、EtherCAT及RS-232；
其中，CAN属于总线式串行通信网络，由于采用了许多新技术和独特的设计思想，与同类产品相比，CAN总线在数据通信方面具有可靠、实时和灵活的优点，为使设计透明和执行灵活，遵循ISO/OSI标准模型，CAN总线结构包括逻辑链路控制(Logical LinkControl，LLC)子层和媒体访问控制(Media Access Control，MAC)子层，LLC子层为数据传递和远程数据请求提供服务，MAC子层的功能控制帧结构、执行仲裁、错误检验、出错标定和故障界定，因此，CAN总线通信电路201包括2路；
以太网是是由Xerox公司创建并由Xerox、Intel和DEC公司联合开发的基带局域网规范，是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。以太网络使用CSMA/CD(载波监听多路访问及冲突检测)技术，并以10M/S的速率运行在多种类型的电缆上。以太网与IEEE802.3系列标准相类似。以太网可以采用多种连接介质，包括同轴缆、双绞线和光纤等。
EtherCAT(以太网控制自动化技术)是一个开放架构，以以太网为基础的现场总线系统，EtherCAT使用全双工的以太网实体层，因此，EtherCAT通信电路202具有2路；
RS-232由电子工业协会(Electronic Industries Association，EIA)所制定的异步传输标准接口，通过1路RS-232通信电路203即可；
针对至少2路以太网通信电路204，2路CAN总线通信电路201，2路EtherCAT通信电路202，至少1路RS-232通信电路203，至少2路USB接口电路205，需要设置对应的接口，从而实现数据传输，因此，人机交互网络控制器还包括2个CAN通信接口206、2个EtherCAT通信接口207、至少1个RS-232通信接口208、至少2个以太网通信接口209及至少2个USB接口210；其中，2个CAN通信接口206分别与2路CAN总线通信电路201连接，2个EtherCAT通信接口207分别与2路EtherCAT通信电路202连接，RS-232通信接口208与RS-232通信电路203连接，至少2个USB接口210与至少2路USB接口电路205连接。
可选的，结合以上图2所示的实施例，人机交互模块还包括：
LCD液晶显示屏及触摸屏；
触摸屏与所述LCD液晶显示屏及信号处理器电路连接；
LCD液晶显示屏与信号处理器电路连接。
本发明实施例中，人机交互模块的概念是为了实现用户与网络控制器之间的数据交互，那么就需要用户可以输入数据或者指令，因此，设置触摸屏，或者键盘、鼠标及语音输入装置等设置。而为了将数据呈现给用户，就需要设置LCD液晶显示屏，具体应用时，还可以通过与具有显示屏的电子设备连接，从而显示数据。
可选的，结合图2所示的实施例，如图3所示，人机交互网络控制器还包括：
电源电路301及电源接口302；
电源接口302与电源电路301连接。
本发明实施例中，电源电路301具体是直流/直流(DC/DC)式电源电路，为人机交互网络控制器中的电路进行供电。
请参阅图4，本发明实施例提供人机交互网络控制系统，包括：
至少3种协议的通信网络及图1至图3所示的实施例中的人机交互网络控制器，人机交互网络控制器至少为一个；
人机交互网络控制器包括信号处理器电路、至少3种协议的通信电路及人机交互模块，信号处理器电路与至少3种协议的通信电路及人机交互模块连接；
每一种协议的通信电路与对应协议的通信网络连接。
本发明实施例中，至少3种协议的通信网络包括以太网通信网络、CAN总线通信网络、EtherCAT通信网络及RS-232通信网络，至少3种协议的通信电路包括以太网通信电路、CAN总线通信电路、EtherCAT通信电路及RS-232通信电路，两个以上人机交互网络控制器通过以太网通信电路并联接入以太网通信网络、通过CAN总线通信电路并联接入CAN总线通信网络、通过EtherCAT通信电路串联接入EtherCAT通信网络、且通过RS-232通信电路并联接入RS-232通信网络。因此，实现了2种以上协议的总线冗余传输，实现网络通信冗余，提高了网络适用度，抗干扰能力增强。
请参阅图5及图6，本发明实施例提供一种人机交互网络控制方法，包括：
501、人机交互模块接收输入数据或指令；
502、信号处理器电路对输入数据或指令进行运算，得到运算结果；
503、信号处理器电路通过至少3种协议的通信电路向对应协议的通信网络传输运算结果，并通过人机交互模块显示运算结果。
601、信号处理器电路通过至少3种协议的通信电路接收对应协议的通信网络传输的传输数据或指令；
602、信号处理器电路对传输数据或指令进行运算，得到运算结果；
603、人机交互模块显示运算结果。
本发明实施例中，由于在现有的方式中，人机交互网络控制器只能够通过单独一种通信协议的总线传输来传输数据，那么通信网络出现故障时，无法保证数据的正常传输，而本发明实施例中，实现了2种以上协议的总线冗余传输，在其中某个协议的通信电路或与其连接的通信网络出现故障时，仍能通过其他协议的通信电路保证数据的正常传输，实现网络通信冗余，并且实现了多个通道的模拟信号的采集。因此，提高了提高了网络适用度，抗干扰能力增强。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种人机交互网络控制器，其特征在于，包括：
信号处理器电路、至少3种协议的通信电路及人机交互模块；
所述信号处理器电路与所述至少3种协议的通信电路及所述人机交互模块连接。
2.根据权利要求1所述的人机交互网络控制器，其特征在于，
所述至少3种协议的通信电路包括以太网通信电路、CAN总线通信电路、EtherCAT通信电路及RS-232通信电路。
3.根据权利要求2所述的人机交互网络控制器，其特征在于，
所述以太网通信电路包括至少2路，所述CAN总线通信电路包括2路，所述EtherCAT通信电路包括2路，所述RS-232通信电路包括至少1路。
4.根据权利要求3所述的人机交互网络控制器，其特征在于，所述人机交互网络控制器还包括：
USB接口电路，所述USB接口电路包括至少2路。
5.根据权利要求4所述的人机交互网络控制器，其特征在于，所述人机交互网络控制器还包括：
2个CAN通信接口、2个EtherCAT通信接口、至少1个RS-232通信接口、至少2个以太网通信接口及至少2个USB接口；
所述2个CAN通信接口分别与2路所述CAN总线通信电路连接；
所述2个EtherCAT通信接口分别与2路所述EtherCAT通信电路连接；
所述至少1个RS-232通信接口与至少1路RS-232通信电路连接；
所述至少2个以太网通信接口与至少2路以太网通信电路连接；
所述至少2个USB接口与至少2路USB接口电路连接。
6.根据权利要求2-5中任一项所述的人机交互网络控制器，其特征在于，所述人机交互模块包括：
LCD液晶显示屏及触摸屏；
所述触摸屏与所述LCD液晶显示屏及所述信号处理器电路连接；
所述LCD液晶显示屏与所述信号处理器电路连接。
7.根据权利要求6所述的人机交互网络控制器，其特征在于，所述人机交互网络控制器还包括：
电源电路及电源接口；
所述电源接口与所述电源电路连接。
8.一种人机交互网络控制系统，其特征在于，包括：
至少3种协议的通信网络及权利要求1-7中所述人机交互网络控制器，所述人机交互网络控制器至少为一个；
所述人机交互网络控制器包括信号处理器电路、至少3种协议的通信电路及人机交互模块，所述信号处理器电路与所述至少3种协议的通信电路及所述人机交互模块连接；
每一种协议的通信电路与对应协议的通信网络连接。
9.根据权利要求8所述的人机交互网络控制系统，其特征在于，
所述至少3种协议的通信网络包括以太网通信网络、CAN总线通信网络、EtherCAT通信网络及RS-232通信网络；
所述至少3种协议的通信电路包括以太网通信电路、CAN总线通信电路、EtherCAT通信电路及RS-232通信电路；
两个以上所述人机交互网络控制器通过所述以太网通信电路并联接入所述以太网通信网络、通过所述CAN总线通信电路并联接入所述CAN总线通信网络、通过所述EtherCAT通信电路串联接入所述EtherCAT通信网络、且通过RS-232通信电路并联接入所述RS-232通信网络。
10.一种人机交互网络控制方法，其特征在于，应用于人机交互网络控制系统，所述人机交互网络控制系统包括至少3种协议的通信网络及权利要求1-7中所述人机交互网络控制器，所述人机交互网络控制器至少为一个，所述人机交互网络控制器包括信号处理器电路、至少3种协议的通信电路及人机交互模块，所述信号处理器电路与所述至少3种协议的通信电路及所述人机交互模块连接，
所述人机交互网络控制方法包括：
所述人机交互模块接收输入数据或指令；
所述信号处理器电路对所述输入数据或指令进行运算，得到运算结果；
所述信号处理器电路通过所述至少3种协议的通信电路向对应协议的通信网络传输所述运算结果，并通过所述人机交互模块显示所述运算结果；
或者，
所述信号处理器电路通过所述至少3种协议的通信电路接收对应协议的通信网络传输的传输数据或指令；
所述信号处理器电路对所述传输数据或指令进行运算，得到运算结果；
所述人机交互模块显示所述运算结果。
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