CN110505222B - 一种用于电力设备专用校准装置的协议转换方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于电力设备专用校准装置的协议转换系统及方法，所述方法包括：接收数据包，根据数据包获得的方式，分别为数据包添加头部获得含头部数据包；确定所述含头部数据包的等级，并将所述含头部数据包发送至相应等级的存储单元；根据存储单元的优先级顺序，依次提取所述各存储单元的所述含头部数据包；根据数据包头部对数据封装或者解封，实现上位机与所述力设备专用校准装置的协议转换；所述方法解决了现有技术中，上位机软件和电力设备专用校准装置之间的通信协议转换方法灵活性差、误码率高、通信距离短、试品运输成本高、需要重复开发上位机软件的问题，实现了TCP/IP协议与现场电力设备专用校准装置协议之间的协议转换。

Description

一种用于电力设备专用校准装置的协议转换方法

技术领域

本发明涉及通信领域以及计量自动化领域，更具体地，涉及一种用于电力设备专用校准装置的协议转换方法。

背景技术

远程校准通常以PC机作为上位机，在互联网和通信协议的支持下，对多个校准现场的电力设备专用校准设备进行集中管理，以及与之进行实时数据交换和数据处理。远程校准系统中的上位机和校准现场的电力设备专用校准设备的通讯往往采用不同的协议，PC机作为上位机实现远程通信，只能向互联网中发送TCP/IP协议，而校准现场设备采用RS232或USB接口通信，不能接入互联网并识别TCP/IP协议。所以实现远程通信，则要把校准现场的电力设备专用校准设备的协议统一转换成TCP/IP协议；校准现场的电力设备专用校准设备要识别上位机的报文，这要把上位机的TCP/IP协议转换成RS-232协议、USB协议和其他协议。

综上所述，通信一端的设备传输的数据必须通过协议转换才能被通讯另一端的其他设备接收并识别。目前计量标准设备主要采用RS-232和USB通讯方式，还有少部分仪器采用其他通信接口进行上位机和下位机之间的通信，这些接口都不具备远程控制和远程数据传输能力。因此需要设计用于电力设备专用校准装置的协议转换系统，支持以太网的TCP/IP协议，实现了电力设备专用校准装置的网络化应用，使上位机和下位机校准现场之间的通信通过网络进行传输。

目前基于协议的转换方法主要有两种。一种是基于传统嵌入式系统实现固定的2种协议之间的相互转换。这种协议转换是一个可独立运行的系统，需要根据需求设计成相对应的转换能力和方式，但缺点是灵活性太差，设计成成品之后就不能进行功能性的调整。例如，CAN-USB协议转换器只能实现CAN协议与USB协议之间的相互转换，CN104932364A公开的一种将Modbus通信协议转换为OPCUA协议，都无法实现多种协议之间的相互转换，这种协议转换不够灵活。并且协议转换时需要进行大量运算，在协议转换时对需要转换的协议进行解析拆包，然后重新生成新的协议，因此具有误码率较高、处理速度较慢的不足。

第二种是基于FPGA系统实现多协议之间的转换，在基于FPGA的多协议转换结构中，基于FPGA的高灵活性，可以将所要应用的协议全都融合在一起，配以灵活的算法，就可以完成对不同协议之间的数据解析，速率匹配，并行的数据转换，以及转发。这种协议克服了传统协议转换器不够灵活的缺点，并且利用FPGA高速的运算能力，可以满足协议转换过程中的运算需要。这种协议实现了多对多的协议转换，但其造价昂贵，功耗大，应用范围小，开发周期长，并不适用于远程校准的应用场景。

远程校准系统中通信为上位机和校准现场电力设备专用校准装置的通信，校准现场电力设备专用校准装置之间的并不存在通信。这就使得协议转换为一对多的协议转换，即TCP/IP协议和多个仪器通信协议之间的转换。电力设备专用校准装置种类繁多，生产厂家不一，采用现在功能单一的协议转换器并不能完成通信功能。如果采用FPGA的多协议转换器则会造成资源的浪费。因此本文根据远程校准的特点设计了新型的协议转换系统。

发明内容

为了解决背景技术存在的上位机软件和电力设备专用校准装置之间的通信协议转换方法灵活性差、误码率高、通信距离短、试品运输成本高、需要重复开发上位机软件的问题，本发明提供了一种用于电力设备专用校准装置的协议转换方法，包括：

接收数据包，所述数据包通过上位机以及所述电力设备专用校准装置获得；

根据数据包获得的方式，分别为数据包添加头部获得含头部数据包；

确定所述含头部数据包的等级，并将所述含头部数据包发送至相应等级的存储单元；所述存储单元为N级，所述N为正整数；

根据存储单元的优先级顺序，依次提取所述各存储单元的所述含头部数据包，并判断所述含头部数据包的标志位SW是否为1；若所述含头部数据包的标志位SW为1，则在所述含头部数据包前加入TCP/IP头部以及以太网头部，在尾部加入以太网尾部，获得下位机封装数据包，并将所述下位机封装数据包发送至网络；否则，去除所述含头部数据包TCP/IP头部以及TCP/IP尾部，获得上位机解封数据包，并将所述上位机解封数据包发送至所述电力设备专用校准装置。

进一步的，在接收数据包前，还包括加载配置，所述加载配置包括：对上位机通信接口进行初始化，设置IP地址、子网掩码、网关以及端口号。

进一步的，在接收数据包后，还包括对所述数据包进行CRC校验。

进一步的，所述接收数据包包括：接收上位机发送的上位机数据包；接收所述电力设备专用校准装置发送的下位机数据包。

进一步的，根据数据包获得的方式，分别为数据包添加头部获得含头部数据包包括：

将所述上位机数据包添加头部，获得含头部上位机数据包；

将所述下位机数据包添加头部，获得含头部下位机数据包。

进一步的，所述头部包括数据长度、优先级、地址码以及SW1标志位。

进一步的，所述方法还包括采用定时器超时法，实时检测线路是否通畅，判断通信线路出错地点并及时处理。

本发明的有益效果为：本发明的技术方案，给出了一种用于电力设备专用校准装置的协议转换系统及方法，所述方法包括：接收数据包，根据数据包获得的方式，分别为数据包添加头部获得含头部数据包；确定所述含头部数据包的等级，并将所述含头部数据包发送至相应等级的存储单元；根据存储单元的优先级顺序，依次提取所述各存储单元的所述含头部数据包；根据数据包头部对数据封装或者解封，实现上位机与所述力设备专用校准装置的协议转换；所述方法解决了现有技术中，上位机软件和电力设备专用校准装置之间的通信协议转换方法灵活性差、误码率高、通信距离短、试品运输成本高、需要重复开发上位机软件的问题，实现了TCP/IP协议与现场电力设备专用校准装置协议之间的协议转换。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

图1为本发明具体实施方式的一种用于电力设备专用校准装置的协议转换系统结构图；

图2为本发明具体实施方式的一种用于电力设备专用校准装置的协议转换方法流程图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

图1为本发明具体实施方式的一种用于电力设备专用校准装置的协议转换系统结构图。如图1所示，所述系统包括：

上位机通信接口单元1，所述上位机通信接口单元1一端与互联网相连接，另一端分别与主控单元2以及协议转换单元3相连接；所述上位机通信接口单元1用于接收上位机通过互联网发送的上位机数据包，并将所述上位机数据包发送至所述主控单元2；所述上位机通信接口单元1用于接收所述协议转换单元3发送的下位机封装数据包，并将所述下位机封装数据包发送至互联网，从而实现所述电力设备专用校准装置通信协议转换为TCP/IP协议；

进一步的，所述上位机通信接口单元1包括上位机配置寄存器模块11，所述上位机配置寄存器模块11一端与互联网相连接，另一端与所述主控单元2相连接；所述上位机配置寄存器模块11用于对所述上位机数据包添加头部，得到含头部上位机数据包，并将所述含头部上位机数据包发送至所述主控单元2；

主控单元2，所述主控单元2一端分别与所述上位机通信接口单元1以及下位机通信接口单元4相连接，另一端与数据存储单元5相连接；所述主控单元2用于接收所述上位机通信接口单元1发送的所述上位机数据包以及所述下位机通信接口单元4发送的下位机数据包，并根据预设规则，将所述上位机数据包以及所述下位机数据包处理后发送至所述数据存储单元5；所述主控单元2用于对所述上位机接口单元1以及所述下位机接口单元控制4；

协议转换单元3，所述协议转换单元3一端分别与所述上位机通信接口单元1以及所述下位机通信接口单元4相连接；所述协议转换单元3用于根据预设规则，对所述上位机数据包解封得到上位机解封数据包，并将所述上位机解封数据包发送至所述下位机通信接口单元4；对所述下位机数据包封装得到下位机封装数据包，并将所述下位机封装数据包发送至所述上位机通信接口单元1；

本实例中，所述协议转换单元3在处理数据过程中采用简单的数据处理过程，协议转换过程对原有的RS-232协议、USB协议以及其他数据帧不做任何改动，采用通道的方式对数据帧进行处理；

下位机通信接口单元4，所述下位机通信接口单元4用于发送下位机数据包至所述主控单元2；所述下位机通信接口单元4用于接收所述协议转换单元3发送的所述上位机解封数据包，并将所述上位机解封数据包发送至电力设备专用校准装置；

进一步的，所述下位机通信接口单元4包括：

下位机配置寄存器模块41，所述下位机配置寄存器模块41一端与数据接口模块42相连接，另一端与所述主控单元2相连接；所述下位机配置寄存器模块41用于接收所述数据接口模块42发送的下位机数据包，将所述下位机数据包添加头部，得到含头部下位机数据包，并将所述含头部下位机数据包发送至所述主控单元2；

数据接口模块42，所述数据接口模块42一端分别与所述电力设备专用校准装置以及所述协议转换单元3相连接；所述数据接口模块42用于将所述协议转换单元3发送的所述上位机解封数据包，发送至所述电力设备专用校准装置，从而实现TCP/IP协议转换为所述电力设备专用校准装置通信协议；

本实例中，所述数据接口模块42包括RS-232协议接口、USB协议接口以及其他通信协议接口；

数据存储单元5，所述数据存储单元5一端与所述主控单元2相连接，另一端与所述协议转换单元3相连接；所述数据存储单元5用于存储所述主控单元2发送的所述上位机数据包以及所述下位机数据包，并根据所述主控单元2指示信息，将所述上位机数据包以及所述下位机数据包发送至所述协议转换单元3；

进一步的，所述数据存储单元5包括N个优先级数据存储模块；所述优先级数据存储模块用于存储不同优先级的所述上位机数据包以及下位机数据包；所述N为正整数；

本实例中，所述数据存储单元5包括3个优先级数据存储模块。

进一步的，所述头部包括数据长度、优先级、地址码以及SW1标志位；

长度，即为数据包的长度；

优先级，通过需求对运用该协议的设备信息以及数据信息进行优先级设定，使得进入所述协议转换系统里的协议数据具有一定的优先级；使得主控单元1数据的处理和传输达到高效；在所述含头部协议数据包进入数据存储单元5时，会依据所配置的优先级进行优先级判断；整个协议数据存储区被封为3个具有优先级的数据缓存区，数据会按照判定后的优先级进入到对应的缓存区，一帧数据会根据实现配置好的优先标志位，该模块会根据配置表中的信息区获取相应帧段的信息，并在比较器中产生判断，若满足1级优先级条件，则该条顺序存入1级优先级，否则数据帧流入2级优先级比较器，以此类推，直到3级优先级；发送时1级优先级是最先发送，3是最后发送；在每次输出轮询中按照优先级顺序输出；

地址码，代表协议转换完成后需要交由哪个通信端口进行发送；下位机通信接口单元4的配置寄存器地址码会直接添加上位机通信接口，表明数据由上位机通信接口单元1发送；所述上位机配置寄存器模块11在添加该地址码时，由于下位机通信接口拥有多个，上位机在进行通信时会把地址码存放于原有的数据包的固定位置，所述上位机配置寄存器模块11在添加时需要对相应的标志位进行提取；

SW1标志位用于标记数据包是封装成TCP/IP数据包，还是解封TCP/IP协议数据包；所述通过下位机配置寄存器的数据头部直接置SW1为1；通过所述上位机配置寄存器的数据头部直接置SW1为0；

数据包即为接收的数据包，不做任何改变。

进一步的，所述上位机数据包包括TCP/IP头部、以太网头部、TCP/IP尾部以及所述电力设备专用校准装置的协议数据包；所述上位机解封数据包包括所述电力设备专用校准装置的协议数据包；所述下位机数据包包括所述电力设备专用校准装置的协议数据包；所述下位机封装数据包包括TCP/IP头部、以太网头部、TCP/IP尾部以及所述电力设备专用校准装置的协议数据包。

进一步的，所述电力设备专用校准装置采用包括RS-232协议以及USB协议与上位机软件进行通信。

进一步的，所述电力设备专用校准装置的协议转换系统电路简单可靠、操作方便；任何电力设备通过所述电力设备专用校准装置的协议转换系统，都可以直接放到互联网中使用。

进一步的，所述电力设备专用校准装置的协议转换系统还包括用于显示所述电源状态及所述通信组件状态的指示灯；电源供电部分，经开关电源转成5V的电压供电；在主控单元2的电源引脚附近都加有去耦电容，隔离数字地与模拟地，增强对外界的抗干扰能力。

进一步的，所述主控单元2包括主程序循环部分，用于循环检测是否有错误，如果有错误进入错误处理程序进行处理，如果没有错误继续循环，等待中断请求，响应中断后进入相应的中断程序。

图2为本发明具体实施方式的一种用于电力设备专用校准装置的协议转换方法流程图。如图2所示，所述方法包括：

步骤110，括加载配置；所述加载配置包括：对上位机通信接口进行初始化，设置IP地址、子网掩码、网关以及端口号。

步骤120，接收数据包；所述数据包通过上位机以及所述电力设备专用校准装置获得；

进一步的，所述接收数据包包括：接收上位机发送的上位机数据包；接收所述电力设备专用校准装置发送的下位机数据包。

步骤130，对所述数据包进行CRC校验。

步骤140，为数据包添加头部；根据数据包获得的方式，分别为数据包添加头部获得含头部数据包；将所述上位机数据包添加头部，获得含头部上位机数据包；将所述下位机数据包添加头部，获得含头部下位机数据包。

步骤150，将添加头部的数据包发送至数据存储单元；确定所述含头部数据包的等级，并将所述含头部数据包发送至相应等级的存储单元；所述存储单元为N级，所述N为正整数；

本实例中，所述存储单元为3级。

步骤160，根据数据包标志位封装或者解封数据包；根据存储单元的优先级顺序，依次提取所述各存储单元的所述含头部数据包，并判断所述含头部数据包的标志位SW是否为1；

步骤170，将封装后的数据包发送至互联网，将解封后的数据包发送至电力设备专用校准装置；若所述含头部数据包的标志位SW为1，则在所述含头部数据包前加入TCP/IP头部以及以太网头部，在尾部加入以太网尾部，获得下位机封装数据包，并将所述下位机封装数据包发送至网络；

否则，去除所述含头部数据包TCP/IP头部以及TCP/IP尾部，获得上位机解封数据包，并将所述上位机解封数据包发送至所述电力设备专用校准装置。

进一步的，所述头部包括数据长度、优先级、地址码以及SW1标志位；

长度，即为数据包的长度；

优先级，通过需求对运用该协议的设备信息以及数据信息进行优先级设定，使得进入所述协议转换系统里的协议数据具有一定的优先级；使得主控单元数据的处理和传输达到高效；在所述含头部协议数据包进入数据存储单元时，会依据所配置的优先级进行优先级判断；整个协议数据存储区被封为3个具有优先级的数据缓存区，数据会按照判定后的优先级进入到对应的缓存区，一帧数据会根据实现配置好的优先标志位，该模块会根据配置表中的信息区获取相应帧段的信息，并在比较器中产生判断，若满足1级优先级条件，则该条顺序存入1级优先级，否则数据帧流入2级优先级比较器，以此类推，直到3级优先级；发送时1级优先级是最先发送，3是最后发送；在每次输出轮询中按照优先级顺序输出；

地址码，代表协议转换完成后需要交由哪个通信端口进行发送；下位机通信接口单元4的配置寄存器地址码会直接添加上位机通信接口，表明数据由上位机通信接口单元1发送；所述上位机配置寄存器模块11在添加该地址码时，由于下位机通信接口拥有多个，上位机在进行通信时会把地址码存放于原有的数据包的固定位置，所述上位机配置寄存器模块11在添加时需要对相应的标志位进行提取；

SW1标志位用于标记数据包是封装成TCP/IP数据包，还是解封TCP/IP协议数据包；所述通过下位机配置寄存器的数据头部直接置SW1为1；通过所述上位机配置寄存器的数据头部直接置SW1为0；

数据包即为接收的数据包，不做任何改变。

进一步的，所述方法通过堆栈进行数据包的接收，确保数据的完整性并保证数据不会溢出；同时在协议数据接收和处理过程中采用中断与查询两种处理方式，当发送的数据进入到达所述用于电力设备专用校准装置的协议转换系统后，中断来接收数据，待接收完数据后继续执行进中断前的程序；如果出现同时来了几组数据的情况，所述用于电力设备专用校准装置的协议转换系统会根据中断优先级进行判断先接受哪组数据，当进行中断处理过程中不能正常的收发数据时，开始采用查询的方式，找到出现问题的数据，并开始进行问题处理；

进一步的，所述方法还包括采用定时器超时法，实时检测线路是否通畅，判断通信线路出错地点并及时处理。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本公开的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。本说明书中涉及到的步骤编号仅用于区别各步骤，而并不用于限制各步骤之间的时间或逻辑的关系，除非文中有明确的限定，否则各个步骤之间的关系包括各种可能的情况。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本公开的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

本公开的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本公开还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者系统程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本公开的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。

应该注意的是上述实施例对本公开进行说明而不是对本公开进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本公开可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干系统的单元权利要求中，这些系统中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。

以上所述仅是本公开的具体实施方式，应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本公开精神的前提下，可以作出若干改进、修改、和变形，这些改进、修改、和变形都应视为落在本申请的保护范围内。

Claims (7)

1.一种用于电力设备专用校准装置的协议转换方法，其特征在于，所述方法包括：

接收数据包，所述数据包通过上位机以及所述电力设备专用校准装置获得；

根据数据包获得的方式，分别为数据包添加头部获得含头部数据包；

确定所述含头部数据包的等级，并将所述含头部数据包发送至相应等级的存储单元；所述存储单元为N级，所述N为正整数；

根据存储单元的优先级顺序，依次提取所述各存储单元的所述含头部数据包，并判断所述含头部数据包的标志位SW是否为1；

若所述含头部数据包的标志位SW为1，则在所述含头部数据包前加入TCP/IP头部以及以太网头部，在尾部加入以太网尾部，获得下位机封装数据包，并将所述下位机封装数据包发送至网络；否则，去除所述含头部数据包TCP/IP头部以及TCP/IP尾部，获得上位机解封数据包，并将所述上位机解封数据包发送至所述电力设备专用校准装置。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在接收数据包前，还包括加载配置，所述加载配置包括：对上位机通信接口进行初始化，设置IP地址、子网掩码、网关以及端口号。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在接收数据包后，还包括对所述数据包进行CRC校验。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接收数据包包括：接收上位机发送的上位机数据包；

接收所述电力设备专用校准装置发送的下位机数据包。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据数据包获得的方式，分别为数据包添加头部获得含头部数据包包括：

将所述上位机数据包添加头部，获得含头部上位机数据包；

将所述下位机数据包添加头部，获得含头部下位机数据包。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述头部包括数据长度、优先级、地址码以及SW1标志位。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括采用定时器超时法，实时检测线路是否通畅，判断通信线路出错地点并及时处理。

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