CN112202741A - 一种基于小信号分析自动识别通讯总线和协议的网关装置 - Google Patents

一种基于小信号分析自动识别通讯总线和协议的网关装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于小信号分析自动识别通讯总线和协议的网关装置，包括外部传感设备，还包括测试信号开关、信号过滤单元、信号切换单元、信号放大单元、信号转换单元、电流信号单元、电压信号单元、TTL信号单元、RS485单元、RS232单元、CAN处理单元、其他信号处理单元、信号调理单元、中央处理单元、蓝牙接口单元、通讯切换单元、WIFI接口单元、LORA接口单元、RJ45接口单元、4G接口单元、5G接口单元，自行识别电流信号、电压信号、TTL信号、RS232总线、RS485总线、CAN总线以及其他一些单总线信号，完成接口识别数据的分析、存储，对分析出的信号类型结果进行反向验证，可以根据分析结论类型生成相应的协议码输出，并重复验证。

Description

一种基于小信号分析自动识别通讯总线和协议的网关装置
技术领域
本发明涉及电子技术领域，具体为一种基于小信号分析自动识别通讯总线和协议的网关装置。
背景技术
在传感数据采集领域，有多种类的信号制式，传输模式以及传输协议，对于数据采集来说，首先就是要分析各种类型的接口，然后才能对其进行设计，较常用的信号制式如电流型、电压型、频率型等；通讯接口有CAN、RS485、RS-232以及TTL等，不同的用户和不同的应用现场会具体选择使用不同的通讯接口；这就造成了目前几乎所有的采集模块都要提供多种接口，增加制造成本，同时对工作人员的要求也较高，也提了高运维成本，另外对设备采集的数据也没有一个统一的协议格式，或者是统一的协议，另外，目前行业内的采集设备大部分通讯手段单一。
基于此，本发明设计了一种基于小信号分析自动识别通讯总线和协议的网关装置，以解决上述提到的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于小信号分析自动识别通讯总线和协议的网关装置，将多种不同信号制式、不同通讯总线、不同协议的传感器采集的数据统一协议，增加与平台的兼容性；将目前常用的通讯方式如WIFI/RJ45/3G/4G/5G/LORA等全部集成，充分适应现场应用环境，以解决上述提到的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于小信号分析自动识别通讯总线和协议的网关装置，包括外部传感设备，还包括测试信号开关、信号过滤单元、信号切换单元、信号放大单元、信号转换单元、电流信号单元、电压信号单元、TTL信号单元、RS485单元、RS232单元、CAN处理单元、其他信号处理单元、信号调理单元、中央处理单元、蓝牙接口单元、通讯切换单元、WIFI接口单元、LORA接口单元、RJ45接口单元、4G接口单元、5G接口单元，
所述外部传感设备将监测的被测信号经过测试信号开关，然后经过信号过滤单元完成对工频杂波的滤除，然后经过信号放大单元和信号调理单元放大、调理信号，最后转换成适合中央处理单元处理的电平信号，中央处理单元首先记录信号频率、电压参数，根据模型数据分析信号类型，所述中央处理单元控制根据电流信号单元、电压信号单元、TTL信号单元、RS485单元、RS232单元、CAN处理单元、其他信号处理单元判断接口类型切换到对应的总线电路，输出特征数据包，然后控制隔离开关再次采集、对比和分析，完成验证后，确定输入信号类型，通过信号切换单元确定输入通道，完成协议自学习过程，数据正常采集后，中央处理单元根据平台指令切换启用通讯单元，选择WIFI接口单元、LORA接口单元、RJ45接口单元、4G接口单元、5G接口单元和蓝牙接口单元。
优选的，所述中央处理单元还连接有显示单元、GPS定位单元和电源转换单元。
优选的，所述中央处理单元由STM32F103ZE-CPU处理芯片、AM29LV128ML-flash储存器、IS61LV51216-内存、K9F1208-储存器、24LC02-EEPROM存储器组成。
优选的，所述测试信号开关、信号过滤单元、信号放大单元和信号调理单元为信号测试单元的一部分，所述信号测试单元围绕TL074运放设计的信号放大检测电路系统，所述信号测试单元还包括开关切换电路、滤波电路。
优选的，所述RS485单元为RS485电路模块，所述RS232单元为RS232电路模块，所述CAN处理单元为CAN接口电路模块，所述RS485电路模块、RS232电路模块、CAN接口电路模块组成的常用接口单元模块。
优选的，所述WIFI接口单元为WIFI接口电路、所述LORA接口单元为LORA接口电路、所述RJ45接口单元为RJ45接口电路、所述4G接口单元为4G接口模块、所述5G接口单元为5G接口模块，所述蓝牙接口单元为蓝牙接口电路，所述WIFI接口电路、LORA接口电路、RJ45接口电路、4G接口模块、5G接口模块和蓝牙接口电路组成通讯单元。
优选的，还包括基于常用通讯信号识别算法，包括以下步骤：
获取外部传感设备接口的电压、电流参数数据，按一定周期分析、存储、记录电流、电压、频率、波峰、脉宽、波特率，根据常用信号特征库既定分类建立特征信号模型，形成周期性模型数据，信号建立模型与常用信号特征库模型算法进行遍历对比，根据相似度进行确定协议类型、根据确定协议类型控制隔离开关，通过对于协议接口输出模型信号进行验证，再次进行波形信号采集并建立临时模型，与输出模型进行比较验证，二次确认，如果没有匹配协议，则定义为一种新的协议，直接写入常用信号特征库，上传平台进行人工分析，启动通讯开关，上传新协议算法模型给后台进行人工分析。
优选的，所述常用信号特征库包括RS485通讯信号特征算法、RS232通讯信号特征算法、CAN通讯信号特征算法、脉冲波形信号特征算法、正弦波波形信号特征算法、脉冲波形特征算法、1-100mA电流信号特征算法、1-50V电压信号特征算法、TTL通讯信号特征算法。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
a、本发明能对双线制式、共地的总线进行智能识别，能通通过信号检测电路获取总线物理参数并存储；
b、本发明能自行识别电流信号、电压信号、TTL信号、RS232总线、RS485总线、CAN总线以及其他一些单总线信号；
c、本发明能通过中央处理单元完成接口识别数据的分析、存储；
d、本发明能对分析出的信号类型结果进行反向验证，可以根据分析结论类型生成相应的协议码输出，并重复验证；
e、本发明可以显示分析接口类型的结果通过OLE屏显示；
f、本发明可以通过3G/4G/5G模块、WIFI模块、RJ45接口模块与云平台进行通讯，接收平台云服务数据，也可以上传采集信息到云平台；
g、本发明可以使用lora模块接收网关周边同类型无线数据，可以通过蓝牙模块与手机APP进行本地参数设置和控制。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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为本发明结构示意图；
图2为本发明识别算法流程图；
图3为本发明中央处理单元结构示意图；
图4为本发明信号测试单元结构示意图；
图5为本发明常用接口单元模块结构示意图；
图6为本发明通讯单元结构示意图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
请参阅图1-6，本发明提供一种技术方案：一种基于小信号分析自动识别通讯总线和协议的网关装置，包括外部传感设备，还包括测试信号开关、信号过滤单元、信号切换单元、信号放大单元、信号转换单元、电流信号单元、电压信号单元、TTL信号单元、RS485单元、RS232单元、CAN处理单元、其他信号处理单元、信号调理单元、中央处理单元、蓝牙接口单元、通讯切换单元、WIFI接口单元、LORA接口单元、RJ45接口单元、4G接口单元、5G接口单元，
外部传感设备将监测的被测信号经过测试信号开关，然后经过信号过滤单元完成对工频杂波的滤除，然后经过信号放大单元和信号调理单元放大、调理信号，最后转换成适合中央处理单元处理的电平信号，中央处理单元首先记录信号频率、电压参数，根据模型数据分析信号类型，中央处理单元控制根据电流信号单元、电压信号单元、TTL信号单元、RS485单元、RS232单元、CAN处理单元、其他信号处理单元判断接口类型切换到对应的总线电路，输出特征数据包，然后控制隔离开关再次采集、对比和分析，完成验证后，确定输入信号类型，通过信号切换单元确定输入通道，完成协议自学习过程，数据正常采集后，中央处理单元根据平台指令切换启用通讯单元，选择WIFI接口单元、LORA接口单元、RJ45接口单元、4G接口单元、5G接口单元和蓝牙接口单元。
其中，中央处理单元由STM32F103ZE-CPU处理芯片、AM29LV128ML-flash储存器、IS61LV51216-内存、K9F1208-储存器、24LC02-EEPROM存储器组成。
其中，测试信号开关、信号过滤单元、信号放大单元和信号调理单元为信号测试单元的一部分，信号测试单元围绕TL074运放设计的信号放大检测电路系统，信号测试单元还包括开关切换电路、滤波电路。
其中，RS485单元为RS485电路模块，RS232单元为RS232电路模块，CAN处理单元为CAN接口电路模块，RS485电路模块、RS232电路模块、CAN接口电路模块组成的常用接口单元模块。
其中，WIFI接口单元为WIFI接口电路、LORA接口单元为LORA接口电路、RJ45接口单元为RJ45接口电路、4G接口单元为4G接口模块、5G接口单元为5G接口模块，蓝牙接口单元为蓝牙接口电路，WIFI接口电路、LORA接口电路、RJ45接口电路、4G接口模块、5G接口模块和蓝牙接口电路组成通讯单元。
还包括基于常用通讯信号识别算法，包括以下步骤：
获取外部传感设备接口的电压、电流参数数据，按一定周期分析、存储、记录电流、电压、频率、波峰、脉宽、波特率，根据常用信号特征库既定分类建立特征信号模型，形成周期性模型数据，信号建立模型与常用信号特征库模型算法进行遍历对比，根据相似度进行确定协议类型、根据确定协议类型控制隔离开关，通过对于协议接口输出模型信号进行验证，再次进行波形信号采集并建立临时模型，与输出模型进行比较验证，二次确认，如果没有匹配协议，则定义为一种新的协议，直接写入常用信号特征库，上传平台进行人工分析，启动通讯开关，上传新协议算法模型给后台进行人工分析。
其中，常用信号特征库包括RS485通讯信号特征算法、RS232通讯信号特征算法、CAN通讯信号特征算法、脉冲波形信号特征算法、正弦波波形信号特征算法、脉冲波形特征算法、1-100mA电流信号特征算法、1-50V电压信号特征算法、TTL通讯信号特征算法。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (8)

1.一种基于小信号分析自动识别通讯总线和协议的网关装置，包括外部传感设备，其特征在于：还包括测试信号开关、信号过滤单元、信号切换单元、信号放大单元、信号转换单元、电流信号单元、电压信号单元、TTL信号单元、RS485单元、RS232单元、CAN处理单元、其他信号处理单元、信号调理单元、中央处理单元、蓝牙接口单元、通讯切换单元、WIFI接口单元、LORA接口单元、RJ45接口单元、4G接口单元、5G接口单元，
所述外部传感设备将监测的被测信号经过测试信号开关，然后经过信号过滤单元完成对工频杂波的滤除，然后经过信号放大单元和信号调理单元放大、调理信号，最后转换成适合中央处理单元处理的电平信号，中央处理单元首先记录信号频率、电压参数，根据模型数据分析信号类型，所述中央处理单元控制根据电流信号单元、电压信号单元、TTL信号单元、RS485单元、RS232单元、CAN处理单元、其他信号处理单元判断接口类型切换到对应的总线电路，输出特征数据包，然后控制隔离开关再次采集、对比和分析，完成验证后，确定输入信号类型，通过信号切换单元确定输入通道，完成协议自学习过程，数据正常采集后，中央处理单元根据平台指令切换启用通讯单元，选择WIFI接口单元、LORA接口单元、RJ45接口单元、4G接口单元、5G接口单元和蓝牙接口单元。
2.根据权利要求1所述的一种基于小信号分析自动识别通讯总线和协议的网关装置，其特征在于：所述中央处理单元还连接有显示单元、GPS定位单元和电源转换单元。
3.根据权利要求1所述的一种基于小信号分析自动识别通讯总线和协议的网关装置，其特征在于：所述中央处理单元由STM32F103ZE-CPU处理芯片、AM29LV128ML-flash储存器、IS61LV51216-内存、K9F1208-储存器、24LC02-EEPROM存储器组成。
4.根据权利要求1所述的一种基于小信号分析自动识别通讯总线和协议的网关装置，其特征在于：所述测试信号开关、信号过滤单元、信号放大单元和信号调理单元为信号测试单元的一部分，所述信号测试单元围绕TL074运放设计的信号放大检测电路系统，所述信号测试单元还包括开关切换电路、滤波电路。
5.根据权利要求1所述的一种基于小信号分析自动识别通讯总线和协议的网关装置，其特征在于：所述RS485单元为RS485电路模块，所述RS232单元为RS232电路模块，所述CAN处理单元为CAN接口电路模块，所述RS485电路模块、RS232电路模块、CAN接口电路模块组成的常用接口单元模块。
6.根据权利要求1所述的一种基于小信号分析自动识别通讯总线和协议的网关装置，其特征在于：所述WIFI接口单元为WIFI接口电路、所述LORA接口单元为LORA接口电路、所述RJ45接口单元为RJ45接口电路、所述4G接口单元为4G接口模块、所述5G接口单元为5G接口模块，所述蓝牙接口单元为蓝牙接口电路，所述WIFI接口电路、LORA接口电路、RJ45接口电路、4G接口模块、5G接口模块和蓝牙接口电路组成通讯单元。
7.根据权利要求1所述的一种基于小信号分析自动识别通讯总线和协议的网关装置，其特征在于：还包括基于常用通讯信号识别算法，包括以下步骤：
获取外部传感设备接口的电压、电流参数数据，按一定周期分析、存储、记录电流、电压、频率、波峰、脉宽、波特率，根据常用信号特征库既定分类建立特征信号模型，形成周期性模型数据，信号建立模型与常用信号特征库模型算法进行遍历对比，根据相似度进行确定协议类型、根据确定协议类型控制隔离开关，通过对于协议接口输出模型信号进行验证，再次进行波形信号采集并建立临时模型，与输出模型进行比较验证，二次确认，如果没有匹配协议，则定义为一种新的协议，直接写入常用信号特征库，上传平台进行人工分析，启动通讯开关，上传新协议算法模型给后台进行人工分析。
8.根据权利要求1所述的一种基于小信号分析自动识别通讯总线和协议的网关装置，其特征在于：所述常用信号特征库包括RS485通讯信号特征算法、RS232通讯信号特征算法、CAN通讯信号特征算法、脉冲波形信号特征算法、正弦波波形信号特征算法、脉冲波形特征算法、1-100mA电流信号特征算法、1-50V电压信号特征算法、TTL通讯信号特征算法。
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