CN112260943A - 一种多通信协议互转网关 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多通信协议互转网关，属于煤矿安全监控监测领域，包括MCU模块，所述MCU模块连接有多种通信模块、电源管理模块及显示模块；所述通信模块用于连接各通信节点，通信节点具有唯一地址，且通信帧有效数据部分采用统一的帧格式；所述MCU模块为各通信模块分别维护一个有效地址表，MCU模块根据地址表将帧在不同通信模块之间转发；当地址存在冲突时，MCU模块先广播“地址冲突帧”后再转发；所述电源管理模块用于识别各通信模块的工作状态并关闭未使用的通信模块以降低功耗，并定期开启未挂接设备的通信模块对应电源检测是否有设备接入；所述显示模块用于显示各通信模块连接的通信节点信息，以及MCU模块广播的冲突地址。
Description
技术领域
本发明属于煤矿安全监控监测领域，涉及一种多通信协议互转网关。
背景技术
目前煤矿智慧矿山已基本实现了数字化升级改造，传感层、传输层、应用层设备均采用了数字化传输。矿山矿井现场环境复杂，不同环境，不同设备对通信介质有不同的需求，这就导致同一空间内多种不同通信网络并存的局面。不同的通信系统往往需要相应的网关进行数据转发，除就地控制外的数据还需要综合到统一的应用服务器，致使现场网络拓扑复杂，故障诊断困难，并且网络设备众多，成本高，设备使用率低，不同厂家设备协议不同，组网难度较大。具有多网融合能力的网关能够简化网络拓扑结构，为不同厂家不同通信方式的的设备提供统一的入网接口，具有重要现场使用价值。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种多通信协议互转网关，将智慧矿山现场常见数字通信模式进行多网融，改善现场设备网络拓扑复杂，设备冗余度高，成本高的问题。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种多通信协议互转网关，包括MCU模块，所述MCU模块连接有多种通信模块、电源管理模块及显示模块；所述通信模块包括CAN通信模块、RS485通信模块、以太网通信模块、LORA通信模块；
所述通信模块用于连接各通信节点，所述通信节点具有唯一地址，且通信帧有效数据部分采用统一的帧格式；
所述MCU模块为各通信模块分别维护一个有效地址表，MCU模块根据地址表将帧在不同通信模块之间转发；当地址存在冲突时，MCU模块先广播“地址冲突帧”后再转发；
所述电源管理模块用于识别各通信模块的工作状态并关闭未使用的通信模块以降低功耗，并定期开启未挂接设备的通信模块对应电源检测是否有设备接入；
所述显示模块用于显示各通信模块连接的通信节点信息，以及MCU模块广播的冲突地址。
进一步，所述通信节点的帧格式内容包括帧类型、发送地址、目标地址、数据信息；若某个通信模块出现拥堵，MCU模块按所述帧类型对帧进行分类，同一类型的帧按照FIFO策略转发，不同类型的帧按类型先后转发。
进一步，所述帧类型包含广播类型，传感器数据类型，控制信息类型，多媒体类型和其他类型，不同类型的帧按照控制信息类、传感器数据、广播类、多媒体类、其他类顺序先后转发。
进一步，所述的各通信模块通过电源模块独立供电，所述电源模块具有6路可控独立隔离电源，分别为所述MCU模块、CAN通信模块、RS485通信模块、以太网通信模块、LORA通信模块和显示模块供电，所述MCU模块控制各路电源开关。
进一步，所述通信节点的地址范围为两个字节无符号整数范围，其中所述网关亦为一个通信节点，地址默认为0xffff；所有连接网关的通信节点进行统一编址并且不同通信节点的地址具有唯一性，地址0x0000用于未分配地址通信节点，设备节点通过地址申请帧向网关申请一个未使用地址。
进一步，当一个通信模块有多个帧同时需要向同一地址发送时，MCU模块将多个帧融合为一个帧进行发送。
进一步，所述MCU模块包括主控芯片、与所述主控芯片连接的存储器、闪存器。
本发明的有益效果在于：本发明针对智慧矿山现场环境复杂，不同环境，不同设备对通信介质有不同的需求，同一空间内多种不同通信网络并存，不同的通信系统需要相应的网关进行数据转发，除就地控制外的数据需要综合到统一的应用服务器，现场网络拓扑复杂，故障诊断困难，并且网络设备众多，成本高，设备使用率低，不同厂家设备协议不同，组网难度较大的问题，发明一种CAN/RS485/以太网/LORA互转网关，实现智慧矿山设备网络通信多网融合，减少通信网络复杂性，降低传输设备成本，减少故障点，大大提高通信效率。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1是本发明所述一种多通信协议互转网关结构示意图。
图2是本发明的单帧有效数据部分格式图。
图3是本发明的融合帧有效数据部分格式图。
图4是本发明网关帧转发流程图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
如图1、2、3、4所示，一种多通信协议互转网关，嵌入式MCU模块,CAN通信模块,RS485通信模块，以太网通信模块，LORA通信模块，电源管理模块，显示模块。各通信模块可独立工作，也可以相互转发，实现多网融合，每个通信模块的网络参数可单独设置。
所述网关各通信模块独立供电，网关可自动识别各模块的工作状态并关闭未使用的通信模块以降低功耗。
所述网关连接的通信节点采用地址进行设备识别，所有节点地址进行统一编址并且不同节点的地址具有唯一性。MCU模块为各网络模块分别维护一个有效地址表，MCU模块根据地址表将帧在不同模块之间转发；当地址存在冲突时，网关先广播“地址冲突帧”后再转发
所述网关连接的各个通信节点通信帧有效数据部分采用统一的帧格式，内容包括帧类型，发送地址，目标地址，数据信息等，若某个通信模块出现拥堵，网关将按类型对帧进行分类，同一类型的帧按照FIFO策略转发，不同类型的帧按类型先后转发。
本实施例中，网关采用模块化设计，MCU模块运行linux系统，RS485模块、CAN模块的波特率可设置；以太网模块IP和MAC地址可设置，LORA模块通信速率可设置。
所述电源模块具有6路可控独立隔离电源，分别为嵌入式MCU模块,CAN通信模块,RS485通信模块，以太网通信模块，LORA通信模块和显示模块供电，MCU模块通过IO引脚高低电平控制各路电源的开关。网关可自动识别各通信模块上是否挂接设备，若未挂接设备则关闭该模块的供电电源以降低功耗，同时定期开启未挂接设备的通信模块对应电源检测是否有设备接入。
所述网关连接的通信节点采用地址进行设备识别，地址范围为两个字节无符号整数范围，其中所述网关亦为一个通信节点，地址默认为0xffff。连接网关的节点进行统一编址并且不同节点的地址具有唯一性。地址0x0000用于未分配地址节点，设备节点可通过地址申请帧向网关申请一个未使用地址。MCU模块为各网络模块分别维护一个有效地址表，MCU模块根据地址表将帧在不同模块之间转发；当地址存在冲突时，在每次转发目的地址冲突的帧时网关先广播“地址冲突帧”后再转发，并通过显示模块提示冲突地址。
所述网关连接的各个通信节点通信帧有效数据部分采用统一的帧格式，内容包括帧类型，发送地址，目标地址，数据信息等，其中帧类型包含广播类型，传感器数据类型，控制信息类型，多媒体类型和其他类型。
本实施例中挂接在网关上的节点地址可在节点上手动设置，也可向网关申请，由网关分配。
本实施例中若多个节点存在地址冲突，节点可手动修改地址，也可发送地址分配请求帧有分站分配一个新地址。
本实施例中若网关某个通信模块出现拥堵，网关将按类型对帧进行分类，同一类型的帧按照FIFO策略转发，不同类型的帧按照控制信息类、传感器数据、广播类、多媒体类、其他类顺序先后转发。若网关某个通信模块有多个帧同时需要向同一地址发送时，网关将多个帧融合为一个帧进行发送。
下面用一个具体的实施例进行详细说明：
在本实施例中，嵌入式MCU模块主控芯片采用TI公司AM3352芯片；内存选用三星公司的K4D263238F芯片；FLASH选用三星的K9F4G08U0E芯片；linux内核选用3.14.54版本；485收发器选用SN65LBC184P；CAN收发器选用SN65HVD251；LORA采用一片SX1301搭配两片SX1276；隔离电源模块选用金升阳公司的相应电压等级隔离模块。网关地址设置为0xffff，RS485通信速率设置为9600bps,CAN通信速率设置为100Kbps、
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种多通信协议互转网关，其特征在于：包括MCU模块，所述MCU模块连接有多种通信模块、电源管理模块及显示模块；所述通信模块包括CAN通信模块、RS485通信模块、以太网通信模块、LORA通信模块；
所述通信模块用于连接各通信节点，所述通信节点具有唯一地址，且通信帧有效数据部分采用统一的帧格式；
所述MCU模块为各通信模块分别维护一个有效地址表，MCU模块根据地址表将帧在不同通信模块之间转发；当地址存在冲突时，MCU模块先广播“地址冲突帧”后再转发；
所述电源管理模块用于识别各通信模块的工作状态并关闭未使用的通信模块以降低功耗，并定期开启未挂接设备的通信模块对应电源检测是否有设备接入；
所述显示模块用于显示各通信模块连接的通信节点信息，以及MCU模块广播的冲突地址。
2.根据权利要求1所述的多通信协议互转网关，其特征在于：所述通信节点的帧格式内容包括帧类型、发送地址、目标地址、数据信息；若某个通信模块出现拥堵，MCU模块按所述帧类型对帧进行分类，同一类型的帧按照FIFO策略转发，不同类型的帧按类型先后转发。
3.根据权利要求1所述的多通信协议互转网关，其特征在于：所述帧类型包含广播类型，传感器数据类型，控制信息类型，多媒体类型和其他类型，不同类型的帧按照控制信息类、传感器数据、广播类、多媒体类、其他类顺序先后转发。
4.根据权利要求1所述的多通信协议互转网关，其特征在于：所述的各通信模块通过电源模块独立供电，所述电源模块具有6路可控独立隔离电源，分别为所述MCU模块、CAN通信模块、RS485通信模块、以太网通信模块、LORA通信模块和显示模块供电，所述MCU模块控制各路电源开关。
5.根据权利要求1所述的多通信协议互转网关，其特征在于：所述通信节点的地址范围为两个字节无符号整数范围，其中所述网关亦为一个通信节点，地址默认为0xffff；所有连接网关的通信节点进行统一编址并且不同通信节点的地址具有唯一性，地址0x0000用于未分配地址通信节点，设备节点通过地址申请帧向网关申请一个未使用地址。
6.根据权利要求1所述的多通信协议互转网关，其特征在于：当一个通信模块有多个帧同时需要向同一地址发送时，MCU模块将多个帧融合为一个帧进行发送。
7.根据权利要求1所述的多通信协议互转网关，其特征在于：所述MCU模块包括主控芯片、与所述主控芯片连接的存储器、闪存器。
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