CN203775248U - 物联网通信系统 - Google Patents

Abstract

一种物联网通信系统，包括主控制端和区域控制端，该主控制端通过CAN总线与所述区域控制端相连，区域控制端包括至少一CAN总线通信系统和至少一PLC通信系统，每一PL C通信系统，通过区域控制器，最终连接至CAN总线系统，与主控制器实现连接。CAN总线通信系统包括CAN中继器，每级CAN中继器，不仅起到C AN总线物理上隔离的作用，同时，可作为主控制器，对下级区域控制器进行通讯管理。而下级CAN中继器，可进一步授权再下一级的CAN中继器为二级授权主控制器。通过授权主控制器的管理和控制能力，避免了在多级CAN中继后区域控制器的大量增多时，主控制器的通讯能力和CAN总线通讯带宽，无法支撑数百个区域控制器和主控制器之间的大量的通讯需求。

Description

物联网通信系统

【技术领域】

本实用新型涉及一种物联网通信系统，特别是涉及一种基于CAN总线及电力线载波通信的物联网通信系统。

【背景技术】

物联网是一个基于互联网、传统电信网等信息承载体，让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络。物联网通过智能感知、识别技术与普适计算、泛在网络的融合应用，被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。物联网被视为互联网的应用拓展，应用创新是物联网发展的核心，以用户体验为核心的创新2.0是物联网发展的灵魂。

物物之间通信，若采用互联网的IP互连技术的话，每个终端(物)的联网成本会极高，不利于物联网的应用推广。目前，成熟商用的物联网，一般都采用成本相对较低的总线通信技术，将数十个终端，共享总线进行通信。典型的总线通信技术有：RS485、RS232、CAN(Controller Area Network，控制器局域网络)总线，以及PLC(Power line Communication，电力线载波通信)。然而，单条总线通信，一般传输距离只有几十米，总终端数量也只能支持数十个。所以，对于一些终端节点数较大的物联网系统，多采用2级结构。请参阅图1，一般的物联网系统大多采用2级结构，包括主控制器网络101和区域控制网络102。主控制器网络101通过以太网络将区域控制器1021和主控制器1011连通起来。区域控制网络102通过总线通信，对较小范围内的数十个终端进行控制。主控制器1011到区域控制器1021一般距离较远，通信带宽要求较高，现有的方案中，多采用以太网接口互联。而区域控制网络102内一般距离较近，负载不多，总通信带宽要求也不高，不需采用成本较高的以太网接口，现有的解决方案多采用RS485、RS232甚至采用PL C总线的方式将所有终端连接在一起。如果主控制网络101通过以太网连接至区域控制网络102，则需要进行大量网络布线，这样增加了施工难度和施工成本且会延长施工周期。在区域控制网络102内若采用RS485、RS232等总线的连接方式同样需要额外增加布线的成本，且布线成本极高、工程实现复杂。并且在大型的应用环境中，区域控制网络102中需要的节点数较多，需要采用交换机进行节点间的通信。而一般的交换机的接口24或48个，在节点数量很多时，需要采用多个交换机进行多级交换和业务汇聚，不仅网络结构复杂，通信成本也大幅上升。

通过“CAN中继器”将多条CAN总线中继串接起来，实现了所有终端节点和主控制器之间的通讯，能够有效解决通信成本大的问题。CAN中继器实现了终端数量的扩展，但是该网络却仍然存在许多问题。每增加一级CAN中继器，后续节点到主控制器的通讯就需要增加通讯数据信号的再生(或数据转发)，这将造成经过多级中继后的终端节点和主控制器之间的通讯的延时加大。而主控制器与每个节点的通讯延时的增加，将直接导致系统的总通讯时延过大，降低了系统的通讯效率。已有的CAN中继器，仅实现了2条CAN总线的电气信号的物理再生，CAN中继器并不承担对后续总线及终端节点的控制功能。这导致了多级中继扩展终端数量后，主控制器无法和下挂的数百个终端实时通讯。也就是说，主控制器的通讯能力、以及总线的通讯带宽，并不能支持数百个终端节点之间的通讯。

【实用新型内容】

为解决现有技术的物联网通信系统延时大、通信带宽不足的技术问题，本实用新型提供一种延时小、通信带宽大的物联网通信系统。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案是：提供一种物联网通信系统，包括主控制端和区域控制端，该主控制端通过CAN总线与所述区域控制端相连，区域控制端包括至少一CAN总线通信系统和至少一PLC通信系统，每一CAN总线通信系统通过CAN总线连接至主控制端，每一PLC通信系统通过电力载波线路连接至CAN总线通信系统。

优选地，主控制端包括一服务器及一主控制器，服务器串联连接至主控制器。

优选地，CAN总线通信系统包括至少一区域控制器及CAN中继器，区域控制器和CAN中继器通过CAN总线并联连接至上级的主控制端或者CAN总线通信系统。

优选地，每一PLC通信系统，通过区域控制器，最终连接至CAN总线通信系统。

优选地，PL C通信系统包括至少一终端，该至少一终端通过电力载波线路并联连接至区域控制器。

优选地，区域控制器包括CAN总线通信处理模块、区域控制管理器、PLC通信收发模块，CAN总线通信处理模块与主控制器或者上级CAN中继器相连接，区域控制管理器分别与CAN总线通信处理模块、PLC通信收发模块连接，PLC通信收发模块与终端连接。

优选地，CAN中继器包括第一CAN总线通信模块、授权主节点控制器及第二CAN总线通信模块，第一CAN总线通信模块与主控制器或者上级CAN中继器连接，授权主节点控制器分别与第一CAN总线通信模块、第二CAN总线通信模块相连，第二CAN总线通信模块与下级CAN中继器相连。

与现有技术相比，本发明采用CAN总线配合PLC通信，构建二级物联网系统，可实现超大节点数、超大范围的物物联网。比如：采用10级CAN中继，最大可实现300个区域控制器和主控制器之间的通信。每个区域控制器下挂30个左右的终端，系统最终可实现接近1万个终端的超大型物联网系统。区域控制器到终端的互连，直接采用电源线，无需额外增加布线成本。而区域控制器到主控制器之间，则采用CAN总线、并可通过CAN中继扩展区域范围，实现广覆盖。区域控制器和负载终端之间，在较小的区域范围内，通过PLC通信实现互连。PLC通信相对于CAN等总线系统，利用负载终端本身供电所需的电源线，简化了额外网络布线的需求。PL C通信系统，带负载也可达30～50个，这样，通过2级通信系统级联，极大的扩展了系统的总终端节点数量，和覆盖范围。每级CAN中继器，不仅起到CAN总线物理上隔离的作用，同时，可作为(授权)主控制器，对下级区域控制器进行通讯管理。而下级CAN中继器，可进一步授权再下一级的CAN中继器为二级授权主控制器。通过授权主控制器的管理和控制能力，避免了在多级CAN中继后区域控制器的大量增多时，主控制器的通讯能力和CAN总线通讯带宽，无法支撑数百个区域控制器和主控制器之间的大量的通讯需求。

【附图说明】

图1是现有技术的物联网通信系统的结构框图。

图2是本实用新型提供的一种物联网通信系统的结构框图。

图3是图2所示的区域控制器的原理框图。

图4是图2所示的CAN中继器的原理框图。

【具体实施方式】

为了使本实用新型的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参阅附图2，本实用新型提供的物联网通信系统，包括主控制端21及区域控制端22，主控制端21通过CAN总线连接至区域控制端22。

主控制端21包括一服务器211及一主控制器212，主控制器212串联连接至服务器211。

区域控制端22，其包括多个CAN总线通信系统221及多个PLC通信系统222。CAN总线通信系统221通过电力载波线路与PLC通信系统222相连。

CAN总线通信系统221，其包括区域控制器2211及CAN中继器2212。多个区域控制器2211之间并联连接后再与CAN中继器2212并联连接。区域控制器2211与CAN中继器2212并联连接后再与主控制器212连接。连接后，将主控制器212和多个区域控制器2211、CAN中继器2212连接在一起，可实现主控制器212和区域控制器2211之间，区域控制器2211与区域控制器2211之间，区域控制器2211与CAN中继器2212之间的信息互通。

下级CAN总线通信系统221结构与前一级CAN总线通信系统221相同。下级CAN总线通信系统221通过CAN总线与前一级CAN总线通信系统221的CAN中继器2212串联。由于CAN总线的通信距离和总负载数量有限，若区域控制器2211数量多或者区域控制器2211分布距离较广，则可通过CAN中继器2212连接另外一CAN总线通信系统221，实现区域控制器2211数量的扩展。在不考虑CAN中继器2212增加了主控制器212到区域控制器2211之间的通信延时的话，理论上，CAN总线数可无限扩展，系统的物理覆盖范围也可无限延伸。

PLC通信系统222，其包括多个终端2221，每一终端2221通过电力载波线路并联连接至区域控制器2211，每一区域控制器2211都与一该PLC通信系统222相连。

通过如上所述的物联网络，可实现了主控制器212和任意终端2221之间的信息查询、或控制指令的下发，以及各终端2221之间的信息交流。

请参阅图3，区域控制器2211，包括CAN总线通信处理模块22111、PLC通信收发模块22112及区域控制管理器22113。

CAN总线通信处理模块22111，用于实现和主控制器212之间的通信。

PLC通信收发模块22112，用于实现和终端2221间的通信。

区域控制管理器22113，用于实现CAN总线通信处理模块22111与PLC通信收发模块22112的信息转换。可以通过PLC通讯通道对终端2221进行管理和控制，达成了主控制器212对终端2221的管理和控制目的。

当主控制端21发出信号时，CAN总线通信处理模块22111接收到该信号并传输给区域控制管理器22113，区域控制管理器22113将该信号转换成PLC信号，PLC通信收发模块22112再将该信号传输给后级终端2221，对终端2221进行控制。同样，当终端2221发出反馈信号时，PL C通信收发模块22112接收到该信号，然后经过区域控制管理器22113转换成CAN信号，CAN总线通信处理模块22111接收到该CAN信号后反馈给主控制端21。

请参阅图4，CAN中继器2212，包括第一CAN总线通信模块22121、第二CAN总线通信模块22122及授权主节点控制器22123。

第一CAN总线通信模块22121，用于实现和主控制器212或上级CAN中继器2212之间的通信。

第二CAN总线通信模块22122，实现和下级区域控制器2211及下级CAN中继器2212间的通信。

授权主节点控制器22123，用于实现第一CAN总线通信模块22121与第二CAN总线通信模块22122之间的通信信号的转换。

当第一CAN总线通信模块22121接收到主控制器212或者上一级CAN中继器2212发出的信号后传输给授权主节点控制器22123，第二CAN总线通信模块22122接收到授权主节点控制器22123上的信号后再传输给下级的区域控制器2211或者CAN中继器2212，对下级区域控制器2211或者下级CAN中继器2212进行授权控制。在终端2221发出反馈信号时，第CAN总线通信模块22122接收到下级区域控制器2211上传的信号，经由授权主节点控制器22123传输给第一CAN总线通信模块22121再上传给主控制器212或者上级CAN中继器2212。

CAN中继器2212，对上级CAN总线来说，在通信协议的处理上，等同于区域控制器2211。而对于下级CAN总线来说，则等同于主控制器212。

在实际应用中，主控制器212可以为电脑，终端2221可以是停车场停车位上的传感器、照明系统或指示灯。采用该物联网通信系统20可进行车位检测，将有无停车等信息上报主控中心，然后车位检测控制对应的车位引导灯，接着主控中心分区统计各区域及总的停车数量，控制路口指引屏的显示和指引，电脑根据车场各物理位置的车辆及人员情况，动态调节照明系统的亮度和开关，最大化节能。本物联网系统，也可应用在智能楼宇管理系统或环境监测系统；终端节点，也可以是面板控制按钮、或者环境监测相关的传感器等。

与现有技术相比，本发明采用CAN总线配合PLC通信，构建二级物联网系统，可实现超大节点数、超大范围的物联网。比如：采用10级CAN中继，最大可实现300个区域控制器2211和主控制器212之间的通信。每个区域控制器2211下挂30个左右的终端2221，系统最终可实现接近1万个终端2221的超大型物联网系统。区域控制器2211到终端2221的互连，直接采用电源线，无需额外增加布线成本。而区域控制器2211到主控制器212之间，则采用CAN总线、并可通过CAN中继扩展区域范围，实现广覆盖。区域控制器2211和终端2221之间，在较小的区域范围内，通过PLC通信实现互连。PLC通信相对于CAN等总线系统，利用终端2221本身供电所需的电源线，简化了额外网络布线的需求。PLC通信系统222，带负载也可达30～50个，这样，通过2级通信系统级联，极大的扩展了系统的总终端节点数量和覆盖范围。每级CAN中继器2212，不仅起到CAN总线物理上隔离的作用，同时，可作为(授权)主控制器，对下级区域控制器2211进行通讯管理。而下级CAN中继器2212，可进一步授权再下一级的CAN中继器2212为二级授权主控制器。通过授权主控制器的管理和控制能力，避免了在多级CAN中继后区域控制器2211的大量增多时，主控制器212的通讯能力和CAN总线通讯带宽，无法支撑数百个区域控制器2211和主控制器212之间的大量的通讯需求。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的原则之内所作的任何修改，等同替换和改进等均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种物联网通信系统，包括主控制端和区域控制端，该主控制端通过CAN总线与所述区域控制端相连，其特征在于：区域控制端包括至少一CAN总线通信系统和至少一PLC通信系统，每一CAN总线通信系统通过CAN总线连接至主控制端，每一PLC通信系统通过电力载波线路连接至CAN总线通信系统。

2.如权利要求1所述的物联网通信系统，其特征在于：主控制端包括一服务器及一主控制器，服务器串联连接至主控制器。

3.如权利要求2所述的物联网通信系统，其特征在于：CAN总线通信系统包括至少一区域控制器及CAN中继器，区域控制器和CAN中继器通过CAN总线并联连接至上级的主控制端或者CAN总线通信系统。

4.如权利要求3所述的物联网通信系统，其特征在于：每一PLC通信系统，通过区域控制器，最终连接至CAN总线通信系统。

5.如权利要求4所述的物联网通信系统，其特征在于：PLC通信系统包括至少一终端，该至少一终端通过电力载波线路并联连接至区域控制器。

6.如权利要求3所述的物联网通信系统，其特征在于：区域控制器包括CAN总线通信处理模块、区域控制管理器、PLC通信收发模块，CAN总线通信处理模块与主控制器或者上级CAN中继器相连接，区域控制管理器分别与CAN总线通信处理模块、PL C通信收发模块连接，PLC通信收发模块与终端连接。

7.如权利要求3所述的物联网通信系统，其特征在于：CAN中继器包括第一CAN总线通信模块、授权主节点控制器及第二CAN总线通信模块，第一CAN总线通信模块与主控制器或者上级CAN中继器连接，授权主节点控制器分别与第一CAN总线通信模块、第二CAN总线通信模块相连，第二CAN总线通信模块与下级CAN中继器相连。