CN209218132U - 新型机柜式智能通信管理单元 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种新型机柜式智能通信管理单元，包括与微处理器连接的协处理器、串口USB防静电隔离通信电路、两个相互独立以太网隔离通信电路、4路USB防静电通信电路、485防雷隔离通信电路,VGA显示电路及Nand数据存储电路；与协处理器连接的485光电通信电路和GPS卫星定位电路。本实用新型的有益效果是：设备与从机的协议转换、数据传输、网络数据和485数据的监听、故障存储、控制及两个网卡IP的独立设置通信相适应；各设备的采集信息通过新型机柜式智能通信管理单元送往监控系统直观地监控整个系统运行情况；将监控系统下发的各种控制命令转送给智能电子设备；降低了调试和值班人员的工作量。
Description
技术领域
本装置涉及一种适用于智能网络通信管理的新型机柜式智能通信管理单元，此实用新型适用于智能网络协议转换、远程控制、设备定位授时、485光电通信模块及2路以太网端口和485光电通信模块及485电端口之间数据的相互访问；并对事件故障与网络健康进行管理。
背景技术
目前，大多数通信管理机是把RS-485串口的数据转换成网络协议，通过以太网与后台的客户端或服务器连接，不能实现两个独立网卡在同一网段和不同网段的任意设置、屏幕的数据的显示输出和系统的授时，终端设备与设备之间相互不知道各自的网络工作状态；通信管理机普遍是基于485电口导线传输模式，传输距离近，无法应用与铁路信号、电气自动化、变电站自动化的集中式机柜管理。
当今已经进入了万物互联的时代，现有的单一模式智能通信管理机方案已无法满足应用场合的需求，需要开发一款多种模式和光线介质传输的智能通信管理机。实现设备和设备之间与后台的多个客户端或多个服务器之间的数据传输共享、调度，并将这些数据通过显示输出显示在不同的窗体；同时通过GPS获取位置和时间对系统授时。
发明内容
为解决上述技术中存在的问题，本实用新型的目的是提供一种适用于新型机柜式智能通信管理单元，该新型机柜式智能通信管理单元可满足协议转换RTU Modbus、TCPModbus、IEC60870协议转换，两个网卡IP独立设置，系统授时，数据状态显示输出，数据传输共享，通信控制，在线调试，数据监听，故障事件记录，健康管理及机柜式安装，从而达到智能网络通信管理机所需的功能。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是提供一种新型机柜式智能通信管理单元，该管理单元包括有核心处理器、协处理器、485光电通信电路、GPS卫星定位电路、485防雷电路、485通信隔离模块、串口USB防静电隔离通信电路、VGA显示电路、Nand数据存储电路、4路USB2.0防静电通信电路、网络PHY电路、以太网隔离通信电路。
所述数据经485光电通信电路把数据传输到协处理器的USART2接口，GPS卫星定位电路获取的位置和时间数据传输给协处理器的USART1接口，数据经协处理器计算处理通过SPI接口把处理数据送给核心处理器；工控机串口数据经485防雷电路将485通信信号经防雷处理送入485通信模块后送至核心处理器的USART1接口计算和处理，经计算和处理通过核心处理器的SPI接口把数据送至协处理器，经协处理器解析实现与从机的相互通信；后台设备数据经2路以太网隔离通信电路隔离送入2路网络PHY电路转换，数据经转换送至核心处理器的数据总线，数据经核心处理器计算通过SPI接口送至协处理器，经协处理器计算和解析实现与从机的相互通信；4路USB2.0防静电隔离通信电路将外设数据经隔离送给核心处理器处理；并将以上数据通过VGA显示电路显示。
所述USB2.0防静电隔离通信电路或串口USB防静电隔离通信电路将调试、配置数据经隔离送给核心处理器和上位机软件、Nand Flash存储将故障事件数据保存送至核心处理器。
本实用新型的效果是：
1、新型机柜式智能通信管理单元采用32位ARM STM32F429BIT6处理器作为核心处理器，实现协议转换、数据传输、通信控制、VGA数据显示、USB2.0外设输入键盘、鼠标、U盘等设备，在线调试、数据监听、故障事件记录及健康管理功能。协处理器采用32位ARMSTM32F205RCT6作为协处理器，实现指令下发、GPS获得授时及位置信息等功能。本系统采用宽电压电源供电，适应于电网电压浮动大的场合，供电采用交直流输入，输入范围为AC 86～265V或DC 110～370V。
2、485光电接口采用2兆光纤通信模块把电信号转换成光信号，实现数据传输、从机扫描、指令下发及控制。由于采用光纤传输，从而提高了通信的传输距离、抗干扰性及系统的安全性。
3、VGA接口可实现24Bit 800*600分辨率的显示屏，把参数、数据和状态显示到LCD显示屏。
4、新型机柜式智能通信管理单元能实现1路电口485与工控机(或其他设备)之间进行数据通信，同时实现终端设备与终端设备的数据共享等功能。
5、本新型机柜式智能通信管理单元通过4路USB2.0与键盘、鼠标、U盘等外部设备连接，实现在线调试、人机信息交换及外围设备的数据交换。
6、本新型机柜式智能通信管理单元提供故障事件存储功能，可快速读取历史数据方便故障分析及设备健康管理。本管理机提供存储功能共2000条事件故障记录。可通过以太网网络、485接口或USB2.0接口进行快速读取故障事件记录。
7、本新型机柜式智能通信管理单元具有2个以太网网卡通信接口，各网卡可以设置为独立的IP(可在同一网段或不同网段)，通信互不干扰。此接口能实现协议的相互转换，如：RTU Modbus、TCP Modbus、IEC60870协议转换、设备与客户端或服务器的数据传输及对设备的远程控制。还具有系统运行、故障及通信状态显示功能，通过显示能判断系统运行状态及每个通信接口通信状态是否正常。
8、支持串口USB在线调试可通过上位机软件对通信实时监听、对系统进行配置、对时、从机指令配置及系统故障事件查看，从而提高调试效率。
附图说明
图1为本装置柜式通信管理单元结构总图；
图2为所诉核心处理器连接的SDRAM与Nand数据存储电路；
图3为所诉核心处理器连接的485电口防雷通信电路；
图4为所诉核心处理器连接的4路USB2.0防静电通信电路；
图5为所诉核心处理器连接的2路以太网通信电路；
图6为所诉核心处理器连接的VGA显示电路；
图7为所诉协处理器连接的485光电通信电路；
图8为所诉协处理器连接的GPS卫星定位电路；
图9为所诉系统供电电路。
图10为新型柜式智能通信管理单元装配图。
图中：
1、核心处理器 2、SDRAM芯片 3、NandFlash芯片
4、单向TVS 5、π型滤波电路 6、485通信模块
7、双向TVS 8、可恢复保险 9、放电管
10、端子 11、USB2.0芯片 12、USBTVS芯片
13、限流滤波电路 14、滤波电路 15、网络PHY芯片
16、滤波电容 17、网络变压器 18、防雷防静电电路
19、RJ45接口 20、VGA芯片 21、阻抗电阻
22、VGA接口 23、协处理器 24、π型滤波电路
25、485光电模块 26、GPS芯片 27、GPS天线
28、EMC电路 29、开关电源电路 30、开关电源芯片
31、反馈电路 32、稳压管 33、主控板
34、电源板 35、VGA显示板 36、机架式1U机壳
37、GPS通信板
具体实施方式
结合附图对本实用新型机柜式智能通信管理单元结构加以说明。
本实用新型柜式智能通信管理单元如图1所示，以核心微处理器作为整体系统的核心，该管理机包括有核心处理器1、协处理器2、485光电通信电路3、GPS卫星定位电路4、485防雷电路5、485通信隔离模块6、串口USB防静电隔离通信电路7、VGA显示电路8、Nand数据存储电路9、4路USB2.0防静电通信电路10、网络PHY电路11、以太网隔离通信电路12。
所述数据经485光电通信电路把数据传输到协处理器的USART2接口，GPS卫星定位电路获取的位置和时间数据传输给协处理器的USART1接口，数据经协处理器计算处理通过SPI接口把处理数据送给核心处理器；客户端或服务器串口数据经485防雷电路将485通信信号经防雷处理送入485通信模块后送至核心处理器的USART1接口计算和处理，经计算和处理通过核心处理器的SPI接口把数据送至协处理器，经协处理器解析实现与从机的相互通信；后台设备数据经2路以太网隔离通信电路隔离送入2路网络PHY电路转换，数据经转换送至核心处理器的数据总线，数据经核心处理器计算通过SPI接口送至协处理器，经协处理器计算和解析实现与从机的相互通信；4路USB2.0防静电隔离通信电路将外设数据经隔离送给核心处理器处理；并将以上数据通过VGA显示电路显示；还可以通过USB2.0防静电隔离通信电路或串口USB防静电隔离通信电路将调试、配置数据经隔离送给核心处理器和上位机软件、Nand Flash存储将故障事件数据保存送至核心处理器。
所述核心处理器为STM32F429BIT6微处理器作为核心处理器，协处理器采用32位ARM STM32F205RCT6作为协处理器。
本实用新型机柜式智能通信管理单元功能是这样实现的：
核心处理器1即：核心处理器STM32F429BIT6与SDRAM芯片、NandFlash芯片相连接。结构如图2所示，SDRAM芯片2和NandFlash芯片3与核心处理器的32位总线连接实现核心处理器内存的扩展和数据存储提高系统的运行速度。
核心处理器1通过485通信模块在与485隔离电路连接结构。如图3所示，电源输入采用单向TVS 4对电压保护，前端电路电压过高能保证后面电路的安全，输入电源经π型滤波电路5滤波后纹波减小使485通讯模块6更稳定的工作。485通讯模块6将TTL信号隔离并转换成485电平差分信号，经双向TVS 7、可恢复保险8、放电管9后对485差分线的浪涌及感应尖峰起到保护作用，再经端子10与其他从机通信。
核心处理器1通过USB2.0芯片、USBTVS芯片与滤波电路连接。结构如图4所示，5V电源经限流滤波电路13为USB设备提供安全可靠地电源，核心处理器的USB接口与USB芯片11连接，经USBTVS芯片12防静电保护把数据送给滤波电路14滤波后与外部USB2.0设备通信。
核心处理器1即：核心处理器STM32F429BIT6连接网络PHY电路在与网络隔离电路连接。结构如图5所示，核心处理器1的数据总线引脚与网络PHY芯片15连接，网络PHY芯片15实现网络PECL电平信号的转换，网络PHY芯片15的TXVDD18、RXVDD18引脚输出1.8V电源经滤波电容16给网络变压器提供电源，同时网络PHY芯片15的TDP、TDM、RDP、RDM引脚与网络变压器17连接，经网络变压器把差分信号隔离从而保护网络PHY芯片；网络差分信号经静电防雷保护电路18的TVS、可恢复保险、放电管及Y1电容对网络差分线的浪涌及感应尖峰起到保护作用，再经RJ45接口19与其他通信设备通信。
核心处理器1与VGA芯片20、VGA接口22连接。结构如图6所示，核心处理器1的RGB引脚与VGA芯片20的RGB引脚连接，VGA芯片20的模拟三基色引脚与75欧阻抗电阻21连接，是阻抗匹配，再经VGA接口22输出给显示器。
协处理器23通过SPI接口与核心处理器1连接，协处理器23通过USART接口与光电模块25连接。结构如图7所示，485光电模块25把光信号转换成TTL电平TX、RX电信号后经把数据送入核心处理器进行协议转换，并且通过以太网送给客户端或服务器。电源输入经π型滤波电路24滤波后纹波减小使485光电转换模块25更稳定的工作。
协处理器23通过USART接口与GPS芯片26及GPS天线27连接。结构如图8所示,GPS信号经GPS天线接受数据，数据经GPS芯片计算解析后，GPS芯片通过TX、RX引脚把数据送入协处理器23经解析与核心处理通信。
系统供电电源结构如图9所示，电源采用交直流宽电压输入(AC86～265或DC 110～370V)，电源输入后经可恢复保险和EMC电路28的压敏电阻、放电管、安规电容、滤波电感、共轭圈及Y2电容起到对电源浪涌及感应尖峰起到保护作用使后面的开关电源电路29更稳定的工作。由于核心处理器1、协处理器23都是直流3.3V供电，所以把5V通过开关电源芯片30和反馈电路31的调节把5V转换成直流3.3V后经稳压管32的电压过高保护，保证后面电路更好更安全的工作。
如图10所示，主控板33、电源板34、GPS通信板37及VGA显示板35通过螺钉和铜柱固定在机架式1U机壳36上。GPS通信板37通过端子与主控板33连接；VGA显示板35通过PFC排线与主控板33连接；主控板33通过排线与电源板34连接，并为系统提供电源。
本实用新型柜式智能通信管理单元的工作流程：
新型柜式智能通信管理单元上电进入自检模式，检测系统工作频率检测、SDRAM检测、NandFlash存储芯片检测、显示屏检测、外围设备检测和对2个PHY的检测，检测结果通过VGA显示屏或上位机软件查看。自检完成后进入正常工作模式，协处理器通过图7电路对各从机扫描和指令的下发，通过图8获得GPS信号数据，从而获得设备位置和时间，再通过SPI接口把数据送给核心处理器1进行计算处理，核心处理器1经过图3图5把转换完的协议数据发送到485光口或以太网上；客户端或服务器通过以太网或485光口把数据传输给图3图5电路转换成TTL电平数据送给核心处理器1，经核心处理器1协议转换处理再经SPI接口把数据转发给协处理器23，协处理器23通过图7对各从机进行控制和数据交换。核心处理器1把处理的数据通过图6的VGA显示电路显示在显示屏上；通过图2的NandFlash来存储指令和系统的事件故障等数据；通过图4与键盘、鼠标等外围设备通信，还可以与上位机软件进行通信；当外部USB电缆插入后可以通过核心处理器1连接串口USB防静电隔离通信电路与PC上位机软件进行数据交换；此时可以读取系统状态、故障事件存储及监听数据进行读取、参数设置，也可在线调试，减少调试用时。
Claims (3)
1.一种新型机柜式智能通信管理单元，其特征是：该管理机包括有核心处理器(1)、协处理器(2)、485光电通信电路(3)、GPS卫星定位电路(4)、485防雷电路(5)、485通信隔离模块(6)、串口USB防静电隔离通信电路(7)、VGA显示电路(8)、Nand数据存储电路(9)、4路USB2.0防静电通信电路(10)、网络PHY电路(11)、以太网隔离通信电路(12)；所述485光电通信电路(3)通过PCB铜箔连接至协处理器(2)；GPS卫星定位电路(4)通过PCB铜箔连接至协处理器(2)；485防雷电路(5)、485通信隔离模块(6)通过PCB铜箔与核心处理器(1)连接；串口USB防静电隔离通信电路(7)通过PCB铜箔连接至核心处理器(1)；以太网隔离通信电路(12)、网络PHY电路(11)通过PCB铜箔连接至核心处理器(1)；4路USB2.0防静电通信电路(10)、VGA显示电路(8)Nand数据存储电路(9)通过PCB铜箔连接至核心处理器(1)。
2.根据权利要求1所述的一种新型机柜式智能通信管理单元，其特征是：所述数据经485光电通信电路把数据传输到协处理器的USART2接口，GPS卫星定位电路获取的位置和时间数据传输给协处理器的USART1接口，数据经协处理器计算处理通过SPI接口把处理数据送给核心处理器；工控机串口数据经485防雷电路将485通信信号经防雷处理送入485通信模块后送至核心处理器的USART1接口计算和处理，经计算和处理通过核心处理器的SPI接口把数据送至协处理器，经协处理器解析实现与从机的相互通信；后台设备数据经2路以太网隔离通信电路隔离送入2路网络PHY电路转换，数据经转换送至核心处理器的数据总线，数据经核心处理器计算通过SPI接口送至协处理器，经协处理器计算和解析实现与从机的相互通信；4路USB2.0防静电隔离通信电路将外设数据经隔离送给核心处理器处理；并将以上数据通过VGA显示电路显示。
3.根据权利要求1或2所述的一种新型机柜式智能通信管理单元，其特征是：所述USB2.0防静电隔离通信电路或串口USB防静电隔离通信电路将调试、配置数据经隔离送给核心处理器和上位机软件、Nand Flash存储将故障事件数据保存送至核心处理器。
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