CN211089660U - 一种海上平台使用的通信系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种海上平台使用的通信系统，包括用于控制数据传输的通信主控模块，及与之分别连接的RS485通信模块、无线通信模块、CAN总线模块以及以太网通信模块；所述通信主控模块包括微处理器模块；所述RS485通信模块、所述无线通信模块及所述CAN总线模块均通过USART接口与所述微处理器模块连接。本实用新型能够实现多种形式的数据传输，可以在其中一种通信发生故障时，仍能够保持通信畅通。

Description

一种海上平台使用的通信系统

技术领域

本实用新型涉及一种通信系统，特别涉及一种海上平台使用的通信系统。

背景技术

目前，一种海上平台的电力信息的采集是通过传统多功能表进行采集，传统多功能表对电力系统的电流、电压、有功、电能等信息进行检测计量，传统多功能表的显示界面与表身是一体的，显示部分通常为液晶屏或数码管，不同型号的多功能表功能范围不同，但不会同一型号的多功能表能采集很多种电力参数，传统多功能表采集的电流、电压、有功、电能等数据通过有线方式与中控计算机通讯，通常采用RS485通讯方式。有线传输距离过长时布线复杂，故障时维修难度大，维修时间长，造成通信中断及由此引发的一系列损失。

发明内容

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种保障通信畅通的海上平台使用的通信系统。

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种海上平台使用的通信系统，包括用于控制数据传输的通信主控模块，及与之分别连接的RS485通信模块、无线通信模块、CAN总线模块以及以太网通信模块；所述通信主控模块包括微处理器模块；所述RS485通信模块、所述无线通信模块及所述CAN总线模块均通过USART接口与所述微处理器模块连接。

进一步地，所述无线通信模块为433m无线模块、Wifi无线模块、Zigbee无线模块及LoRa无线模块的其中一种或几种的组合。

进一步地，所述无线通信模块采用ASK方式调制，当停止传输数据时发射电流降为零。

进一步地，所述RS485通信模块包括SN65HVD7系列收发器；在所述SN65HVD7系列收发器与所述USART接口之间连接一个三极管；其中，所述三极管的集电极分别与所述SN65HVD7系列收发器的DE引脚及USART接口的DTR引脚连接；所述三极管的基极与所述USART接口的TX引脚连接；所述三极管的发射极与接地极连接；所述三极管的基极与发射极之间连接有1000PF电容。

进一步地，所述CAN总线模块包括CAN控制器及SN65HVD23系列收发器；所述CAN控制器的输出引脚TX与所述SN65HVD23系列收发器的数据输入端D连接；所述CAN控制器的接收引脚RX与所述SN65HVD23系列收发器的数据输出端R相连。

进一步地，所述SN65HVD23系列收发器选择端口Rs通过跳线和一端接地的第二电阻器连接，其中所述第二电阻器为阻值范围为0～100kΩ变阻器。

进一步地，所述以太网通信模块包括DM9161集成电路，所述DM9161集成电路的管脚TXD1、TXD0、TXEN、MDC、RXD1、RXD0、MDINTR、RXCLK、RXDV、CVDD分别对应与所述微处理器模块的相应引脚相连。

进一步地，还包括外壳，所述外壳包括相互扣合的壳体和面板；所述壳体底部设有与DIN导轨相匹配的卡槽和卡扣，所述面板上设指示灯孔、USB接口及RJ45接口；所述壳体的侧面设天线孔及接线端子排。

本实用新型具有的优点和积极效果是：本实用新型通过采用通信主控模块，及与之分别连接的RS485通信模块、无线通信模块和以太网通信模块，能够实现多种形式的数据传输，可以在其中一种通信发生故障时，仍能够保持通信畅通。无线通信模块采用ASK方式调制，以降低功耗。在RS485收发器的DI与DE间接入一个三极管，使得RS485通信模块可以方便地和固定编码电路、滚动码电路及单片机接口连接，不必考虑固定编码电路、滚动码电路及单片机等工作电压的大小。

附图说明

图1是本实用新型的一种系统结构框图；

图2是本实用新型的一种微处理器模块工作原理图；

图3是本实用新型的一种RS485通信模块工作原理图；

图4是本实用新型的一种以太网通信模块工作原理图；

图5是本实用新型的外壳结构主视图；

图6是是本实用新型的外壳结构后视图；

图7是本实用新型的外壳结构右视图；

图8是是本实用新型的外壳结构俯视图。

图中：1、天线；2、指示灯；3、排针插座；4、USB接口；5、RJ45接口；6、卡扣；7、卡槽；8、接线端子排。

具体实施方式

为能进一步了解本实用新型的发明内容、特点及功效，兹列举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参见图1至图8，一种海上平台使用的通信系统，包括用于控制数据传输的通信主控模块，及与之分别连接的RS485通信模块、无线通信模块、CAN总线模块以及以太网通信模块；所述通信主控模块包括微处理器模块；所述RS485通信模块、所述无线通信模块及所述CAN总线模块均通过USART接口与所述微处理器模块连接。

微处理器模块可采用STM32系列单片机或是现有技术中其他适用的微处理器模块。

所述无线通信模块可为433m无线模块、Wifi无线模块、Zigbee无线模块及LoRa无线模块中的其中一种或几种的组合。433m无线模块、Wifi无线模块、Zigbee无线模块及LoRa无线模块均可采用现有技术中的适用产品。

优选地，所述无线通信模块可采用ASK方式调制，当停止传输数据时发射电流降为零。采用ASK方式调制，以降低功耗；数据电平接近电路实际工作电压，以获得较高的调制效果。

优选地，所述RS485通信模块可包括SN65HVD7系列收发器。SN65HVD72具有稳健耐用的3.3V驱动器和接收器，并且采用小型封装，满足工业应用。这些总线引脚可耐受ESD事件，具有对于人体放电模型和IEC接触放电规范的高级别保护。它有一个差分驱动器和一个差分接收器，这两个器件由3.3V单电源供电。驱动器差分输出和接收器差分输入在内部连接，构成一个适用于半双工(两线制总线)通信的总线端口。它具备宽共模电压范围，适用于长线缆上的应用长线缆。通过控制它的2(RE)、3(DE)引脚来控制收、发。当DE引脚处于高电平时，4(DI)引脚接收外部输入的信号经过芯片转换成485的电平信号，再通过6(A)、7(B)引脚输出差分信号。当RE引脚处于低电平时，接收A,B引脚的差分信号，经过芯片转换通过1(RO)引脚发送给外部接收装置。

在所述SN65HVD7系列收发器与所述USART接口之间可连接一个三极管；其中，所述三极管的集电极可分别与所述SN65HVD7系列收发器的DE引脚及USART接口的DTR引脚连接；所述三极管的基极可与所述USART接口的TX引脚连接；所述三极管的发射极可与接地极连接；所述三极管的基极与发射极之间可连接有1000PF电容。这种相当于在RS485收发器的DI与DE间增设三极管的电路结构，使得RS485通信模块等模块可以方便地和固定编码电路、滚动码电路及单片机接口连接，不必考虑编码电路的工作电压和输出幅度信号值的大小。

优选地，所述CAN总线模块可包括CAN控制器及SN65HVD23系列收发器；所述CAN控制器的输出引脚TX可与所述SN65HVD23系列收发器的数据输入端D连接；所述CAN控制器的接收引脚RX可与所述SN65HVD23系列收发器的数据输出端R相连。

采用SN65HVD23系列收发器Texas Instruments SN65HVD230、SN65HVD231和SN65HVD232控制器，这些器件设计用于高达1兆位每秒(Mbps)的数据速率，包含多个保护功能，确保了器件和CAN网络的鲁棒性。SN65HVD23系列收发器设计用于与3.3V微处理器、MCU和带CAN控制器的DSP，以及使用等效协议的控制器配合使用。它们适用于采用符合ISO11898标准的CAN串行通信物理层应用。这些器件设计用于在尤其恶劣的环境下工作，具有跨线保护，接地断开和过压保护，以及过热保护，并支持在宽共模范围下工作。可为单端主机CAN协议控制器和差分CAN总线提供接口。并可工作在-2V至7V共模范围的总线上，并可承受±25V共模瞬变的影响。

优选地，所述SN65HVD23系列收发器选择端口Rs可通过跳线和一端接地的电阻器连接，其中所述电阻器可为阻值范围为0～100kΩ变阻器。

所述电阻器可用于调节斜率，使SN65HVD23系列收发器通过硬件方式可实现3种工作模式的选择，所述电阻器可为阻值范围为0～100kΩ变阻器。可通过控制变阻器的阻值来控制斜率。

优选地，所述以太网通信模块可包括DM9161集成电路，所述DM9161集成电路的管脚TXD1、TXD0、TXEN、MDC、RXD1、RXD0、MDINTR、RXCLK、RXDV、CVDD可分别对应与所述微处理器模块的相应引脚相连。所述DM9161集成电路的管脚可通过排针接口与所述微处理器模块的相应引脚相连。以太网通信模块可用于现场架构小型局域网等。

DM9161集成电路是一款完全集成的和符合成本效益单芯片快速以太网PHY，提供数据转换和数据传输等作用。DM9161CEP还提供了介质无关的接口，来连接所有提供支持介质无关接口功能的家用电话线网络设备或其他收发器。该DM9161CEP支持8位，16位接口访问内部存储器，以支持不同的处理器。DM9161CEP物理协议层接口完全支持使用10MBps下3类、4类、5类非屏蔽双绞线和100MBps下5类非屏蔽双绞线。这是完全符合IEEE 802.3u规格。它的自动协调功能将自动完成配置以最大限度地适合其线路带宽。还支持IEEE 802.3x全双工流量控制。用户可以容易的移植任何系统下的端口驱动程序。

优选地，还可包括外壳，所述外壳可包括相互扣合的壳体和面板；壳体和面板的材质均可以为金属材质或塑料材质。所述壳体底部可设有与DIN导轨相匹配的卡槽7和卡扣6，所述面板上可设指示灯孔2、USB接口4及RJ45接口5；所述壳体的侧面可设天线孔及端子排。无线通信模块可通过外置天线1发送信号，外置天线1通过天线孔伸出壳体。

壳体外置标准DIN导轨相匹配的卡槽7和卡扣6，方便使用安装，面板和壳体可设有天线孔，以及USB接口4、RJ45接口5等多种接口，方便后续的通信和扩展接线。

以下结合本实用新型的一个优选实施例来说明本实用新型的工作原理：

一种海上平台使用的通信系统，包括用于控制数据传输的通信主控模块，及与之分别连接的RS485通信模块、无线通信模块、CAN总线模块和以太网通信模块；所述通信主控模块包括微处理器模块，微处理器模块采用STM32F407VET6单片机。所述RS485通信模块和所述无线通信模块均通过USART接口与所述微处理器模块连接；所述无线通信模块可为433m无线模块、Wifi无线模块、Zigbee无线模块及LoRa无线模块中的其中一种或几种的组合。

Zigbee无线模块信号工作频率可为433MHz，采用声表谐振稳频。

433m无线模块工作频率可为315M，采用声表谐振器SAW稳频，频率稳定度极高，当环境温度在－25～+85度之间变化时，频飘仅为3ppm/度。

LoRa无线模块LoRa是一种低功耗和远距离无线传输模块。传输距离可达15Km。工作频率：ISM频段包括433、868、915MH等。标准：IEEE 802.15.4g。具有前向纠错(FEC)能力。容量：一个LoRa网关可以连接上千上万个LoRa节点。电池寿命：长达10年。安全：AES128加密。传输速率：几百到几十Kbps。

所述无线通信模块可采用ASK方式调制，以降低功耗，当数据信号停止传输时发射电流降为零；数据信号输入端与无线通讯电路输入端可以用电阻或者直接连接而不能用电容耦合，否则电路不能正常工作，数据电平应接近电路实际工作电压，以获得较高的调制效果。

所述RS485通信模块和所述无线通信模块均通过USART接口与所述微处理器模块连接；USART接口负责对接收和发送的数据进行处理，如：添加奇偶校验位，起始位，结束位等。

所述RS485通信模块包括SN65HVD72收发器，SN65HVD72收发器可作为RS485的驱动电路，负责把USART发送的信号装换为RS485的电气特性的电平，把接收到的信号从RS485标准转换为0-5V的标准数字信号电平之间的转换。

RS485也利用SN65HVD72收发器内部的接收器和发送器，接收器接收由总线传输的电平信号，RO为接收器输出端，可接至STM32F407VET6单片机PA10管脚，DI为发送器输入端，可接至STM32F407VET6单片机PA9管脚。

CAN总线模块可包括CAN控制器及SN65HVD230收发器；CAN控制器的输出引脚TX可与SN65HVD230收发器的数据输入端D连接，可将此CAN节点发送的数据传送到CAN网络中；CAN控制器的接收引脚RX可与SN65HVD230收发器的数据输出端R相连，用于接收数据。SN65HVD230收发器选择端口Rs可通过跳线和一端接地的电阻器连接，其中所述电阻器可为阻值范围为0～100kΩ变阻器。

所述电阻器可用于调节斜率，使SN65HVD230收发器通过硬件方式可实现3种工作模式的选择，其中斜率电阻器为0～100kΩ电位器。VRs为加在Rs引脚上的电压。

为了减少因电平快速上升而引起的电磁干扰，SN65HVD230收发器中引入了斜率控制方式。这种控制方式可通过SN65HVD230收发器的相应引脚上的串联斜率电阻器来实现。比如在SN65HVD230的Rs引脚上加上逻辑高电平(≥0.75Vcc)，可使器件进入等待模式，处于待机状态，系统只“听”发送过来的消息。在“听”状态下，收发器的发送功能处于关断状态，接收功能仍处于有效状态。此时，SN65HVD230收发器对于CAN总线来说总是隐性的。

在SN65HVD72收发器与USART接口之间可连接一个三极管；其中，所述三极管的集电极可分别与SN65HVD72收发器的DE引脚及USART接口的DTR引脚连接；所述三极管的基极可与所述USART接口的TX引脚连接；所述三极管的发射极可与接地极连接；所述三极管的基极与发射极之间可连接有1000PF电容。这种相当于在RS485收发器的DI与DE间增设三极管的电路结构，使得RS485通信模块可以方便地和固定编码电路、滚动码电路及单片机接口连接，不必考虑编码电路的工作电压和输出幅度信号值的大小。

以太网通信模块主要包括DM9161芯片，DM9161芯片的管脚TXD1、TXD0、TXEN、MDC、RXD1、RXD0、MDINTR、RXCLK、RXDV、CVDD可分别对应与STM32F407VET6单片机的PB13、PB12、PB11、PC1、PC5、PC4、PC2、PA1、PA7、PE6等管脚相连，DM9161芯片支持MDI/MDI-X自动反转功能，DM9161芯片上集成完整物理层收发器和滤波器，可直接与网络变压器相连。

本实用新型包括金属外壳，所述外壳可包括相互扣合的壳体和面板；将电路板安装在壳体内；所述壳体底部可设有与DIN导轨相匹配的卡槽7和卡扣6，所述面板上可设指示灯孔2、排针插座3、USB接口4及RJ45接口5；所述壳体的侧面可设天线孔及接线端子排8。

面板和壳体间采用沉头螺栓紧固组装，壳体外置标准DIN导轨相匹配的卡槽7和卡扣6，方便使用安装，面板和壳体可设有1个用于伸出天线1的天线孔，6个指示灯孔2，一个USB接口4和2个RJ45接口5。

以上所述的实施例仅用于说明本实用新型的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够理解本实用新型的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本实用新型的专利范围，即凡本实用新型所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本实用新型的专利范围内。

Claims (8)

1.一种海上平台使用的通信系统，其特征在于，包括用于控制数据传输的通信主控模块，及与之分别连接的RS485通信模块、无线通信模块、CAN总线模块以及以太网通信模块；所述通信主控模块包括微处理器模块；所述RS485通信模块、所述无线通信模块及所述CAN总线模块均通过USART接口与所述微处理器模块连接。

2.根据权利要求1所述的海上平台使用的通信系统，其特征在于，所述无线通信模块为433m无线模块、Wifi无线模块、Zigbee无线模块及LoRa无线模块的其中一种或几种的组合。

3.根据权利要求1所述的海上平台使用的通信系统，其特征在于，所述无线通信模块采用ASK方式调制，当停止传输数据时发射电流降为零。

4.根据权利要求1所述的海上平台使用的通信系统，其特征在于，所述RS485通信模块包括SN65HVD7系列收发器；在所述SN65HVD7系列收发器与所述USART接口之间连接一个三极管；其中，所述三极管的集电极分别与所述SN65HVD7系列收发器的DE引脚及USART接口的DTR引脚连接；所述三极管的基极与所述USART接口的TX引脚连接；所述三极管的发射极与接地极连接；所述三极管的基极与发射极之间连接有1000PF电容。

5.根据权利要求1所述的海上平台使用的通信系统，其特征在于，所述CAN总线模块包括CAN控制器及SN65HVD23系列收发器；所述CAN控制器的输出引脚TX与所述SN65HVD23系列收发器的数据输入端D连接；所述CAN控制器的接收引脚RX与所述SN65HVD23系列收发器的数据输出端R相连。

6.根据权利要求5所述的海上平台使用的通信系统，其特征在于，所述SN65HVD23系列收发器选择端口Rs通过跳线和一端接地的第二电阻器连接，其中所述第二电阻器为阻值范围为0～100kΩ变阻器。

7.根据权利要求1所述的海上平台使用的通信系统，其特征在于，所述以太网通信模块包括DM9161集成电路，所述DM9161集成电路的管脚TXD1、TXD0、TXEN、MDC、RXD1、RXD0、MDINTR、RXCLK、RXDV、CVDD分别对应与所述微处理器模块的相应引脚相连。

8.根据权利要求1至7任一所述的海上平台使用的通信系统，其特征在于，还包括外壳，所述外壳包括相互扣合的壳体和面板；所述壳体底部设有与DIN导轨相匹配的卡槽和卡扣，所述面板上设指示灯孔、USB接口及RJ45接口；所述壳体的侧面设天线孔及接线端子排。

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