CN211457147U - 一种网关扩展端口装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种网关扩展端口装置，包括：集成处理器、第一扩展板、第二扩展板、第三扩展板，所述集成处理器分别与第一扩展板、第二扩展板、第三扩展板相连，所述第一扩展板包括：串口数据采集器，信号数据采集器，蓄电池采集器，烟感感应器，所述第二扩展板包括：串口数据采集器；所述第三扩展板包括：信号数据采集器。本实用新型在占用网关一个通信接口基础上，可扩展网关多个功能端口，增加网关可连接终端设备数量，增加网关功能，具备检测蓄电池电压、烟感感应功能，成本比较低。

Description

一种网关扩展端口装置

技术领域

本实用新型涉及网关扩展端口技术领域，特别涉及一种网关扩展端口装置。

背景技术

在现有的动力环境监控行业和安防监控行业里面，大多数终端设备数据需要网关处理汇集数据上发至管理平台，管理平台也透过网关下发指令控制终端设备。常见的网关设备只有单一的总线接口负责数据的接收与发送，端口数量有限，与终端设备连接数量有限，功能单一，只能做网关工作。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型采用如下技术方案：一种网关扩展端口装置，包括：

集成处理器、第一扩展板、第二扩展板、第三扩展板，所述集成处理器分别与第一扩展板、第二扩展板、第三扩展板相连；

所述第一扩展板包括：

串口数据采集器，用于采集串口数据，并将所采集到的串口数据汇集到集成处理器，

信号数据采集器，用于采集信号数据，并将所采集到的模拟信号和或数字信号输入到集成处理器，

蓄电池采集器，用于采集电压数据，并将所采集的电压数据传输至集成处理器，

烟感感应器，用于采集烟雾数据并转化为电平信号，并将电平信号传输至集成处理器；

所述第二扩展板包括：串口数据采集器；

所述第三扩展板包括：信号数据采集器。

所述集成处理模块包括：

数据处理模块：用于接收串口数据采集器、信号数据采集器、蓄电池采集器、烟感感应器的数据，并将数据处理成数据包发送至数据缓存模块，将网关下发的指令发生至对应的端口；

数据缓存模块：用于数据包的缓存；

数据传输模块：用于将数据包上传至网关，接收网关下发的指令；

扩展板识别模块：用于识别扩展板的身份。

所述串口数据采集器为RS485和RS232组成的串口数据端口，通过隔离电路与集成处理器的UART/USART进行串口连接。

所述信号数据采集器为AI和DI采集端。

所述蓄电池采集器为MCP3202与电阻和运算放大器所搭建而成的电压采集电路。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型在占用网关一个通信接口基础上，可扩展网关多个功能端口，增加网关可连接终端设备数量，增加网关功能，具备检测蓄电池电压、烟感感应功能，成本比较低。

附图说明

图1为本实用新型的系统结构框图；

图2为本实用新型的第一扩展板的硬件结构框图；

图3为本实用新型的第二扩展板的硬件结构框图；

图4为本实用新型的第三扩展板的硬件结构框图；

图5为本实用新型的串口电平隔离电路原理图；

图6为本实用新型的485与232电路原理图；

图7为本实用新型的串口类型跳帽配置示意图；

图8为本实用新型的AI/DI输入采集电路原理图；

图9为本实用新型的AI/DI输入端类型跳帽配置示意图；

图10为本实用新型的蓄电池电压采集电路原理图；

图11为本实用新型的烟感电源控制与烟感采集输入端电路原理图；

图12为本实用新型的基于网关扩展端口装置的方法的流程图；

图13为本实用新型的一种端口扩展装置在线、离线处理的方法流程图；

图14为本实用新型的一种AI、DI数据处理的方法流程图；

图15为本实用新型的一种烟感数据处理的方法流程图；

图16为本实用新型的一种串口数据处理的方法流程图。

具体实施方式

如图1所示，一种网关扩展端口装置，包括：

集成处理器、第一扩展板、第二扩展板、第三扩展板，集成处理器分别与第一扩展板、第二扩展板、第三扩展板相连；

第一扩展板包括：

串口数据采集器，用于采集串口数据，并将所采集到的串口数据汇集到集成处理器，

信号数据采集器，用于采集信号数据，并将所采集到的模拟信号和或数字信号输入到集成处理器，

蓄电池采集器，用于采集电压数据，并将所采集的电压数据传输至集成处理器，

烟感感应器，用于采集烟雾数据并转化为电平信号，并将电平信号传输至集成处理器；

第二扩展板包括：串口数据采集器；

第三扩展板包括：信号数据采集器。

集成处理模块包括：

数据处理模块：用于接收串口数据采集器、信号数据采集器、蓄电池采集器、烟感感应器的数据，并将数据处理成数据包发送至数据缓存模块，将网关下发的指令发生至对应的端口；

数据缓存模块：用于数据包的缓存；

数据传输模块：用于将数据包上传至网关，接收网关下发的指令；

扩展板识别模块：用于识别扩展板的身份。

如图2至图4所示，在本实用新型的一种实施例中，第一扩展板、第二扩展板、第三扩展板可接入功能对应的装置，集成处理器使用到资源包括UART/USART接口、ADC、SPI和GPIO的资源。集成处理器可根据装置所设置的电平脚位，识别扩展板的身份，根据身份识别获悉与网关的通信方式，1号扩展板与网关进行UART/USART串口通信，2号和3号扩展板与网关进行SPI通信。第一扩展板、第二扩展板、第三扩展板通过这些端口通信把所处理汇集的数据上发至集成处理器的数据处理模块并存储至数据缓存模块，由数据传输模块上传至网关，网关也可把指令通过集成处理器的数据传输模块下发给第一扩展板、第二扩展板、第三扩展板，并发至各个终端装置。

在本实用新型的一种实施例中，串口数据采集器为RS485和RS232组成的串口数据端口，通过隔离电路与集成处理器的UART/USART进行串口连接，串口数据采集器共有4路，如图5和图6所示，每路主要由TP8485和SP3232芯片组成，通过隔离电路与集成处理器UART/USART进行串口连接，如图7所示，在该装置中进行跳帽配置选择RS485或RS323类型进行通信，集成处理器把所得的串口数据汇集处理上传至网关或把网关所下发指令下传至对应的终端设备。

在本实用新型的一种实施例中，信号数据采集器为AI和DI采集端，信号数据采集器共8路，如图8所示每路主要由电阻和运算放大器搭建而成的电压/电流输入电阻组成，如图9所示，使用时可根据外部需求，进行跳帽配置选择，配置成AI(电压型/电流型)/DI输入电路，所采集到的模拟信号或数字信号通过分压稳定后会输入到集成处理器的ADC输入口，让集成处理器的数据处理模块进行分析处理然后通过数据传输模块上传至网关。

在本实用新型的一种实施例中，如图10蓄电池采集器为MCP3202与电阻和运算放大器所搭建而成的电压采集电路，共4路，所采集的电压通过分压电路后进入MCP3202，MCP3202把采样的数据通过SPI传给集成处理器的数据处理模块，集成处理器把所得的蓄电池电压数据处理汇集通过数据传输模块上传至网关。

在本实用新型的一种实施例中，烟感感应端共1路，如图11所示主要由感应电炉和电源控制电路构建而成，集成处理器可通过GPIO口控制烟感装置的电源和获取感应烟感装置的电平状态从而获悉烟感信息，集成处理器的数据传输模块可根据网关下发的指令控制烟感电源，也可将烟感信息通过集成树立起的数据处理模块处理并由数据传输模块上传至网关。

如图12所示，基于网关扩展端口装置的方法，包括如下步骤：

A1.设备注册；

A2.询问设备注册是否成功,

若是，则进入步骤A3,

若否，则进入步骤A1；

A3.查询固件是否需要更新，

若是，则进入步骤A4-1，

若否，则进入步骤A4-2；

A4-1.固件更新，并进入步骤A1；

A4-2.网关下发端口配置命令；

A5.根据配置命令配置各个端口；

A6.采集各个端口数据；

A7.判断数据类型是否为串口数据，

若是，则进入步骤A8-1，

若否，则进入步骤A8-2；

A8-1.串口数据处理，并进入步骤A9-1；

A8-2.AI、DI数据处理，烟感数据处理，蓄电池电压数据处理，并进入步骤A9-2；

A9-1.实时透传数据至网关；

A9-2.定时上送数据至网关；

A10.网关下发命令数据；

A11.判断数据是否需要转发，

若是，则进入步骤A12，

若否，则进入步骤A4-2；

A12.数据转发至终端设备，并进入步骤A6。

步骤A1.设备注册为一种端口扩展装置在线、离线处理的方法，包括如下步骤：

B1.发送注册指令；

B2.网关接收注册指令，询问是否应答注册，

若是，则进入步骤B3，

若否，则进入步骤B1；

B3.定时发送心跳；

B4检测网关是否应答心跳，

若是，则进入步骤B5，

若否，则进入步骤B3；

B5.检测心跳次数是否大于预设值，

若是，则进入步骤B3，

若否，则进入步骤B1。

端口扩展装置在线/离线处理流程如图13所示，步骤B5中的预设值可设定为5次，网关扩展端口装置板在上电后，会上发设备注册指令至网关登记设备信息，得到网关注册应答后即为在线状态，可进行网关扩展端口装置板正常工作。正常工作期间，网关扩展端口装置板会定期向网关上送心跳指令，让网关获悉网关扩展端口装置板在线情况，网关会应答心跳指令。若网关扩展端口装置板没有获取心跳应答达到5次后，自身判断为离线状态，网关扩展端口装置板停止正常工作，自动软件复位，重新发送注册指令，直至注册成功。扩展板可实时判断自身与网关通信情况，若通信不正常即为离线，扩展板判定自身为离线是可立刻进行软件复位，可修复扩展板因为软件错误而停止工作的问题，保证扩展板的可修复性。

步骤A8-2.AI、DI数据处理，烟感数据处理，蓄电池电压数据处理，并进入步骤9-2中的AI、DI数据处理为一种AI、DI数据处理的方法，包括如下步骤：

C1.DMA终端采集ADC数据，发送消息队列至AI/DI任务；

C2.判断通道是否配置，

若是，则进入步骤C3，

若否，则无操作；

C3.按照通道类型进行数据转换处理；

C4.定时上送时间；

C5.数据上传至网关。

AI/DI数据处理流程如图14所示，在使用前需通过跳帽设置采集通道类型(AI/DI)，其中AI采集通道还需通过跳帽设置电压型和电流型的AI采集通道。网关扩展端口装置板在网关注册成功后，网关会下发采集通道配置命令，配置通道类型，通道默认无配置。只有通道配置后才进行通道数据采集。通道采集是采集对应的ADC数据，是通过ADC的DMA中断采集数据然后传递至专门的AI/DI任务，AI/DI任务根据通道的配置进行对应的ADC数值处理转换成所需要的信息数据，汇集成数据包定时主动上送至网关。快速采集所配置的AI/DI数据，保证数据实时性；根据网关所下发的配置指令，对采集的数据进行对应换算；所采集的数据通过软件算法处理，可排除错误数据造成读值影响，保证AI/DI数据正确性。

步骤A8-2.AI、DI数据处理，烟感数据处理，蓄电池电压数据处理，并进入步骤9-2中的烟感数据处理为一种烟感数据处理的方法，包括如下步骤：

D1.网关下发烟感配置指令；

D2.判断烟感指令；

D3.采集烟感数据；

D4.定时上报数据，

判断是否达到上送数据时间，

若是，则上送数据，

若否，则不上送；

D5.发送烟感数据至网关。

烟感数据处理流程如图15所示，网关扩展端口装置板在网关注册成功后，网关会下发烟感模块工作指令，烟感模块默认不工作。网关扩展端口装置板可控制烟感模块电源，网关可通过指令下发让扩展板控制烟感模块的开启与关闭或复位动作，扩展板MCU通过DI获取烟感模块数据，所获得的数据定时上送至网关。快速采集烟感数据，保证数据实时性；可根据烟感类型进行配置，正确解析烟感数据。

步骤A8-1.串口数据处理，并进入步骤9-1中的串口数据处理为一种串口数据处理的方法，包括如下步骤：

E1.网关发送串口配置；

E2.根据配置指令初始化串口；

E3.串口中断接收数据；

E4.串口1、串口2、串口3、串口4接收完成一包数据；

E5.验证数据包格式是否正确，

若是，则进入步骤E6，

若否，则无操作；

E6.通过消息队列发送至串口任务；

E7.串口任务接收到数据包；

E8.串口任务上发数据包至网关；

E9.结束。

串口数据处理流程如图16所示，在使用前需通过跳帽设置串口通信类型(RS485/232)，网关扩展端口装置板在网关注册成功后，网关会下发串口配置命令，串口默认配置波特率9600，数据位为8，无校验位，停止位为1。MCU通过串口中断接收处理终端设备发送的数据包，识别接收完成完整的正确格式的数据包后，通过消息队列传递至串口任务，串口任务专门负责将各个串口所接收到的数据包透传至网关。1、解析端口的串口数据与网关数据，保证所透传的正确性。2、当各个端口串口数据量大时，扩展板可将串口数据或网关下发数据进行缓存，等待扩展板与网关通信接口空闲时将缓存的数据逐条上送，保证串口数据完整性。

本领域的技术人员可以明确，在不脱离本实用新型的总体精神以及构思的情形下，可以做出对于以上实施例的各种变型。其均落入本实用新型的保护范围之内。本实用新型的保护方案以本实用新型所附的权利要求书为准。

Claims (5)

1.一种网关扩展端口装置，其特征在于，包括：

集成处理器、第一扩展板、第二扩展板、第三扩展板，所述集成处理器分别与第一扩展板、第二扩展板、第三扩展板相连；

所述第一扩展板包括：

串口数据采集器，用于采集串口数据，并将所采集到的串口数据汇集到集成处理器，

信号数据采集器，用于采集信号数据，并将所采集到的模拟信号和或数字信号输入到集成处理器，

蓄电池采集器，用于采集电压数据，并将所采集的电压数据传输至集成处理器，

烟感感应器，用于采集烟雾数据并转化为电平信号，并将电平信号传输至集成处理器；

所述第二扩展板包括：串口数据采集器；

所述第三扩展板包括：信号数据采集器。

2.如权利要求1所述的一种网关扩展端口装置，其特征在于，所述集成处理模块包括：

数据处理模块：用于接收串口数据采集器、信号数据采集器、蓄电池采集器、烟感感应器的数据，并将数据处理成数据包发送至数据缓存模块，将网关下发的指令发生至对应的端口；

数据缓存模块：用于数据包的缓存；

数据传输模块：用于将数据包上传至网关，接收网关下发的指令；

扩展板识别模块：用于识别扩展板的身份。

3.如权利要求1所述的一种网关扩展端口装置，其特征在于，所述串口数据采集器为RS485和RS232组成的串口数据端口，通过隔离电路与集成处理器的UART/USART进行串口连接。

4.如权利要求1所述的一种网关扩展端口装置，其特征在于，所述信号数据采集器为AI和DI采集端。

5.如权利要求1所述的一种网关扩展端口装置，其特征在于，所述蓄电池采集器为MCP3202与电阻和运算放大器所搭建而成的电压采集电路。

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