一种用于矿灯充电集群管理的通信系统及通信方法与流程

本发明涉及矿灯通信技术领域，具体是一种用于矿灯充电集群管理的通信系统及通信方法。

背景技术：

我国大多数煤矿企业对于矿灯的管理，缺乏一个科学稳定的监测管理系统，信息化水平相对较低。煤矿的矿灯超市往往存在上千个，甚至上万个矿工的矿灯需要充电管理，矿灯监测量大，需要传输的数据量大。目前的矿灯监测系统大多采用单一的总线方式传输矿灯充电柜的相关数据信息。这种方式数据传输速率低，误码率高，并且布线冗杂困难，存在通信线路老化难以定位故障点的风险。难以保证充电柜数据信息收发的准确性和稳定性。因此利用智能化、自动化、分层设计的思想设计充电柜通信管理系统，提高煤矿的管理效率，保障煤矿的生产安全意义重大。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术的不足，而提供一种用于矿灯充电集群管理的通信系统及通信方法，该系统管理效率高，层次分明，数据传输速率快，该通信方法数据传输数据速率高，误码率低，矿灯发生故障后通讯失败、故障点易定位。

实现本发明目的的技术方案是：

一种用于矿灯充电集群管理的通信系统，包括监控终端、服务器、一级交换机、二级交换机、柜架控制单元和柜门充电单元；所述的监控终端、服务器和一级交换机依次连接；所述的一级交换机分别与n个二级交换机连接；所述的每个二级交换机分别与n个柜架控制单元连接；所述的每个柜架控制单元分别与100个柜门充电单元连接。

所述的柜门充电单元，通过rs485总线与柜架控制单元连接。

所述的rs485总线，采用基于modbus协议的rs485通信协议进行通信。

一种用于矿灯充电集群管理的通信系统的通信方法，具体包括如下步骤：

1)检查通信系统的线路是否连接正确，服务器、各级交换机、柜门充电单元、柜架控制单元接通电源；

2)对服务器、各级交换机、柜架控制单元和柜门充电单元进行初始化操作；

3)服务器通过一级交换机和二级交换机，下发含有柜架控制单元ip地址和柜门充电单元id的tcp信息帧；

4)每个柜架控制单元均接受该条tcp信息帧，并将本地ip地址和接收的ip进行比对，若一致，则接收本条帧，跳至步骤5；否则丢弃，再次执行步骤4；

5)柜架控制单元将接收到的tcp信息帧进行解析，封装成rs485帧格式的rs485信息帧，向100个柜门充电单元轮询下发该条rs485信息帧；

6)每个柜门充电单元均接收该条rs485信息帧，并将本地柜号id和接收的id进行比对，如果一致则接收本条帧，跳至步骤7；否则丢弃，再次执行步骤6；

7)柜门充电单元将接收到的rs485信息帧进行解析，提取出主帧功能码、子帧功能码和对应的数据位，执行相应的操作；生成回复帧，发送给柜架控制单元；

8)柜架控制单元将接收到的回复帧封装成tcp帧格式，通过二级交换机和一级交换机上发至服务器；

9)服务器接收到本条回复帧后，确认本轮信息下发执行成功，否则跳至步骤3，重复执行本轮操作；

10)当服务器检测到该条信息帧下发3次后仍未接收到回复帧，则放弃本轮操作，继续下发下一条信息帧。

步骤7)中，所述的柜门充电单元将接收到的rs485信息帧进行解析，具体步骤如下：

7-1)检测接收到的rs485信息帧；

7-2)去除rs485信息帧中帧尾2个字节的crc校验位，并对之前的数据位进行crc计算，得到的crc校验码与接收的crc校验码进行比对，若一致则调至步骤7-4)；否则跳至步骤7-3)，并且校验错误计数rec_error_cnt进行加1操作；

7-3)检测rec_error_cnt值是否大于等于5，如果是，rec_error_cnt清零，并且液晶显示“通讯故障”；

7-4)去除帧头和crc校验位后，获取中间数据数组rs485_data，判断rs485_data[0]是否等于本地柜号id，如果一致则跳至步骤7-5)，否则丢弃该数据帧，回到步骤7-1)；

7-5)判断主帧功能码，并定位第一个子帧功能码的位置i＝4；

7-6)判断i是否小于等于(rs485_data[2]<<8|rs485_data[3])，即判断次数小于主帧长度，如果是，跳至步骤7；否则则判断为该帧处理完毕，跳至步骤8)；

7-7)令fuc_lengh＝rs485_data[i+1]<<8|rs485_data[i+2]，得到此时定位功能码对应的数据长度，判断功能码对应的功能，执行相应操作并生成相应的回复帧；

7-8)令i＝i+fuc_lengh+3跳到下一个功能码位置，调回步骤7-6)；

7-9)向柜架控制单元发送回复帧。

所述的服务器，定期向柜门充电单元下发信息，用于更新柜门充电单元和检测柜门充电单元的的是否发生故障。

有益效果：本发明提供了一种用于矿灯充电集群管理的通信系统及通信方法，该系统的每个矿灯充电柜的充电单元负责采集矿灯的充电状态和接收服务器下发的人员信息显示在液晶屏上，每个柜门充电单元将采集的充电状态通过rs485总线发送至柜架控制单元，柜架控制单元汇总100个柜门充电单元的充电状态通过网线发送至二级号交换机，二级交换机输出的网线连接到一级交换机，再通过网线将数据传输至服务器，监控器实时获取服务器的数据，进行显示和汇总。服务器下发人员信息至充电单元正好是逆过程，服务器将封装好的含有ip地址的数据帧下发至柜架的控制单元，只有ip地址相符的充电柜架才会接收此条信息帧。控制单元进行去帧头的处理后将含有柜号id的数据帧下发给充电单元，只有柜号id相符的充电单元才会接收此条数据帧。充电单元进行帧解析的操作，通过接收算法识别多种功能码后，执行对应的功能操作。通过此通信方法，有效提升了大批量数据收发的通信速率，信息传输的误码率低，保障了数据的可靠传输。再加上数据校验和通讯故障报警机制，可以快速的定位通信故障的节点，可为煤矿井下安全提供坚实的保障，可以满足煤矿现代化信息管理的需求。

附图说明

图1为一种用于矿灯充电集群管理的通信系统的结构框图；

图2为rs485信息帧解析的流程图；

图3为服务器下发消息的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步阐述，但不是对本发明在的限定。

实施例：

如图1所示，一种用于矿灯充电集群管理的通信系统，包括监控终端、服务器、一级交换机、二级交换机、柜架控制单元和柜门充电单元；所述的监控终端、服务器和一级交换机依次连接；所述的一级交换机分别与n个二级交换机连接；所述的每个二级交换机分别与n个柜架控制单元连接；所述的每个柜架控制单元分别与100个柜门充电单元连接。

所述的柜门充电单元，通过rs485总线与柜架控制单元连接。

所述的rs485总线，采用基于modbus协议的rs485通信协议进行通信，如下表1所示，该协议的字节数根据子帧功能码的数量可任意调节，从第一字节到第13字节分别是帧头(0xfc)、地址码即柜号id(1-100)、主帧功能码、主帧数据长度(2个字节)、子帧功能码1、子帧数据长度(2个字节)、子帧数据位(不定，根据应用需求填充)、子帧功能码2、子帧数据长度(2个字节)、子帧数据位(不定，根据应用需求填充)……crc检验，其中一个rs485帧只含有一个主帧功能码，代表下发信息的类别，是人员照片还是其他信息(除人员照片外的其他信息)。主帧数据长度是指此后所有子帧有关的数据位长度(包括子帧功能码、子帧数据长度、子帧数据位)。

表1

一种用于矿灯充电集群管理的通信系统的通信方法，具体包括如下步骤：

1)检查通信系统的线路是否连接正确，服务器、各级交换机、柜门充电单元、柜架控制单元接通电源；

2)对服务器、各级交换机、柜架控制单元和柜门充电单元进行初始化操作；

3)服务器通过一级交换机和二级交换机，下发含有柜架控制单元ip地址和柜门充电单元id的tcp信息帧；

4)每个柜架控制单元均接受该条tcp信息帧，并将本地ip地址和接收的ip进行比对，若一致，则接收本条帧，跳至步骤5；否则丢弃，再次执行步骤4；

5)柜架控制单元将接收到的tcp信息帧进行解析，封装成rs485帧格式的rs485信息帧，向100个柜门充电单元轮询下发该条rs485信息帧；

6)每个柜门充电单元均接收该条rs485信息帧，并将本地柜号id和接收的id进行比对，如果一致则接收本条帧，跳至步骤7；否则丢弃，再次执行步骤6；

7)柜门充电单元将接收到的rs485信息帧进行解析，提取出主帧功能码、子帧功能码和对应的数据位，执行相应的操作；生成回复帧，发送给柜架控制单元；

8)柜架控制单元将接收到的回复帧封装成tcp帧格式，通过二级交换机和一级交换机上发至服务器；

9)服务器接收到本条回复帧后，确认本轮信息下发执行成功，否则跳至步骤3，重复执行本轮操作；

10)当服务器检测到该条信息帧下发3次后仍未接收到回复帧，则放弃本轮操作，继续下发下一条信息帧。

如图2所示，步骤7)中，所述的柜门充电单元将接收到的rs485信息帧进行解析，具体步骤如下：

7-1)检测接收到的rs485信息帧；

7-2)去除rs485信息帧中帧尾2个字节的crc校验位，并对之前的数据位进行crc计算，得到的crc校验码与接收的crc校验码进行比对，若一致则调至步骤7-4)；否则跳至步骤7-3)，并且校验错误计数rec_error_cnt进行加1操作；

7-3)检测rec_error_cnt值是否大于等于5，如果是，rec_error_cnt清零，并且液晶显示“通讯故障”；

7-4)去除帧头和crc校验位后，获取中间数据数组rs485_data，判断rs485_data[0]是否等于本地柜号id，如果一致则跳至步骤7-5)，否则丢弃该数据帧，回到步骤7-1)；

7-5)判断主帧功能码，并定位第一个子帧功能码的位置i＝4；

7-6)判断i是否小于等于(rs485_data[2]<<8|rs485_data[3])，即判断次数小于主帧长度，如果是，跳至步骤7；否则则判断为该帧处理完毕，跳至步骤8)；

7-7)令fuc_lengh＝rs485_data[i+1]<<8|rs485_data[i+2]，得到此时定位功能码对应的数据长度，判断功能码对应的功能，执行相应操作并生成相应的回复帧；

7-8)令i＝i+fuc_lengh+3跳到下一个功能码位置，调回步骤7-6)；

7-9)向柜架控制单元发送回复帧。

所述的服务器，定期向柜门充电单元下发信息，用于更新柜门充电单元和检测柜门充电单元的的是否发生故障。

如图3所示，服务器下发消息，首先系统初始化。获取充电状态(主帧功能码0x10，子帧功能码0x10)，远程开锁(主帧功能码0x10，子帧功能码0x11)，清除所有信息(主帧功能码0x10，子帧功能码0x12)，更新清除卡号(主帧功能码0x10，子帧功能码0x13)，下发剩余充电次数信息(主帧功能码0x10，子帧功能码0x14)，更新柜号(主帧功能码0x10，子帧功能码0x15)，更新姓名(主帧功能码0x10，子帧功能码0x16)、更新单位(主帧功能码0x10，子帧功能码0x17)、更新员工卡号(主帧功能码0x10，子帧功能码0x18)，更新人员照片信息(主帧功能码0x20，子帧功能码0x10～0x3f)；相对应的回复功能码为获取充电状态(回复功能位0x20+0x10)，远程开锁(回复功能位0x20+0x11)，清除所有信息(回复功能位0x20+0x12)，更新清除卡号(回复功能位0x20+0x13)，下发剩余充电次数信息(回复功能位0x20+0x14)，更新柜号(回复功能位0x20+0x15)，更新姓名(回复功能位0x20+0x16)、更新单位(回复功能位0x20+0x17)、更新员工卡号(回复功能位0x20+0x18)，更新人员照片信息(回复功能位0x21+0x10～0x3f)。

以服务器更新姓名为例介绍，姓名的主帧功能码0x10,子帧功能码0x16，服务器将此功能码装入封装好的tcp帧中传输至柜架控制单元，柜架控制单元将tcp帧转化为rs485帧传输至充电单元，充电单元收到此功能码，进行姓名更新，并将功能码0x20+0x10装入封装好的rs485帧中传输至柜架控制单元，柜架控制单元将rs485帧转化为tcp帧传输至服务器。若柜门充电单元5s内没有收到此帧或服务器没有收到功能码为0x20+0x10的回复帧，则服务器会再次发送此更新消息，最多发送3次，3次不回复服务器将此柜门充电单元标记为故障。