专利名称：多接口通讯协议转换器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于一种工业控制自动化远程监控计算机(简称上位机) 与若干种不同通讯协议标准下的现场被监控智能仪表或智能设备(简称下 位机)进行数据通讯的通讯协议转换装置，具体涉及一种多接口通讯协议 转换器背景技术当前，随着工业控制自动化技术的快速发展，计算机通讯技术及具有 远程通讯功能的智能仪表、智能设备在工业生产过程中得到广泛应用，对 于工业生产过程起到了越来越重要的作用。运用控制理论、仪器仪表、计 算机和其它信息技术，建立实时监控系统，通过对工业生产过程实现检测、 控制、优化、调度、管理和决策，从而达到增加产量、提高质量、降低消 耗、确保安全等目的。由于计算机、控制、通讯技术的发展，过程控制系统已发展到现场总线控制系统FCS (Fieldbus Control System)阶段。FCS可以将控制彻底分散 到现场设备中。基于现场总线控制系统FCS是全分散、全数字化、全开放 和可互操作的新一代生产过程自动化系统，它将取代现场一对一的4-20mA 模拟信号线，给传统工业自动化控制系统体系结构带来革命性的变化。由FCS组成的监控系统，需要大量采用数字化的具有远程通讯功能的 智能仪表或智能设备，这些智能仪表或智能设备必须以某种标准的通讯协 议与远程监控计算机进行通讯。由于目前存在多种现场总线协议标准，智能仪表或设备相应采用了多 种不同的协议标准，统一总线协议标准还需要时间。因此，当进行系统监 控时，就会遇到系统中有多种采用了不同的协议标准的智能仪表或设备需 要同时与监控计算机进行通讯。一般情况下，计算机采用串行口通讯时， 一个串行口只能与一种通讯 协议(即一种总线协议)下的设备进行通讯，这就意味着一台监控计算机 必须有若干个串行口同时与相应总线协议标准设备进行通讯。由于工业控制计算机一般情况下只配有两个串行口，因此，传统情况 下，硬件上多采用在工业控制计算机内插入多串口卡、软件上利用各种软 件平台根据不同通讯协议进行驱动程序开发，从而达到数据通讯的目的。但是，现有技术的在"上位计算机(工业计算机)+多串口卡+驱动程序"这种通讯模式下，监控系统存在以下问题(l)系统稳定性较差；(2)计算机串行口资源紧张；(3)计算机CPU 负担过重，监控系统实时性大大降低；(4)监控数据可能丢失；(5)数 据安全性无法保障；(6)多串口卡采用计算机总线插卡式，容易受震动等 因素影响，造成系统不稳定。 发明内容本实用新型是为了克服现有技术存在的缺点而提出的，其目的是提供 一种远程监控计算机与具有不同通讯协议的多种现场智能仪表或智能设备 之间进行通讯的多接口通讯协议转换器。本实用新型的技术方案是 一种多接口通讯协议转换器，包括输出接 口、微处理器、存储器、输入接口。输出接口与上位监控计算机连接，输出接口同时与微处理器连接，微 处理器分别与存储器和输入接口连接，输入接口和多种现场智能设备连接。输出接口配置成模块化的RS-485接口或者以太网接口。 微处理器选择16 32位微处理器。存储器包括程序存储器FLASH、数据存储器SRAM和大容量数据缓冲存 储器FLASH 。输入接口配置成模块化的RS-232/ RS-485/RS-422串行接口，或者模 块化的CAN总线接口。输入接口通过SPI或IIC扩展成GPIB的通讯接口 。本装置具有通讯实时性高、数据传输安全性高、接口组态灵活、抗干 扰能力强、可以在环境恶劣、密闭的环境下长时间运行等优点，另外，具 有数据缓存等防止数据丢失等功能。
图1是本实用新型多接口通讯协议转换器原理框图。 其中1上位监控计算机 2输出接口3微处理器 4存储器5输入接口 6现场智能设备具体实施方式
下面，参照附图和实施例对本实用新型的多接口通讯协议转换器进行详细说明如图1所示，本实用新型的多接口通讯协议转换器，包括输出接口2、 微处理器3、存储器4和输入接口5。其中输出接口 2作为唯一的数据输出接口，与上位监控计算机1连接、进行通讯，通过选择合适的外围电路，如RS-485转换芯片，与微处理器3 连接，使输出接口可以配置成模块化的RS-485接口或以太网接口。由于只有一个数据接口与上位计算机进行通讯，计算机使用接口数量 大大减少，通讯轮巡间隔时间大大减少，通讯速度大大提高，同时解决了 计算机串口资源紧张问题。微处理器3是多接口通讯协议转换器核心部件，可将采集的数据根据 具体通讯协议进行运算处理，然后打包、加密后一次性传递给上位计算机， 减轻了上位监控计算机1的CPU管理各种通信接口和处理各种协议的负担， 提高数据传输效率，同时提高监控系统实时性能。多接口通讯协议转换器在进行数据打包时可采用适当的加密算法(如 AES对称加密算法)，实现数据加密功能。虽然加密算法是公开的，但是所 采用的"密钥"可以保密，"密钥"在使用前重新设定，存放于FLASH中。 数据经过上述加密算法后，再进行数据传递，解决了数据通讯的保密性、 安全性问题。因为加密需要较大的运算量，可选择16 32位微处理器。存储器4包括程序存储器FLASH、数据存储器SRAM、数据缓存FLASH， 其中程序存储器FLASH用来存储微处理器要运行的程序，数据存储器为随 机存储器SRAM，程序运行过程中用来暂存中间结果等。数据缓存FLASH (大容量)用来缓存采集的数据，当上位机通信中断时， 采集的数据保存在数据缓存中，当通信恢复后，再将缓存中保存的数据上 传。因此，本实用新型具有数据缓存功能，解决了数据丢失问题。输入接口 5作为多接口通讯协议转换器的数据输入接口，与若干种现 场智能设备6连接、进行通讯，采集智能设备数据或对智能设备进行远程 控制。多接口通讯协议转换器可以设置若干输入接口，采用可配置的模块化 结构，数量可以根据实际情况增删，接口配置为RS-232/ RS-485/RS-422 串行接口、 CAN总线接口。如果处理器系统中相应的接口数量不够或需要其他类型的通信接口 时，通过SPI或IIC来扩展。例如，当多个现场智能设备需用RS232进行通信时，用SPI-UART转换 IC MAX3100加RS232电平转换ICMAX232构成RS232接口扩展模块，扩展 RS232接口。此外也可以用带SPI或IIC接口的单片机构成扩展模块，扩展其他类 型的接口，如GPIB、 One-Wire以及4-20mA ， 0-5V等模拟量输入接口 。 现场智能设备6可以是测量温度、湿度、压力、流量等参数并可与上位机通讯的智能仪表或专用智能设备。 本实用新型的有益效果本实用新型具有通讯实时性高、数据传输安全性高、接口组态灵活、 抗干扰能力强、可以在环境恶劣、密闭的环境下长时间运行等优点，另外， 具有数据缓存等防止数据丢失等功能。另外，本实用新型采用了集成化的电路设计，将各种接口直接通过硬 件设计电路来实现，取代了传统工业计算机的"插卡"式设计结构，满足 了工业环境下的震动和冲击的设计要求。
权利要求1. 一种多接口通讯协议转换器，包括输出接口(2)、微处理器(3)、存储器(4)、输入接口(5)，其特征在于输出接口(2)与上位监控计算机(1)连接，输出接口(2)同时与微处理器(3)连接，微处理器(3)分别与存储器(4)和输入接口(5)连接，输入接口(5)和多种现场智能设备(6)连接。
2、 根据权利要求l所述的多接口通讯协议转换器，其特征在于输出 接口 (2)配置成模块化的RS-485接口或者以太网接口。
3、 根据权利要求l所述的多接口通讯协议转换器，其特征在于微处 理器(3)选择16 32位微处理器。
4 、根据权利要求1所述的多接口通讯协议转换器，其特征在于存 储器(4)包含程序存储器FLASH、数据存储器SRAM和大容量数据缓冲存储 器FLASH。
5、 根据权利要求l所述的多接口通讯协议转换器，其特征在于输入 接口 (5)配置成模块化的RS-232/ RS-485/RS-422串行接口，或者模块化的CAN总线接口。
6、 根据权利要求l所述的多接口通讯协议转换器，其特征在于输入接口 (5)通过SPI或IIC扩展成GPIB的模拟量输入接口。
专利摘要本实用新型公开了一种多接口通讯协议转换器，包括输出接口、微处理器、存储器、输入接口等组成的嵌入式微机系统，把硬件上可以是多种不同类型的通讯接口、具有不同通讯协议标准的现场智能设备，经过本装置的运算处理、转换，可以直接以一个通讯接口、一种统一的通讯协议与上位监控计算机进行通讯。本装置具有通讯实时性高、数据传输安全性高、接口组态灵活、抗干扰能力强、能够在环境恶劣、密闭的环境下长时间运行等优点；另外，还具有数据缓存等防止数据丢失等功能。
文档编号H04L29/06GK201118640SQ20072009682
公开日2008年9月17日 申请日期2007年7月20日 优先权日2007年7月20日
发明者但勇军, 杨文喜, 薛艳艳, 郭文成 申请人:核工业理化工程研究院