多协议油机通信集线器及通信方法

多协议油机通信集线器及通信方法
【专利摘要】本发明涉及用于加油站加油装置的信息自动化管理领域，公开了一种多协议油机通信集线器，包括总线控制装置、同向总线驱动装置、反向总线驱动装置、光耦隔离装置、通信接口装置；其中，总线控制装置分别连接同向总线驱动装置以及反向总线驱动装置，同向总线驱动装置以及反向总线驱动装置与通信接口装置之间分别连接光耦隔离装置，亦公开了一种多协议油机通信方法。本发明的优点在于，电路结构简单，兼容性好，可以兼容现有的多种通信协议，具有较强的抗干扰能力，安全性高，具有较高的应用价值。
【专利说明】多协议油机通信集线器及通信方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于加油站加油装置的信息自动化领域，特别涉及一种多协议融合油机通信集线器装置以及一种多协议油机通信方法。
【背景技术】
[0002]石油是战略资源，关系国计民生和国防安全。随着中国油品零售行业的迅速发展，外资石油公司的积极涌入，加油站网络化管理的必要性和重要性日益突出。信息中心需要通过对实时信息的分析来确定石油化工企业的石化商品产量，并合理地为每个加油站或区域加油中心调配石化产品数量。由此不难看出石化企业信息化的重要性。
[0003]我国加油站的自动化管理相对发达国家来说起步较晚。虽然目前国内加油站数目繁多，但规模、技术装备、自动化程度、服务项目和服务水平都远不能满足市场的需求。
[0004]目前，国内加油站设备陈旧，自动化程度低，这些都严重影响了加油站管理水平的提高。由于不同加油站设备厂商之间的协议和接口不同，造成加油站管控设备与加油设备之间操作维护困难。每个厂商都有各自的设备协议，每当加油站进行设备更新时，设备的更换受制于生产厂商。不难看出，我国加油站信息化管理的瓶颈，一是缺少加油站信息化管理的定义和范围的规范；二是油机等管控设备的通信协议多样化且不开放，基础数据采集困难。其中，协议多样化和不开放从而导致的新老设备之间的不兼容是最大的难点。因此，有必要研制一种新型的可以兼容于多协议的通信装置。

【发明内容】

[0005]本发明针对现有技术中缺乏可以兼容多种不同的通信协议的通信装置的缺点，提供了一种多协议融合油机通信集线器，以及应用该多协议融合油机通信集线器的多协议油机通信方法。多协议融合油机通信集线器填补了现有技术缺乏可以兼容多种不同通信协议的通信装置的缺点，填补了目前的空白。进一步地，多协议油机通信方法则解决了对多种不同通信协议的兼容问题。
[0006]为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案:
[0007]多协议融合油机通信集线器，包括总线控制装置、同向总线驱动装置、反向总线驱动装置、光耦隔离装置、通信接口装置；其中，总线控制装置分别连接同向总线驱动装置以及反向总线驱动装置，同向总线驱动装置以及反向总线驱动装置与通信接口装置之间分别连接光耦隔离装置。
[0008]作为优选，还包括第一数据链路，第一数据链路包括相互连接的第一同向总线驱动装置以及光耦隔离装置，第一数据链路的两端分别连接总线控制装置以及通信接口装置。
[0009]作为优选，还包括第二数据链路，第二数据链路包括相互连接的第二同向总线驱动装置以及光耦隔离装置，第二数据链路的两端分别连接总线控制装置以及通信接口装置。[0010]作为优选，还包括信号控制装置，顺序连接的总线驱动装置、信号控制装置以及光耦隔离装置组成第二数据链路，总线驱动装置为反向总线驱动装置，或者为并联的第二同向总线驱动装置和反向总线驱动装置，第二数据链路的两端分别连接总线控制装置以及通信接口装置。
[0011]作为优选，所述通信接口装置包括任意一个或者多个的RS-232通信接口装置、RS-485通信接口装置、RS-422通信接口装置、两线电流环以及三线电流环。
[0012]应用上述的多协议融合油机通信集线器的多协议油机通信方法，包括以下具体步骤:
[0013]信号输出步骤:外接信号由总线控制装置输出至第一同向总线驱动装置，第一同向总线驱动装置用于增强电路的驱动能力并减少总线控制装置的负载率，第一同向总线驱动装置将信号输出至光耦隔离装置并通过光耦隔离装置将信号输送至通信接口装置；
[0014]信号输入步骤:通信接口装置将信号输出至光耦隔离装置并通过光耦隔离装置输出至第二同向总线驱动装置，第二同向总线驱动装置将信号返回总线控制装置，总线控制装置输出信号。
[0015]作为优选，所述信号输入步骤还包括以下具体步骤:当第二数据链路包括两线电流环时，两线电流环将信号输出至光耦隔离装置，光耦隔离装置先将信号输出至信号控制装置，信号控制装置将信号输入反向总线驱动装置。
[0016]本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果:
[0017]解决了设备间由于使用不同的通信协议造成的设备间兼容性不足的问题，电路结构简单，兼容性好，具有较好的向下兼容能力，可以兼容现有的或者新出现的通信协议；其次，本装置尚具有较高的抗干扰能力，安全性高；此外，本装置的电压电流参数可调以匹配各种不同厂家生产油机，使用功率小，信号泄露少，适用于加油站等特殊场合，具有较好的应用价值。
【专利附图】

【附图说明】
[0018]图1为多协议油机通信集线器的连接示意图。
[0019]图2为同向总线驱动装置的连接示意图。
[0020]图3为同向总线驱动装置的另一连接示意图。
[0021]图4为信号控制装置的连接示意图。
[0022]图5为反向总线驱动装置的连接示意图。
[0023]图6为RS-485通信接口装置以及RS-422通信接口装置的连接示意图。
[0024]图7为第二数据链路中光耦隔离装置的连接示意图。
[0025]图8为RS-232通信接口装置的连接示意图。
[0026]图9为通信接口装置的接口信号定义示意图。
【具体实施方式】
[0027]下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。
[0028]实施例1
[0029]多协议融合油机通信集线器，如图1-9所示，包括总线控制装置100、同向总线驱动装置200、反向总线驱动装置300、光耦隔离装置400、通信接口装置500 ;其中，同向总线驱动装置200为第一同向总线驱动装置201或者第二同向总线驱动装置202，总线控制装置100分别连接同向总线驱动装置200以及反向总线驱动装置300，同向总线驱动装置200以及反向总线驱动装置300与通信接口装置500之间分别连接光耦隔离装置400。可选地，同向总线驱动装置200采用型号为SN74LVTH245A的芯片，其中，图2表示了第一同向总线驱动装置201的电路连接图，图3则表示第二同向总线驱动装置202的电路连接示意图。反向总线驱动装置300采用型号为SN74LVTH540的芯片(其电路连接关系如图5所示)。
[0030]作为优选，还包括第一数据链路600，第一数据链路600包括相互连接的第一同向总线驱动装置201以及光耦隔离装置400，第一数据链路600的两端分别连接总线控制装置100以及通信接口装置500。
[0031 ] 进一步地，为了能够对通信接口装置500的不同的通讯接口进行选择，在光耦隔离装置400与通信接口装置500之间还串联有多路选择控制器1000。本实施例中，采用智能信号选择器来实现该多路选择控制器1000，所述的智能信号选择器利用51单片机系统作为控制器，由51单片机的P0.1?P0.5引脚输出的高低电平，通过按键或者其他方式来提供控制5种协议之间的选择与切换。每一种协议的选择可以通过一个控制开关来选择，所以用户可以根据切实的需求来选择所需的协议，同时相应的LED指示灯亮起提醒。
[0032]优选的，智能信号选择器由51单片机的P0.1引脚输出的高低电平，通过按键来提供控制5种协议之间的选择与切换。可以利用按键的次数来选择用户所需的协议，并且有相应的LED指示所选择的协议是否是用户所选择，便于用户进行选择。
[0033]作为优选，还包括第二数据链路700，第二数据链路700包括相互连接的第二同向总线驱动装置202以及光耦隔离装置400，第二数据链路700的两端分别连接总线控制装置100以及通信接口装置500。
[0034]作为优选，还包括信号控制装置900，顺序连接的总线驱动装置800、信号控制装置900以及光耦隔离装置400组成第二数据链路700，总线驱动装置800为反向总线驱动装置300，或者为并联的第二同向总线驱动装置202和反向总线驱动装置300，第二数据链路700的两端分别连接总线控制装置100以及通信接口装置500。可选地，如图4所示，信号控制装置900采用型号为SN74LVTH126的芯片。
[0035]作为优选，所述通信接口装置500包括任意一个或者多个的RS-232通信接口装置50URS-485通信接口装置502、RS-422通信接口装置503以及三线电流环505。
[0036]作为优选，所述通信接口装置500包括任意一个或者多个的RS-232通信接口装置501、RS-485通信接口装置502、RS-422通信接口装置503、两线电流环504以及三线电流环505。
[0037]可选地，RS-485通信接口装置502以及RS-422通信接口装置503采用SN65HVD179芯片，其工作电压为+5V。RS-485通信接口装置502以及RS-422通信接口装置503包括一个差分线路驱动器和差分输入线路接收器。差分线路驱动器和差分输入线路接收器都具有独立的输入和输出引脚用于全双工总线通信。SN65HVD179芯片不仅可以平衡传输线路，而且支持不同通信协议标准，如ANSI TIA/EIA-485A, TIA/EIA-422-B等。该芯片的差分总线驱动器和接收器是专为独立集成电路设计的，不需要外部使能信号。在多点总线传输线路上，其全双工双向数据通信的信令速率高达25Mbps。[0038]可选地，RS-232通信接口装置501采用SP3232EEA芯片，如图8所示，该芯片可以解决RS-232串口通信问题，常被用在便捷式或手持式设备中。其正常工作电压在+3.3V?+5V之间，只需要外接一个0.1 μ F电容，即可高效稳定地工作。对于人体模型和IEC1000-4-2空气放电测试方法，SP3232EEA芯片的ESD容忍性超过±15kV。同时，RS-232通信接口装置501还包括有一个低功率关闭模式，即在电源电流下降到小于I μ A时，芯片的驱动输出和电荷泵被禁用。
[0039]可选地，两线电流环504或者三线电流环505包括一个或者多个光耦、电容以及电阻。光f禹能实现电一光一电信号的转换，可以单向传输信号，输入端与输出端之间实现了完全电气隔离，抗干扰能力强，使用寿命长，传输效率高。上述光耦采用型号为PC817A的芯片，该芯片性能稳定，且电流传输比高达80%?160%。
[0040]上述首先信号都通过总线控制芯片XR16V598输出，为了减小总线控制芯片负载压力，在发送信号输出后又接了一个SN74LVTH245A芯片(即同向总线驱动装置200)，以增强电路的驱动能力。发送信号从光耦隔离装置400的2脚输入，通过ISOl光耦器件隔离，当接收信号返回的时候，连接到IS05光耦器件的2脚接收信号输入脚，经过光耦隔离之后，又接到SN74LVTH245A同向总线驱动装置，之后信号返回总线控制装置100。这里需要特别说明的是，当存在两线电流环504的时候，应该接到信号接到SN74LVTH540A(反向总线驱动装置300)。
[0041]经过光耦隔离装置400的隔离作用后，每个通信协议接口电路原理图都有所区别。
[0042]RS-232通信接口装置501直接连接到U7SP3232EEA器件的11脚发送信号输入端，同时接收信号通过U7SP3232EEA从12脚输出直接连接到IS05光耦器件的2脚接收信号输入脚。
[0043]RS-422直接连接到U2SN65HVD179发送信号输入2脚，接收信号通过U2SN65HVD179从3脚输出直接连接到IS05光耦器件的2脚接收信号输入脚。
[0044]RS-485是半双工两线制通信方式，而422是全双工三线制通信方式，可以将U2SN65HVD179外部电路自回环，加上前面使用SN74LVTH126作为控制信号，可以将自回环的信号阻断，从而保证信号线上只有发送信号或者接收信号存在。
[0045]两线电流环在发送信号经过光耦隔离之后，如图6所示，需要使用型号为S8050的三极管U36进行反向(满足加油机接口需要反向信号的条件)，同时需要控制信号控制装置900对自回环的信号进行阻断处理。而三线电流环并不需要这样的反向处理和信号的阻断处理。
[0046]上述五种通信协议接口装置的发送信号和接收信号都经过光耦隔离处理，具有传输信号高稳定性的功能。光耦的主要优点是:信号单向传输，输入端与输出端完全实现了电气隔离，输出信号对输入端无光耦影响，抗干扰能力强，工作稳定，无触点，使用寿命长，传输效率高。
[0047]本实施例还具有防雷电功能。瞬态二极管(即1N4004SMD)在防雷电中的工作原理——齐纳击穿，瞬态电压抑制二极管多用于开关电源，尤其是单端反激开关电源，在开关晶体管关断的瞬间由于电磁感应会产生一个很强的反向峰值电压，如果不加限制会击穿开关晶体管，且这个反向峰值电压持续时间很小，峰值电压高，但所含能量不大，所以用瞬态电压抑制二极管来释放掉这个电压尖峰，保护开关晶体管，从而保证了在恶劣环境下产品的稳定性。
[0048]应用上述的多协议融合油机通信集线器的多协议油机通信方法，包括以下具体步骤:
[0049]信号输出步骤:外接信号由总线控制装置100输出至第一同向总线驱动装置201，第一同向总线驱动装置201用于增强电路的驱动能力并减少总线控制装置100的负载率，第一同向总线驱动装置201将信号输出至光耦隔离装置400并通过光耦隔离装置400将信号输送至通信接口装置500;
[0050]信号输入步骤:通信接口装置500将信号输出至光耦隔离装置400并通过光耦隔离装置400输出至第二同向总线驱动装置202，第二同向总线驱动装置202将信号返回总线控制装置100，总线控制装置100输出信号。
[0051]作为优选，所述信号输入步骤还包括以下具体步骤:当第二数据链路700包括两线电流环504时，两线电流环将信号输出至光耦隔离装置400，如图7所示，光耦隔离装置400先将信号输出至信号控制装置900，信号控制装置900将信号输入反向总线驱动装置300。
[0052]上述多协议融合油机通信集线器还包括一种可以用于油机接口 RJ45的油机接口信号定义，用于在五种通信接口协议中进行转换，如图9所示。上述油机接口信号定义可以兼容RS-232、RS-485、RS-422、CL2和CL3五种通信接口协议。其中，RJ45的引脚5接GND信号，引脚8接电源信号，引脚I和4悬空，不接任何信号，其它4个引脚根据转换协议的不同进行不同的接法切换。优选地，还提供了一种较佳的油机接口信号定义，包括，油机接口RJ45的4、6引脚分别连接RS-232通信接口装置501的T端以及R端，油机接口 RJ45的2、
3、6、7号引脚依次与RS-422通信接口装置503的Y、Z、A、B端连接，油机接口 RJ45的2、3、
6、7号引脚依次与RS-485通信接口装置502的A、B、A、B端连接，油机接口 RJ45的2、6号引脚分别与两线电流环的。
[0053]总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。
【权利要求】
1.一种多协议融合油机通信集线器，其特征在于，包括总线控制装置(100)、同向总线驱动装置(200)、反向总线驱动装置(300)、光耦隔离装置(400)、通信接口装置(500);其中，总线控制装置(100)分别连接同向总线驱动装置(200)以及反向总线驱动装置(300)，同向总线驱动装置(200)以及反向总线驱动装置(300)与通信接口装置(500)之间分别连接光耦隔离装置(400)。
2.根据权利要求1所述的多协议融合油机通信集线器，其特征在于，还包括第一数据链路(600)，第一数据链路(600)包括相互连接的第一同向总线驱动装置(201)以及光耦隔离装置(400)，第一数据链路(600)的两端分别连接总线控制装置(100)以及通信接口装置(500)。
3.根据权利要求1所述的多协议融合油机通信集线器，其特征在于，还包括第二数据链路(700)，第二数据链路(700)包括相互连接的第二同向总线驱动装置(202)以及光耦隔离装置(400)，第二数据链路(700)的两端分别连接总线控制装置(100)以及通信接口装置(500)。
4.根据权利要求1所述的多协议融合油机通信集线器，其特征在于，还包括信号控制装置(900)，顺序连接的总线驱动装置(800)、信号控制装置(900)以及光耦隔离装置(400)组成第二数据链路(700)，总线驱动装置(800)为反向总线驱动装置(300)，或者为并联的第二同向总线驱动装置(202)和反向总线驱动装置(300)，第二数据链路(700)的两端分别连接总线控制装置(100)以及通信接口装置(500)。
5.根据权利要求1-3任一所述的多协议融合油机通信集线器，其特征在于，所述通信接口装置(500)包括任意一个或者多个的RS-232通信接口装置(501)、RS-485通信接口装置(502 )、RS-422通信接口装置(503 )以及三线电流环(505 )。
6.根据权利要求1_2、4任一所述的多协议融合油机通信集线器，其特征在于，所述通信接口装置(500)包括任意一个或者多个的RS-232通信接口装置(501)、RS-485通信接口装置(502 )、RS-422通信接口装置(503 )、两线电流环(504 )以及三线电流环(505 )。
7.一种应用上述权利要求1-6任一所述的多协议融合油机通信集线器的多协议油机通信方法，其特征在于，包括以下具体步骤: 信号输出步骤:外接信号由总线控制装置(100)输出至第一同向总线驱动装置(201)，第一同向总线驱动装置(201)用于增强电路的驱动能力并减少总线控制装置(100)的负载率，第一同向总线驱动装置(201)将信号输出至光耦隔离装置(400)并通过光耦隔离装置(400 )将信号输送至通信接口装置(500 ); 信号输入步骤:通信接口装置(500)将信号输出至光耦隔离装置(400)并通过光耦隔离装置(400)输出至第二同向总线驱动装置(202)，第二同向总线驱动装置(202)将信号返回总线控制装置(100)，总线控制装置(100)输出信号。
8.根据权利要求7所述的多协议油机通信方法，其特征在于，所述信号输入步骤还包括以下具体步骤:当第二数据链路(700)包括两线电流环(504)时，两线电流环将信号输出至光耦隔离装置(400)，光耦隔离装置(400)先将信号输出至信号控制装置(900)，信号控制装置(900 )将信号输入反向总线驱动装置(300 )。
【文档编号】H04L29/06GK103885357SQ201310740047
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2013年12月26日 优先权日:2013年12月26日
【发明者】蒋晓宁, 蒋献 申请人:浙江工商大学