基于SPI网络隔离的能源监测系统的制作方法

本实用新型涉及网络隔离技术领域，特别涉及基于SPI网络隔离的能源监测系统。

背景技术：

能源是我国经济和社会发展的一项长远战略方针，也是当前一项极为紧迫的任务。目前，我国重点用能单位企业越来越多，消耗的能源占全国能源消耗的比重越来越大，因此有必要对重点用能单位企业实施数据监控；把企业内部的能源消耗数据经过隔离后传输到云平台，而网络隔离模块扮演了关键的角色。目前具备网络隔离模块的产品其内、外网数据的传输通常采用的是高速双向隔离传输，采用的是FPGA技术，这样内外网的控制台一般采用的是工控主板可PC机，这样实现成本将大大提高，开发难度将大大增大。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于，避免上述现有技术中的不足之处而提供一种开发难度和实现成本相对较低的基于SPI网络隔离的能源监测系统，系统的处理器。

为实现上述目的，本实用新型提供基于SPI网络隔离的能源监测系统，包括依次连接的内网模块、SPI网络隔离模块、外网模块，所述内网模块包括数据采集系统和连接到所述SPI网络隔离模块的用于发出所述数据采集系统采集的数据的发送系统，所述SPI网络隔离模块与所述外网模块通信从而实现数据传输，所述外网模块包括用于接收SPI网络隔离模块传输过来的数据的接收模块、数据处理模块和把数据处理模块处理后的数据上传到云平台的数据上传模块。

其中，所述SPI网络隔离模块是型号为MB85RS2MT的通信芯片。

其中，所述内网模块和SPI网络隔离模块之间、所述外网模块和SPI网络隔离模块之间分别连接有用于控制其通信连接或断开的电子开关。

其中，所述电子开关是型号为74CBTLV3126的4路转换开关。

其中，所述SPI网络隔离模块包括导通方向相反的两个光耦合器，这两个光耦合器都独立连接在SPI网络隔离模块的输入端和输出端之间。

其中，所述光耦合器是型号为6N137的高速光耦合器。

其中，所述数据处理模块包括用于接收SPI网络隔离模块传输过来的数据，对接收的数据进行解密后传输给数据上传模块的数据解密模块。

有益效果：该基于SPI网络隔离的能源监测系统包括依次连接的内网模块、SPI网络隔离模块、外网模块，内网模块、SPI网络隔离模块、外网模块的控制芯片可提供给程序员编程，从而实现能源数据的采集、传输和上传。内网模块实现对重点用能单位、企业的能源数据采集，采集到的数据经SPI网络隔离模块后由外网模块上传至云平台；内网、外网各自运行独立的操作系统和应用程序，内、外网是独立自治的二个安全域，其SPI网络隔离模块主要实现内网与外网数据的安全隔离。内外网的控制台采用低功耗的嵌入式模块，内、外网的数据通过安全隔离区采用SPI网络隔离模块，其开发成本及其开发难度都大大降低。

附图说明

图1是基于SPI网络隔离的能源监测系统的框架示意图。

图2是基于SPI网络隔离的能源监测系统的通信结构示意图。

图3是基于SPI网络隔离的能源监测系统的SPI网络隔离模块的通信芯片电路示意图。

图4是基于SPI网络隔离的能源监测系统的外网模块和SPI网络隔离模块之间电子开关的电路图。

图5是基于SPI网络隔离的能源监测系统的内网模块和SPI网络隔离模块之间电子开关的电路图。

图6是基于SPI网络隔离的能源监测系统的光耦合器连接结构示意图。

具体实施方式

结合以下实施例对本实用新型作进一步描述。

如图1和2所示，该基于SPI网络隔离的能源监测系统，包括依次连接的内网模块、SPI网络隔离模块、外网模块，内网模块包括数据采集系统和连接到SPI网络隔离模块的用于发出数据采集系统采集的数据的发送系统，SPI网络隔离模块与外网模块通信从而实现数据传输，外网模块包括用于接收SPI网络隔离模块传输过来的数据的接收模块、数据处理模块和把数据处理模块处理后的数据上传到云平台的数据上传模块。具体的，内网模块部份负责与重点用能单位企业的数据采集，包含各类智能仪表数据及各类能源系统的数据采集；SPI网络隔离模块是如图3所示的型号为MB85RS2MT的通信芯片，负责把内网采集的数据经过网络隔离后传输至外网模块，其数据处理模块的数据解密模块用于接收SPI网络隔离模块传输过来的数据，对接收的数据进行解密后传输给外网模块的数据上传模块；外网模块负责实现把内网传输过来的数据进行解密，由其数据上传模块上传至云平台。

其中，内网模块和SPI网络隔离模块之间连接有如图4所示的用于控制其通信连通或断开的电子开关U11；外网模块和SPI网络隔离模块之间连接有如图5所示的用于控制其通信连通或断开的电子开关U10。电子开关U10和电子开关U11都是型号为74CBTLV3126的4路转换开关。电子开关U11的

其中，如图6所示，SPI网络隔离模块包括导通方向相反的两个光耦合器，这两个光耦合器都独立连接在SPI网络隔离模块的输入端和输出端之间。光耦合器是型号为6N137的高速光耦合器。光耦隔离器件是单方向的通道，其工作方式是发送光电管把电信号转换成光信号，并通过透明的绝缘材料传送光信号，接收方光电管将光信号转换为电信号，数据为单方向传输。6N137是一款用于单通道的高速光耦合器，其内部有一个850nm波长AlGaAsLED和一个集成检测器，该检测器由一个光敏二极管、高增益线性运放及一个肖特基钳位的集电极开路三极管组成，具有温度、电流和电压补偿功能，高的输入输出隔离，LSTTL/TTL兼容，高速(典型为10MBd),5mA的极小输入电流，其转换速率高达10MBit/s，适合用于单向、快速数据传输系统中。

该基于SPI网络隔离的能源监测系统采用的是低功耗CPU，其中，内外网模块的CPU采用的是意法半导体公司的STM32F4，其具备3个SPI接口，其SPI的工作模式可自由定义；SPI网络隔离模块采用的是如图3所示的富士通半导体的MB85RS2MT芯片，其工作电压为3.3V，使用工业标准串行外设接口SPI及其传输规约进行双向传输，它最大可以达到20MHz的操作速度。并且可以像RAM一样快速读写，低功耗：工作电源电流1.5毫安、微待机电流，数据在掉电后可以保存10年，能以总线速度进行写操作,其接口增强了铁电技术的高速写数据能力，其具有比其它非易失性存储器高得多的读写操作次数，可以承受超过一万亿次的读写操作。外网和内网分别采用如图4和图5所示的型号是74CBTLV3126的电子开关连接到SPI网络隔离模块，上述电子开关工作电压为2.3-3.6V，集成4路转换开关输出。

当数据由内网向外网传输时以中断的方式实现：内网采集到数据时，首先通过切换开关打开内网的SPI存储器的访问通道，然后将数据缓冲到SPI数据存储器中，数据缓存完后，关闭内网SPI存储器通道；内网控制器向外网控制器发送中断信号IRQ1，通知外网控制器接收SPI存储器的缓存数据；外网控制器接收到IRQ1中断请求后，首先通过切换开关打开外网SPI存储器访问通道，然后将缓存在SPI数据存储器的数据读取到外网内存中，数据读取完后，关闭外网SPI存储器访问通道；外网控制器接收完SPI的缓存数据后，向内网控制器发送中断信号IRQ2，通知内网数据接收完成；内网控制器在接收到IRQ2中断信号后，确认上一包数据发送成功；继续上述流程，发送下一包数据。

当数据由外网向内网传输时以查询的方式实现：外网有数据传输到内网时，首先外网发送一个请求信号Req，通知内网有数据发送；内网收到Req请求信号后作出相应的应答，返回一个应答信号Ack给外网；外网收到应答信号后，通过切换开关打开外网的SPI存储器的访问通道，然后将数据缓冲到SPI数据存储器中，数据缓存完后，关闭外网SPI存储器通道；外网控制器向内网控制器发送请求信号Req，通知内网控制器接收SPI存储器的缓存数据；内网收到Req请求后，首先打开内网SPI存储器访问通道，然后将缓存在SPI数据存储器的数据读取到内网内存中，数据读取完后，关闭内网SPI存储器访问通道；内网控制器接收完SPI的缓存数据后，向外网控制器发送应答信号Ack，通知外网数据接收完成；外网控制器在接收到Ack信号后，确认上一包数据发送成功；继续上述流程，发送下一包数据。

该基于SPI网络隔离的能源监测系统，实现对重点用能单位、企业的能源数据采集，经SPI网络隔离后上传至云平台；其SPI网络隔离模块主要实现内网与外网数据的安全隔离。内网、外网各自运行独立的操作系统和应用程序，内、外网是独立自治的二个安全域。内、外网的数据通过安全隔离区采用SPI通讯，采用双向数据传输协议，在任一时刻，数据隔离区只能与内、外网中的一个相连，在物理连接上实现数据的安全隔离；数据传输时，数据先由数据源(内网或外网)所在安全域一侧传输至数据安全隔离区，同时断开数据安全隔离区与数据目的所在区域(内网或外网)的连接，随后连通数据安全隔离区与数据目的区域的传输通道，将数据传输至数据目的区域，同时在物理上断开数据源所在区域与数据安全隔离区的连接，实现数据的安全隔离。内外网的控制台采用低功耗的嵌入式模块，安全隔离模块采用的是SPI网络隔离模块，其开发成本及其开发难度都大大降低。