发明专利｜基于混合通讯网络数据交换的模块化泛在电力物联网平台

摘要：本发明公开了基于混合通讯网络数据交换的模块化泛在电力物联网平台，包括混合总线通讯单元和多个带控制器的应用单元，应用单元通过通信网络与混合总线通讯单元通讯连接，应用单元通过混合总线通讯单元获取连接在混合总线通讯单元上的不同应用单元的数据，混合总线通讯单元包括网络交换电路，网络交换电路包括网络控制器芯片和网络变压器电路，网络控制器芯片的物理信号收发端与网络变压器电路的数据收发端连接，网络变压器电路的物理信号收发端与应用单元的协议数据收发端连接，应用单元包括主控单片机和通讯电路，主控单片机的收发端与通讯电路的串行数据收发端连接，通讯电路的协议数据收发端与网络变压器的物理信号收发端连接。

本发明属于电力物联网技术领域，具体地说，涉及一种基于混合通讯网络数据交换的模块化泛在电力物联网平台。

申请人：四川科锐得电力通信技术有限公司

发明人：黄文槐

技术背景

在电力系统中需要进行很多数据的采集，用于对电力系统的检测，实现数据交换。

现有的数据交换平台主要基于CPU主板加扩展总线(如:PC104、STD、ISA、PCI)对数据进行采集和交换，如图1所示，数据传输采用总线并行方式，在大型电力系统中，总线数据线的数量在30～80根以上，采用硬地址，时钟必须同步，距离近(30cm以内)，只能本机箱内部署，抗干扰很差。扩展应用板完全依赖CPU主板，轮询与CPU主板通讯，运算、处理和储存都必须交CPU主板，扩展应用板的数量受机箱内扩展槽限制(<10个以内)，数量增加也大大影响系统的处理。CPU主板出现故障，系统完全奔溃，所有扩展应用板无法工作。修复后，所有扩展应用板的数据丢失，无法复原。出现故障都必须停电维修。

这种方式有以下几个弊端：

1、扩展应用板必须要有合适的驱动程序让带CPU主板识别加载才能进行数据交换和应用；就像U盘插接到电脑上，想要读取出U盘上存储的数据，首先需要电脑上安装了对应的USB驱动程序，不然是无法识别该U盘的。

2、所有的数据依附于中心带CPU主板进行数据处理和存储等，主板一出现故障，整个系统无法使用，采集的数据丢失；

3、扩展总线方式背板总线复杂，设计困难，接插件昂贵；

4、传统扩展总线采用并行扩展，数据线、信号线、控制线多，抗干扰差；

5、应用板必须与主板配套使用，应用范围局限，灵活性差；

6、容易出故障的地方多，故障排查困难；

7、结构复杂，制造成本也比较高。

发明内容

针对现有技术中上述的不足，本发明提供一种基于混合通讯网络数据交换的模块化泛在电力物联网平台，该平台采用混合总线通讯单元和带控制器的应用单元搭建电力物联网平台，将传统的并行扩展变成串行扩展，各应用单元可以通过混合总线通讯单元访问其他应用单元，获取需要的数据进行处理，增加系统灵活性，改变传统系统数据传输到中央处理器统一进行处理的中心化结构，使得采集数据独立，分布式，在物联网平台中任何一个应用单元出现故障后，并不影响别的应用单元继续工作，增加系统可靠性，避免数据丢失，同时利于故障排查。

为了达到上述目的，本发明采用的解决方案是：基于混合通讯网络数据交换的模块化泛在电力物联网平台，包括混合总线通讯单元和多个带控制器的应用单元，所述的应用单元通过通信网络与混合总线通讯单元通讯连接，应用单元通过混合总线通讯单元获取连接在混合总线通讯单元上的不同应用单元的数据，所述的混合总线通讯单元包括网络交换电路，所述的网络交换电路包括网络控制器芯片和网络变压器电路，所述的网络控制器芯片的物理信号收发端与网络变压器电路的数据收发端连接，所述的网络变压器电路的物理信号收发端与应用单元的协议数据收发端连接，所述的应用单元包括主控单片机和通讯电路，所述的主控单片机的收发端与通讯电路的串行数据收发端连接，所述的通讯电路的协议数据收发端与网络变压器的物理信号收发端连接。

进一步地，所述的混合总线通讯单元还包括用于接入应用单元的信号背板电路，所述的信号背板电路的协议数据收发端与通讯电路的协议数据收发端连接，信号背板电路的网络数据收发端与网络变压器电路的物理信号收发端连接。

进一步地，所述的网络控制器芯片的指示灯端口还与LED指示灯的负极连接，LED指示灯的正极与电压源连接。

进一步地，所述的网络变压器电路包括网络变压器芯片和网口芯片，所述的网络变压器芯片的数据收发端与网络控制器芯片的物理信号收发端连接，所述的网络变压器芯片的物理信号收发端分别与信号背板电路的网络数据收发端和网口芯片的收发端连接，所述的网口芯片的接口指示灯端与网络控制器芯片的一个指示灯端连接，所述的网口芯片的网卡速度指示灯端与网络控制器芯片的另一个指示灯端连接。

进一步地，所述的网络变压器芯片为2个。

进一步地，所述的信号背板电路包括多个电子连接器，电子连接器的网络数据收发端与网络变压器电路的物理信号收发端连接，一个电子连接器的协议数据收发端与一个应用单元的协议数据收发端连接。

进一步地，所述的通讯电路包括USB通讯电路、232通讯电路、485通讯电路、CAN通讯电路和UART通讯电路。

本发明的有益效果是：

(1)该平台采用混合总线通讯单元和带控制器的应用单元搭建电力物联网平台，将传统的并行扩展变成串行扩展，各应用单元可以通过混合总线通讯单元访问其他应用单元，获取需要的数据进行处理，增加系统灵活性，改变传统系统数据传输到中央处理器统一进行处理的中心化结构，使得采集数据独立，分布式，在物联网平台中任何一个应用单元出现故障后，并不影响别的应用单元继续工作，增加系统可靠性，避免数据丢失，同时利于故障排查。

(2)平台系统结构简单，调试组装简单，降低制造和研发成本，使用电子连接器实现与应用单元的连接，可扩展能力强。

发明专利要点简析

1 .基于混合通讯网络数据交换的模块化泛在电力物联网平台，其特征在于：包括混合总线通讯单元和多个带控制器的应用单元，所述的应用单元通过通信网络与混合总线通讯单元通讯连接，应用单元通过混合总线通讯单元获取连接在混合总线通讯单元上的不同应用单元的数据，所述的混合总线通讯单元包括网络交换电路，所述的网络交换电路包括网络控制器芯片和网络变压器电路，所述的网络控制器芯片的物理信号收发端与网络变压器电路的数据收发端连接，所述的网络变压器电路的物理信号收发端与应用单元的协议数据收发端连接，所述的应用单元包括主控单片机和通讯电路，所述的主控单片机的收发端与通讯电路的串行数据收发端连接，所述的通讯电路的协议数据收发端与网络变压器的物理信号收发端连接。

2.根据权利要求1所述的基于混合通讯网络数据交换的模块化泛在电力物联网平台，其特征在于：所述的混合总线通讯单元还包括用于接入应用单元的信号背板电路，所述的信号背板电路的协议数据收发端与通讯电路的协议数据收发端连接，信号背板电路的网络数据收发端与网络变压器电路的物理信号收发端连接。

3.根据权利要求1所述的基于混合通讯网络数据交换的模块化泛在电力物联网平台，其特征在于：所述的网络控制器芯片的指示灯端口还与LED指示灯的负极连接，LED指示灯的正极与电压源连接。

4.根据权利要求2所述的基于混合通讯网络数据交换的模块化泛在电力物联网平台，其特征在于：所述的网络变压器电路包括网络变压器芯片和网口芯片，所述的网络变压器芯片的数据收发端与网络控制器芯片的物理信号收发端连接，所述的网络变压器芯片的物理信号收发端分别与信号背板电路的网络数据收发端和网口芯片的收发端连接，所述的网口芯片的接口指示灯端与网络控制器芯片的一个指示灯端连接，所述的网口芯片的网卡速度指示灯端与网络控制器芯片的另一个指示灯端连接。

5.根据权利要求4所述的基于混合通讯网络数据交换的模块化泛在电力物联网平台，其特征在于：所述的网络变压器芯片为2个。

6.根据权利要求2所述的基于混合通讯网络数据交换的模块化泛在电力物联网平台，其特正在于：所述的信号背板电路包括多个电子连接器，电子连接器的网络数据收发端与网络变压器电路的物理信号收发端连接，一个电子连接器的协议数据收发端与一个应用单元的协议数据收发端连接。

7 .根据权利要求1所述的基于混合通讯网络数据交换的模块化泛在电力物联网平台，其特征在于：所述的通讯电路包括USB通讯电路、232通讯电路、485通讯电路、CAN通讯电路和UART通讯电路。