一种双以太网与双RS-422互转通信系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及嵌入式技术，具体涉及一种双以太网与双RS‑422互转通信系统及方法，该通信系统包括依次连接的第一用户接口单元、网口变压器单元、以太网控制器单元、主控制器单元、RS‑422隔离变换单元、网络数据传输线缆和第二用户接口单元。该通信系统参数设置灵活、方便，可以快速、平稳、无缝切换，既保证了通信系统的可靠性、快速性，还能适应电磁环境复杂、传输远距离较远、通信准确度高的工作场合。具有较高的抗干扰能力和可靠性，能够有效地检测和定位故障并及时地切换到备用网络，确保信息在现场传输的实时性。该通信系统在舰船综合电力能量管理系统、分布式变电站、电力电子变换装置和工业现场监控系统等对实时数据具有非常高的要求的场合中使用。

A dual Ethernet and dual RS-422 reciprocal communication system and method

The invention relates to embedded technology, in particular to a dual Ethernet and double RS 422 interchange communication system and method. The communication system includes the first user interface unit, the network port transformer unit, the Ethernet controller unit, the main controller unit, the RS isolation and transformation unit, the network data transmission cable and the network. Second user interface unit. The communication system is flexible, convenient, fast, stable and seamless switching. It not only ensures the reliability and rapidity of the communication system, but also adapts to the working situation of complex electromagnetic environment, far distance transmission and high accuracy of communication. It has high anti-interference ability and reliability. It can detect and locate the fault effectively and switch to the standby network in time to ensure the real-time transmission of information in the field. The communication system is used in the situation of high requirements for the real-time data, such as the integrated power management system of the ship, the distributed substation, the power electronic transformation device and the industrial field monitoring system.

【技术实现步骤摘要】
一种双以太网与双RS-422互转通信系统及方法
本专利技术属于嵌入式
，尤其涉及一种双以太网与双RS-422互转通信系统及方法。
技术介绍
经近百年特别是近几十年来的探索和实践，世界各国海军已经达成共识：未来舰船电力系统的一个重要发展方向是综合电力系统(IntegratedPowerSystem：IPS)。舰船综合电力系统以“模块化、集成化”的思想，简化了舰船动力系统的结构，为舰载高能武器提供了能量保障，大大提升了舰船的机动性、隐蔽性和生命力。随着舰船电力系统的电气化水平的不断提高，舰船对供电质量、可靠性和生命力提出了更高的技术要求，迫切需要通过智能化手段实现系统的合理和优化运行，智能化是未来舰船综合电力系统的重要特征之一。实时通信技术是舰船获取设备信息实现智能化必不可少的技术手段。通过通信系统实时获取舰用设备各个健康状态和现场工况信息，是决策系统给出正确决策的先决条件，这势必成为实现舰船电力系统安全、合理、优化运行的技术基础。研究与运行实践表明，常规的现场总线通信方式因其带宽窄、实时性差、可靠性不高，已经无法满足综合电力系统“井喷式”增长的信息交换的需求。其原因主要体现在以下几个方面：1.船舶综合全电力推进系统包括：发电、输电、配电、变电、拖动、推进、储能、监控和电力管理等诸多功能，因此，船舶综合全电力推进系统发电机不仅要向推进电动机供电，也需提供电能给船舶电网，满足船舶其它设备的用电和生活用电，而电力系统容量有限，船舶设备分布密集。这是由于这些多系统多功能的复杂性，势必也带来了严重的电磁兼容问题，这会对通信设备是否正常工作带来威胁；2.电力推进舰船在航行过程中，受到风、浪及海流等多种随机不确定因素的干扰，进而带来船舶的输出功率与负载功率之间不平衡，甚至出现欠压、过压等恶劣情况，这会对通信设备造成严重损害；3.舰船数据采集设备工作环境复杂多变，由于传输距离、现场状况等诸多因素的影响，可能导致传输通道中断，比如网络堵塞、网线断开、网络接口连接器松动、网络接口硬件电路故障等，造成网络实时性和可靠性降低，甚至网络不能正常工作。针对上述这些情况，迫切需要将成熟的、可靠性高的、实时性强的以太网技术应用于船舶综合电力信息系统中。急需设计出适应于船舶内部环境的通信系统，以提高舰船内部信息交换的效率和可靠性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种将两路以太网连接于不同的IP地址，同时采集同一设备的数据，从而保证系统与外界设备通信时的数据传输可靠性的通信系统，适用于通信距离远、通信精度要求高、现场工作环境中电磁干扰强的场合。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种双以太网与双RS-422互转通信系统，包括依次连接的第一用户接口单元、网口变压器单元、以太网控制器单元、主控制器单元、RS-422隔离变换单元、网络数据传输线缆和第二用户接口单元。在上述的双以太网与双RS-422互转通信系统中，主控制器单元利用ARM、DSP、FPGA或单片机充当CPU，选择它的3个SPI中的任意2个SPI与以太网控制器单元进行交互信息。在上述的双以太网与双RS-422互转通信系统中，ARM选用STM32F417。在上述的双以太网与双RS-422互转通信系统中，以太网控制器单元包括第一以太网控制电路、第二以太网控制电路，均选用以太网控制芯片W5200；第一以太网控制电路、第二以太网控制电路分别与主控制器单元中第一个SPI和第二个SPI相连。在上述的双以太网与双RS-422互转通信系统中，网口变压器单元包括第一网口变压器电路、第二网口变压器电路，均选用芯片HR601680；第一网口变压器电路、第二网口变压器电路分别与第一用户接口单元相连；第一网口变压器电路与第一以太网控制电路相连，第二网口变压器电路与第二以太网控制电路相连。在上述的双以太网与双RS-422互转通信系统中，RS-422隔离变换单元包括第一RS-422隔离变换电路、第二RS-422隔离变换电路，均选用ADM2587EBRWZ；第一RS-422隔离变换电路、第二RS-422隔离变换电路分别与主控制器单元相连；第一RS-422隔离变换电路、第二RS-422隔离变换电路分别通过网络数据传输线缆与第二用户接口单元相连。一种双以太网与双RS-422互转通信的方法，包括以下步骤：步骤1、初始化硬件；步骤2、记录流程起始时刻；步骤3、读取当前时刻；步骤4、对比当前时刻与起始时刻时间差是否达到预置主循环周期；步骤5、如果未达到预置主循环周期，则返回步骤3；步骤6、如果达到预置主循环周期，则进入刷新主循环起始时刻；步骤7、以太网控制器W5200开始接收数据；步骤8、以太网控制器W5200完成数据接收后，串口开始接收数据；步骤9、串口数据接收完成后，以太网控制器W5200发送数据；步骤10、以太网控制器W5200数据发送完成后，串口开始发送数据；步骤11、完成步骤7至步骤10后，返回步骤3，开始循环。在上述的双以太网与双RS-422互转通信的方法中，步骤1所述初始化硬件的子步骤包括：步骤1.1、首先进行以太网控制器W5200初始化；步骤1.2、以太网控制器W5200初始化完成后，进行ARM芯片上串口初始化；步骤1.3、完成ARM芯片上串口初始化后，开始初始化ARM芯片上的定时器作为公共时钟；步骤1.4、完成所述步骤1.1-步骤1.3的流程后返回。在上述的双以太网与双RS-422互转通信的方法中，步骤7所述以太网控制器W5200接收数据的流程包括：步骤7.1、首先以太网控制器W5200进行数据接收；步骤7.2、然后判断是否为有效数据；步骤7.3、如果不是有效数据，则直接返回；步骤7.4、如果是有效数据，则以太网控制器W5200数据转为串口发送数据；步骤7.5、数据发送完成后，设置串口发送标志；步骤7.6、完成设置串口发送标志后返回。在上述的双以太网与双RS-422互转通信的方法中，步骤8所述串口接收数据的流程包括：步骤8.1、首先串口进行数据接收，步骤8.2、然后判断是否为有效数据；步骤8.3、如果不是有效数据，则直接返回；步骤8.4、如果是有效数据，则串口数据转为以太网控制器W5200发送数据；步骤8.5、以太网控制器W5200数据发送完成后，设置以太网发送标志；步骤8.6、完成设置以太网发送标志后返回。在上述的双以太网与双RS-422互转通信的方法中，步骤9所述以太网控制器W5200发送数据流程包括：步骤9.1、首先检查是否有以太网发送标志；步骤9.2、如果没有以太网发送标志，则直接返回；步骤9.3、如果有以太网发送标志，则启动以太网控制器W5200进行数据发送；步骤9.4、完成以太网控制器W5200数据发送后返回。在上述的双以太网与双RS-422互转通信的方法中，步骤10所述串口发送数据流程包括：步骤10.1、首先检查是否有串口发送标志；步骤10.2、如果没有串口发送标志，则直接返回；步骤10.3、如果有串口发送标志，则启动串口进行数据发送；步骤10.4、完成串口数据发送后返回。本专利技术的有益效果：(1)采用双冗余方式，确保能够加强互转通信系统的可靠性，即使网络发生了故障，网络仍应能够继续提供为用户服务。(2)采用高性能、低成本广泛应用于嵌入式系统中的ARM充当CPU，它具有3个SP本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双以太网与双RS‑422互转通信系统，其特征是，包括依次连接的第一用户接口单元、网口变压器单元、以太网控制器单元、主控制器单元、RS‑422隔离变换单元、网络数据传输线缆和第二用户接口单元。

【技术特征摘要】
1.一种双以太网与双RS-422互转通信系统，其特征是，包括依次连接的第一用户接口单元、网口变压器单元、以太网控制器单元、主控制器单元、RS-422隔离变换单元、网络数据传输线缆和第二用户接口单元。2.如权利要求1所述的双以太网与双RS-422互转通信系统，其特征是，主控制器单元利用ARM、DSP、FPGA或单片机充当CPU，选择它的3个SPI中的任意2个SPI与以太网控制器单元进行交互信息。3.如权利要求2所述的双以太网与双RS-422互转通信系统，其特征是，ARM选用STM32F417。4.如权利要求2所述的双以太网与双RS-422互转通信系统，其特征是，以太网控制器单元包括第一以太网控制电路、第二以太网控制电路，均选用以太网控制芯片W5200；第一以太网控制电路、第二以太网控制电路分别与主控制器单元中第一个SPI和第二个SPI相连。5.如权利要求4所述的双以太网与双RS-422互转通信系统，其特征是，网口变压器单元包括第一网口变压器电路、第二网口变压器电路，均选用芯片HR601680；第一网口变压器电路、第二网口变压器电路分别与第一用户接口单元相连；第一网口变压器电路与第一以太网控制电路相连，第二网口变压器电路与第二以太网控制电路相连。6.如权利要求1所述的双以太网与双RS-422互转通信系统，其特征是，RS-422隔离变换单元包括第一RS-422隔离变换电路、第二RS-422隔离变换电路，均选用ADM2587EBRWZ；第一RS-422隔离变换电路、第二RS-422隔离变换电路分别与主控制器单元相连；第一RS-422隔离变换电路、第二RS-422隔离变换电路分别通过网络数据传输线缆与第二用户接口单元相连。7.一种双以太网与双RS-422互转通信的方法，其特征是，包括以下步骤：步骤1、初始化硬件；步骤2、记录流程起始时刻；步骤3、读取当前时刻；步骤4、对比当前时刻与起始时刻时间差是否达到预置主循环周期；步骤5、如果未达到预置主循环周期，则返回步骤3；步骤6、如果达到预置主循环周期，则进入刷新主循环起始时刻；步骤7、以太网控制器W5200开始接收数据；步骤8、以太网控制器W5200完成数据接收后，串口开始接收数据；步骤9、串口数据接收完成后，以太网控制器W5200发送数据；步骤10、以太网控制器...

【专利技术属性】
技术研发人员：李维波，何凯彦，许智豪，华逸飞，余万祥，范磊，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42