專利名稱：嵌入式以太網網關的集中抄表系統(tǒng)及其數據傳輸方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種針對工業(yè)現場設計的智能電能表的嵌入式以太網網關的集中抄表系統(tǒng)及其數據傳輸方法。
背景技術：
在工業(yè)現場中，尤其是較大型的制造和加工現場，較大的設備常常配有電能表，為了管理和維護方便，需要將電能表進行集中管理，就是人們所說的集中抄表系統(tǒng)，現有技術的集中抄表系統(tǒng)一般集合了數據采集器和集中器，將電能表的數據通過數據采集器和集中器傳給計算機。以上現有技術存在數據傳輸可靠性不強、數據傳輸及時性不好、且抗干擾能力差的缺點。針對以上的缺點，在集中抄表系統(tǒng)中引入了以太網方法。一種現有技術的基于以太網的集中抄表系統(tǒng)采用工業(yè)現場設備直接向開放式網絡開放，每個設備都帶有以太網接口，并且在現場設備系統(tǒng)上實現TCP/IP協(xié)議，因此每一個現場設備都具有直接連接互聯(lián)網的功能，工業(yè)現場設備相當于PC機，從互聯(lián)網上訪問現場設備與訪問一個PC節(jié)點沒有區(qū)別，使得訪問控制具有相當的靈活性；但其存在的缺點也很明顯由于以太網不是專為工業(yè)應用設計的，以太網本身不能滿足工業(yè)現場的一些特殊要求，而且為每個設備提供以太網接口造成資源的浪費，增加網絡維護的復雜性，成本高。另一種現有技術的基于以太網的集中抄表系統(tǒng)在前面一種方案中進行了改進，保留原有的工業(yè)現場設備網絡，將現場設備直接連接到PC機的通信接口上，現場設備使用原有的通信協(xié)議，由PC機完成以太網和設備網協(xié)議之間的轉換。這種方案具有一定的實用性，但其存在的缺點是PC機的價格高，系統(tǒng)成本較高，且PC機體積大，難以推廣應用。而且，以上現有技術的基于以太網的集中抄表系統(tǒng)的數據傳輸方法存在的缺點是電能表與PC機直接是多對一的數據傳輸，電能表和PC機之間的數據互相傳輸能力不好，采用的是現有以太網的完整的TCP/IP協(xié)議，而有不少協(xié)議對于嵌入式系統(tǒng)來說用不上，造成通信協(xié)議利用率低、網關通訊結構復雜。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是，提供一種性價比高、適于廣泛應用的嵌入式以太網網關的集中抄表系統(tǒng)。本發(fā)明的技術解決方案是，提供一種具有以下結構的嵌入式以太網網關的集中抄表系統(tǒng)，包括多個電能表、以太網和計算機，它還包括現場設備總線和嵌入式以太網網關， 所述的多個電能表與現場設備總線連接，所述的現場設備總線與嵌入式以太網網關連接， 所述的嵌入式以太網網關與以太網連接，所述的以太網與計算機連接。采用以上結構后，本發(fā)明嵌入式以太網網關的集中抄表系統(tǒng)與現有技術相比，具有以下優(yōu)點
由于本發(fā)明的嵌入式以太網網關的集中抄表系統(tǒng)將現場設備總線和嵌入式以太網網關應用到集中抄表系統(tǒng)中，所述的嵌入式以太網網關所述的現場設備總線和嵌入式以太網網關的引入，將多個電能表的數據通過現場設備總線經過一個以太網網關實現數據傳輸， 解決了原先每個電能表都帶有以太網接口造成資源浪費網絡維護復雜和成本高的問題；而且嵌入式以太網網關體積小、容易實現，嵌入式以太網網關在網絡中轉換以太網和現場設備總線之間的數據，再將數據經以太網傳輸給計算機，無需采用體積大、成本高的PC機，使系統(tǒng)具有較高的性價比，適合推廣應用。本發(fā)明要解決的另一技術問題是，提供一種通信協(xié)議利用率高、網絡結構簡單的嵌入式以太網網關的集中抄表系統(tǒng)的數據傳輸方法。本發(fā)明實現該數據傳輸方法所采用的技術解決方案是，所述的多個電能表的數據經過讀寫器讀取后統(tǒng)一經現場設備總線傳給嵌入式以太網網關，再由嵌入式以太網網關經以太網傳輸給計算機；所述的計算機的數據通過以太網傳給嵌入式以太網網關，然后由嵌入式以太網網關將數據通過現場設備總線傳給相應的電能表；所述的電能表的數據在嵌入式以太網網關的傳輸分為兩步
i)傳輸給所述的現場設備總線的數據通過傳輸介質經嵌入式以太網的網關的物理層和數據鏈路層到達應用程序；
ii)所述的應用程序完成事件的處理后，所述的數據經TCP/IP協(xié)議封裝后經過NIC接口傳給以太網；所述的TCP/IP協(xié)議由鏈路層的ARP協(xié)議、網絡層的IP協(xié)議和ICMP協(xié)議、傳輸層的UDP協(xié)議及應用層的用戶程序構成。采用所述數據傳輸方法，所產生的技術效果是
所述的數據傳輸過程中加入了現場設備總線，數據傳輸能力好；嵌入式以太網網關的 TCP/IP的鏈路層、網絡層、傳輸層和應用層的協(xié)議均進行了精簡，減去不需要的協(xié)議，對于只部分使用的協(xié)議進行簡化，可以提高嵌入式以太網網關中的通訊協(xié)議的利用率，使得網關通訊結構簡單。


圖1所示是本發(fā)明嵌入式以太網網關的集中抄表系統(tǒng)的結構示意圖。圖2所示是發(fā)明嵌入式以太網網關的集中抄表系統(tǒng)數據傳輸方法的示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。請參閱圖1所示，本發(fā)明嵌入式以太網網關的集中抄表系統(tǒng)，包括多個電能表、以太網和計算機，它還包括現場設備總線和嵌入式以太網網關，所述的多個電能表與現場設備總線連接，所述的現場設備總線與嵌入式以太網網關連接，所述的嵌入式以太網網關與以太網連接，所述的以太網與計算機連接。請參閱圖2所示，本發(fā)明嵌入式以太網網關的集中抄表系統(tǒng)的數據傳輸方法是， 所述的多個電能表的數據經過讀寫器讀取后統(tǒng)一經現場設備總線傳給嵌入式以太網網關， 再由嵌入式以太網網關經以太網傳輸給計算機；所述的計算機的數據通過以太網傳給嵌入式以太網網關，然后由嵌入式以太網網關將數據通過現場設備總線傳給相應的電能表；所述的電能表的數據在嵌入式以太網網關的傳輸分為兩步
i)傳輸給所述的現場設備總線的數據通過傳輸介質經嵌入式以太網的網關的物理層
4和數據鏈路層到達應用程序；
ii)所述的應用程序完成事件的處理后，所述的數據經TCP/IP協(xié)議封裝后經過NIC接口傳給以太網；所述的TCP/IP協(xié)議由鏈路層的ARP協(xié)議、網絡層的IP協(xié)議和ICMP協(xié)議、傳輸層的UDP協(xié)議及應用層的用戶程序構成。在嵌入式以太網網關中網絡接口卡NIC負責網關中以太網的物理層硬件的驅動， 以及作為與以太網通信的物理介質的接口，網關中的現場設備總線、物理層和數據鏈路層提供相應總線的訪問，并滿足相應通信介質的需要。在本實施例中，所述的鏈路層的協(xié)議保留ARP協(xié)議、減去RARP協(xié)議，所述的ARP協(xié)議負責建立、管理48位的以太網物理地址與32位的IP地址之間的映射關系，保證網絡的正確傳輸；所述的RARP協(xié)議主要用于無盤工作站通過RARP協(xié)議從其它服務器得到IP地址，在嵌入式系統(tǒng)中不必實現RARP協(xié)議。所述的網絡層中IP協(xié)議提供了數據報的傳遞服務，實現對無連接的IP數據報的尋徑、傳送，并能夠將數據報分片及重組，IP協(xié)議是不可缺省的協(xié)議；ICMP協(xié)議是和IP協(xié)議并行運行在網絡層中，當網絡的路由器出現故障，或者路徑無法使用時，它負責報告出錯信息和傳送控制信息，ICMP在嵌入式系統(tǒng)應用中沒有必要完全實現，只選測其中的Ping應答協(xié)議來測試網絡的連通情況，IGMP主要用于支持主機和路由器進行組播，也可以被省略。所述的傳輸層的TCP提供面向連接的、可靠地、無重復的雙向數據流傳輸服務，所述的TCP協(xié)議需要嚴格的三次連接握手、四次關閉連接握手過程記憶捎帶信息確認，這些過程的實現對嵌入式系統(tǒng)是個非常大的考驗；而UDP協(xié)議提供不面向連接的、盡最大可能努力傳輸數據流的傳輸服務，UDP協(xié)議只是簡單的把數據報從一個節(jié)點發(fā)送到另一個節(jié)點， 并不保證該數據報一定能到達另一端，但UDP的實現相對簡單，配合應用層提供的可靠通信控制，就能高效和可靠地傳輸數據，更適合嵌入式網關應用。所述的應用層由于嵌入式系統(tǒng)應用各異，不能制定統(tǒng)一的協(xié)議，故可以舍棄這些應用層協(xié)議，用應用程序的接口函數取而代之，具體的應用程序可以根據需要由用戶二次開發(fā)。
權利要求
1.一種嵌入式以太網網關的集中抄表系統(tǒng)，包括多個電能表、以太網和計算機，其特征在于它還包括現場設備總線和嵌入式以太網網關，所述的多個電能表與現場設備總線連接，所述的現場設備總線與嵌入式以太網網關連接，所述的嵌入式以太網網關與以太網連接，所述的以太網與計算機連接。
2.一種基于權利要求1的嵌入式以太網網關的集中抄表系統(tǒng)的數據傳輸方法，其特征在于所述的多個電能表的數據經過讀寫器讀取后統(tǒng)一經現場設備總線傳給嵌入式以太網網關，再由嵌入式以太網網關經以太網傳輸給計算機；所述的計算機的數據通過以太網傳給嵌入式以太網網關，然后由嵌入式以太網網關將數據通過現場設備總線傳給相應的電能表；所述的電能表的數據在嵌入式以太網網關的傳輸分為兩步i)傳輸給所述的現場設備總線的數據通過傳輸介質經嵌入式以太網的網關的物理層和數據鏈路層到達應用程序； )所述的應用程序完成事件的處理后，所述的數據經TCP/IP協(xié)議封裝后經過NIC接口傳給以太網；所述的TCP/IP協(xié)議由鏈路層的ARP協(xié)議、網絡層的IP協(xié)議和ICMP協(xié)議、傳輸層的UDP協(xié)議及應用層的用戶程序構成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種嵌入式以太網網關的集中抄表系統(tǒng)及其數據傳輸方法，包括多個電能表、以太網和計算機，其特征在于它還包括現場設備總線和嵌入式以太網網關，所述的多個電能表與現場設備總線連接，所述的現場設備總線與嵌入式以太網網關連接，所述的嵌入式以太網網關與以太網連接，所述的以太網與計算機連接；所述的多個電能表的數據經過讀寫器讀取后統(tǒng)一經現場設備總線傳給嵌入式以太網網關，再由嵌入式以太網網關經以太網傳輸給計算機。該嵌入式以太網網關的集中抄表系統(tǒng)性價比高、適于廣泛應用，該數據傳輸方法通信協(xié)議利用率高、網絡結構簡單。
文檔編號G08C19/00GK102402850SQ20111033537
公開日2012年4月4日 申請日期2011年10月31日 優(yōu)先權日2011年10月31日
發(fā)明者劉其君, 周忠祥, 王國強, 胡寧, 蒙根, 鄭堅江 申請人:寧波三星電氣股份有限公司