一种多协议的嵌入式鼓风机控制器及其控制系统

技术领域

本发明涉及设备控制的技术领域，尤其是涉及一种多协议的嵌入式鼓风机控制器及其控制系统。

背景技术

现有技术中，一般情况下磁悬浮鼓风机控制系统采用PLC控制，但是PLC要实现不同通信协议需要选购对应的模块，使得不同通信协议的控制系统不能互换使用，如果用户升级或者改造更换协议需要更换控制系统的通信模块和CPU模块的程序，导致磁悬浮鼓风机控制系统通用性和互换性较差。

针对上述问题，还未提出有效的解决方案。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种多协议的嵌入式鼓风机控制器及其控制系统，以缓解了现有的PLC磁悬浮鼓风机控制系统的适用性较差的技术问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种多协议的嵌入式鼓风机控制器，包括：MCU芯片，系统通信接口和用户通信接口，其中，所述MCU芯片分别与所述系统通信接口和用户通信接口相连接，所述系统通信接口与目标设备相连接，所述目标设备包括：磁悬浮鼓风机的变频器、磁悬浮鼓风机的磁轴承控制器和显示屏，所述用户通信接口与主控设备相连接；所述用户通信接口，用于将所述主控设备发送的初始报文发送给所述MCU芯片，以及将所述MCU芯片发送的第一应答报文转发给所述主控设备，其中，所述初始报文为多协议报文中的一种或多种报文；所述系统通信接口，用于将所述目标设备发送的目标报文，以及将第二应答报文发送给所述目标设备；所述MCU芯片，用于对所述初始报文和/或目标报文进行解析，得到解析报文，并基于所述解析报文生成所述第一应答报文和/或第二应答报文。

进一步地，所述系统通信接口包括：RJ451接口和DB91接口，其中，所述RJ451接口分别与所述显示屏和所述MCU芯片相连接，所述DB91接口分别与所述磁悬浮鼓风机的变频器、所述磁悬浮鼓风机的磁轴承控制器和所述MCU芯片相连接；所述RJ451接口，用于将所述显示屏发送的西门子s7和/或TCPModbus协议初始报文转发给所述MCU芯片，以及将所述MCU芯片发送的西门子s7和/或TCPModbus协议应答报文转发给所述显示屏；所述DB91接口，用于与所述磁悬浮鼓风机的变频器和所述磁悬浮鼓风机的磁轴承控制器构成RS485网络。

进一步地，所述用户通信接口包括：RJ452接口，RJ453接口，DB92接口和DB93接口，其中，所述RJ453接口通过PN协议芯片与所述MCU芯片相连接，所述DB93接口通过DP协议芯片与所述MCU芯片相连接；所述RJ452接口，用于将所述主控设备发送的西门子s7和/或TCPModbus协议初始报文转发给所述MCU芯片，以及将所述MCU芯片发送的西门子s7和/或TCPModbus协议应答报文转发给所述主控设备；所述RJ453接口，用于将所述主控设备发送的Profinet协议初始报文转发给所述MCU芯片，以及将所述MCU芯片发送的Profinet协议应答报文转发给所述主控设备；所述DB92接口，用于将所述主控设备发送的ModburRTU协议初始报文转发给所述MCU芯片，以及将所述MCU芯片发送的ModburRTU协议应答报文转发给所述主控设备；所述DB93接口，用于将所述主控设备发送的ProfibusDP协议初始报文转发给所述MCU芯片，以及将所述MCU芯片发送的ProfibusDP协议应答报文转发给所述主控设备。

进一步地，所述嵌入式鼓风机控制器还包括：第一以太网卡和第二以太网卡，其中，所述MCU芯片和所述RJ451接口通过所述第一以太网卡相连接，所述MCU芯片和所述RJ452接口通过所述第二以太网卡相连接。

进一步地，所述嵌入式鼓风机控制器还包括：第一电平转换模块，第二电平转换模块和第三电平转换模块，其中，所述第一电平转换模块分别与所述MCU芯片的USART1模块和所述DB91接口相连接，所述第二电平转换模块分别与所述MCU芯片的USART2模块和所述DB92接口相连接，所述第三电平转换模块分别与所述DP协议芯片和所述DB93接口相连接。

进一步地，所述嵌入式鼓风机控制器还包括：FSMC总线，用于连接所述DP协议芯片和所述MCU芯片。

进一步地，所述嵌入式鼓风机控制器还包括：DI输入模块和DO输出模块，其中，所述MCU芯片分别与所述DI输入模块和DO输出模块相连接；所述DI输入模块，用于接收16路数字量输入信号，并将所述16路数字量输入信号给所述MCU芯片，以使所述MCU芯片基于所述16路数字量输入信号生成16路数字量输出信号；所述DO输出模块，用于发送所述16路数字量输出信号。

进一步地，所述嵌入式鼓风机控制器还包括：AI输入模块和AO输出模块，其中，所述MCU芯片分别与所述AI输入模块和所述AO输出模块相连接；所述AI输入模块，用于接收目标信号，其中，所述目标信号至少包括：第一预设范围的电压信号，第二预设范围的电流信号和传感器发送的模拟量输入信号；所述AO输出模块，用于输出所述第二预设范围的电流信号。

进一步地，所述嵌入式鼓风机控制器还包括：掉电非失存储模块，其中，所述掉电非失存储模块与所述MCU芯片相连接；所述掉电非失存储模块，用于存储所述嵌入式鼓风机控制器中的控制参数。

第二方面，在本发明实施例中还提供了一种多协议的嵌入式鼓风机控制系统，包括：第一方面所述的嵌入式鼓风机控制器，主控设备，变频器，磁轴承控制器，冷却系统和放空阀，其中，所述嵌入式鼓风机控制器分别与所述主控设备，所述变频器，所述磁轴承控制器，所述冷却系统和所述放空阀相连接，鼓风机分别与所述磁轴承控制器和所述变频器相连接。

在本发明实施例中，在用户通信接口接收到多协议报文中的一种或多种报文，以及系统通信接口接收到磁悬浮鼓风机的变频器、磁悬浮鼓风机的磁轴承控制器和显示屏发送的目标报文之后，MCU芯片通过对上述报文进行解析，确定出上述报文所对应的通信协议，并生成对应通信协议的应答报文，并将该应答报文通过用户通信接口和/或系统通信接口将应答报文发送给对应的设备，通过嵌入式系统支持多协议通信的原理，达到了能够支持不同通信协议对鼓风机进行控制的目的，进而解决了现有的PLC磁悬浮鼓风机控制系统的适用性较差的技术问题，从而实现了提升磁悬浮鼓风机控制系统的适用性的技术效果。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种多协议的嵌入式鼓风机控制器的示意图；

图2为本发明实施例提供的第二种多协议的嵌入式鼓风机控制器的示意图；

图3为本发明实施例提供的双网卡双协议的逻辑图；

图4为本发明实施例提供的第三种多协议的嵌入式鼓风机控制器的示意图；

图5为本发明实施例提供的一种多协议的嵌入式鼓风机控制系统的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

根据本发明实施例，提供了一种多协议的嵌入式鼓风机控制器的实施例，图1是根据本发明实施例的一种多协议的嵌入式鼓风机控制器的示意图，如图1所示，该多协议的嵌入式鼓风机控制器包括：MCU芯片10，系统通信接口20和用户通信接口30，其中，所述MCU芯片分别与所述系统通信接口和用户通信接口相连接，所述系统通信接口与目标设备相连接，所述目标设备包括：磁悬浮鼓风机的变频器、磁悬浮鼓风机的磁轴承控制器和显示屏，所述用户通信接口与主控设备相连接；

所述用户通信接口30，用于将所述主控设备发送的初始报文发送给所述MCU芯片，以及将所述MCU芯片发送的第一应答报文转发给所述主控设备，其中，所述初始报文为多协议报文中的一种或多种报文；

所述系统通信接口20，用于将所述目标设备发送的目标报文，以及将第二应答报文发送给所述目标设备；

所述MCU芯片10，用于对所述初始报文和/或目标报文进行解析，得到解析报文，并基于所述解析报文生成所述第一应答报文和/或第二应答报文。

需要说明的是，优选的，上述的MCU芯片采用STM32F407芯片。

在本发明实施例中，在用户通信接口接收到多协议报文中的一种或多种报文，以及系统通信接口接收到磁悬浮鼓风机的变频器、磁悬浮鼓风机的磁轴承控制器和显示屏发送的目标报文之后，MCU芯片通过对上述报文进行解析，确定出上述报文所对应的通信协议，并生成对应通信协议的应答报文，并将该应答报文通过用户通信接口和/或系统通信接口将应答报文发送给对应的设备，通过嵌入式系统支持多协议通信的原理，达到了能够支持不同通信协议对鼓风机进行控制的目的，进而解决了现有的PLC磁悬浮鼓风机控制系统的适用性较差的技术问题，从而实现了提升磁悬浮鼓风机控制系统的适用性的技术效果。

在本发明实施例中，如图2所示，所述系统通信接口20包括：RJ451接口21和DB91接口22，其中，所述RJ451接口分别与所述显示屏和所述MCU芯片相连接，所述DB91接口分别与所述磁悬浮鼓风机的变频器、所述磁悬浮鼓风机的磁轴承控制器和所述MCU芯片相连接；

所述RJ451接口21，用于将所述显示屏发送的西门子s7和/或TCPModbus协议初始报文转发给所述MCU芯片，以及将所述MCU芯片发送的西门子s7和/或TCPModbus协议应答报文转发给所述显示屏；

所述DB91接口22，用于与所述磁悬浮鼓风机的变频器和所述磁悬浮鼓风机的磁轴承控制器构成RS485网络。

所述用户通信接口30包括：RJ452接口31，RJ453接口32，DB92接口33和DB93接口34，其中，所述RJ453接口通过PN协议芯片与所述MCU芯片相连接，所述DB93接口通过DP协议芯片与所述MCU芯片相连接；

所述RJ452接口31，用于将所述主控设备发送的西门子s7和/或TCPModbus协议初始报文转发给所述MCU芯片，以及将所述MCU芯片发送的西门子s7和/或TCPModbus协议应答报文转发给所述主控设备；

所述RJ453接口32，用于将所述主控设备发送的Profinet协议初始报文转发给所述MCU芯片，以及将所述MCU芯片发送的Profinet协议应答报文转发给所述主控设备；

所述DB92接口33，用于将所述主控设备发送的ModburRTU协议初始报文转发给所述MCU芯片，以及将所述MCU芯片发送的ModburRTU协议应答报文转发给所述主控设备；

所述DB93接口34，用于将所述主控设备发送的ProfibusDP协议初始报文转发给所述MCU芯片，以及将所述MCU芯片发送的ProfibusDP协议应答报文转发给所述主控设备。

在本发明实施例中，包括三个RJ45网络接口，RJ451接液晶显示屏的接口，RJ452是用户通信接口，支持西门子s7和TCPModbus协议，RJ453也是用户通信接口，支持Profinet协议。包括三个DB9接口，DB91与变频器和磁轴承控制器组成RS485网络，DB92是用户通信接口，支持ModbusRTU协议，DB93是用户通信接口，支持ProfibusDP协议。

通信接口包括三个以太网接口RJ451，RJ452，RJ453和三个DB9接口DB91，DB92，DB93。 RJ451和DB91是系统用通信接口，RJ452、RJ453、DB92、DB93是预留的用户通信接口，支持西门子S7、TCPModbus、Profinet、ModbusRTU、ProfibusDP这些工业常用协议。

用户通信接口是与主控设备相连的。主控设备如果是ProfieNet协议，需要连接RJ453接口；如果是西门子s7或者TCPModbus协议，需要接连RJ452接口；如果是ModburRTU协议，需要连接DB92接口；如果是ProfibusDP协议，需要连接DB93接口。连接不同的接口可以实现不同的协议。

需要说明的是，优选的，DP协议芯片和MCU芯片通过FSMC总线相连接。

下面将对多协议的嵌入式鼓风机控制器的工作过程进行说明。

启动5个线程分别监听4个用户通信接口的报文，当对应接口有报文到来时候，对应线程将分析处理该接口的报文。

当RJ453有报文到来时，PN协议芯片将报文发送给MCU，线程1接收处理报文，并将应答报文通过PN协议芯片发送出去。

PHY2和MCU的以太网控制器相连接，MCU软件程序运行TCP/IP协议栈，启动线程2和线程3分别监听102和502两个网络端口。502端口的报文是TCPModbus协议的报文，102端口的报文是西门子s7协议的报文。502端口报文到来时候线程3调用modbus协议栈分析处理报文，102端口报文到来时候线程2调用s7协议栈分析处理报文。

MCU与DP协议芯片通过FSMC总线连接。DB93有报文到来时DP协议芯片将报文发送给MCU，线程4接收处理报文，并将应答报文通过DP协议芯片发送出去。

DB92有报文到来时候，线程5接收报文，通过modbus协议栈分析处理之后发送应答报文。

在本发明实施例中，如图2所示，所述嵌入式鼓风机控制器还包括：第一以太网卡41和第二以太网卡42，其中，所述MCU芯片和所述RJ451接口通过所述第一以太网卡相连接，所述MCU芯片和所述RJ452接口通过所述第二以太网卡相连接。

所述嵌入式鼓风机控制器还包括：第一电平转换模块51，第二电平转换模块52和第三电平转换模块53，其中，所述第一电平转换模块分别与所述MCU芯片的USART1模块和所述DB91接口相连接，所述第二电平转换模块分别与所述MCU芯片的USART2模块和所述DB92接口相连接，所述第三电平转换模块分别与所述DP协议芯片和所述DB93接口相连接。

如图3所示，图3为双网卡双协议的逻辑图。

下面将结合图3对第一以太网卡和第二以太网卡支持TCPModbus和西门子s7两种协议的实现方法进行说明。

首先初始化两个以太网卡，第一以太网卡的IP地址为IP1，第二以太网卡的IP地址为IP2。在网卡控制块链表里添加第一以太网卡和第二以太网卡两个网卡控制块，网卡控制块包括网卡编号，第一以太网卡编号是1，第二以太网卡编号是2。

初始化TCP服务器。初始化4个TCP控制块，分别为pcb1、pcb2、pcb3、pcb4。每个控制块绑定并且监听一个通信端口号。每个网卡对应两个控制块，第一以太网卡对应pcb1和pcb2，分别监听102和502端口。第二以太网卡对应pcb3和pcb4，分别监听102和502端口。

当网卡收到报文后，程序进入中断函数，通过网卡编号判断是第一以太网卡还是第二以太网卡接收到报文。将对应网卡接收缓冲区的报文拷贝到网卡控制块的报文缓冲区。

调用Ethernet、IP、TCP层协议解析报文，得到应用层报文。TCP层协议将发送给对应端口号的报文拷贝到对应的控制块。第一以太网卡的102端口的报文拷贝到pcb1，第一以太网卡的502端口的报文拷贝到pcb2，第二以太网卡的102端口的报文拷贝到pcb3，第二以太网卡的502端口的报文拷贝到pcb4。

102端口号是s7协议专用端口号，502端口号是TCPModbus协议专用端口号。通过端口号可以区分协议类型，调用相对应的软件协议栈处理应用层的协议报文。

协议栈处理报文之后发送报文，通过网卡控制块的网卡编号将报文写入对应网卡的发送缓冲区。

需要说明的是，本发明实施例中的嵌入式鼓风机控制器可以支持多个网卡扩展，不局限于上述的两个网卡，同时本发明实施例中的嵌入式鼓风机控制器还能够支持多种基于以太网实现的通信协议，只要应用层软件协议栈能够实现。

在本发明实施例中，如图4所示，所述嵌入式鼓风机控制器还包括：DI输入模块61和DO输出模块62，其中，所述MCU芯片分别与所述DI输入模块和DO输出模块相连接；

所述DI输入模块61，用于接收16路数字量输入信号，并将所述16路数字量输入信号给所述MCU芯片，以使所述MCU芯片基于所述16路数字量输入信号生成16路数字量输出信号；

所述DO输出模块62，用于发送所述16路数字量输出信号。

所述嵌入式鼓风机控制器还包括：AI输入模块71和AO输出模块72，其中，所述MCU芯片分别与所述AI输入模块和所述AO输出模块相连接；

所述AI输入模块71，用于接收目标信号，其中，所述目标信号至少包括：第一预设范围的电压信号，第二预设范围的电流信号和传感器发送的模拟量输入信号；

所述AO输出模块72，用于输出所述第二预设范围的电流信号。

所述嵌入式鼓风机控制器还包括：掉电非失存储模块81，其中，所述掉电非失存储模块与所述MCU芯片相连接；

所述掉电非失存储模块81，用于存储所述嵌入式鼓风机控制器中的控制参数。

需要说明的是，上述的掉电非失存储模块包括EEPROM，FLASH，FRAM等模块。

实施例二：

本发明实施例还提供了一种多协议的嵌入式鼓风机控制系统，如图5所示，图5为该多协议的嵌入式鼓风机控制系统的示意图，该多协议的嵌入式鼓风机控制系统包括：上述实施例一所述的嵌入式鼓风机控制器100，主控设备200，变频器300，磁轴承控制器400，冷却系统500和放空阀600，其中，所述嵌入式鼓风机控制器分别与所述主控设备，所述变频器，所述磁轴承控制器，所述冷却系统和所述放空阀相连接，鼓风机分别与所述磁轴承控制器和所述变频器相连接。

在本发明实施例中，在用户通信接口接收到多协议报文中的一种或多种报文，以及系统通信接口接收到磁悬浮鼓风机的变频器、磁悬浮鼓风机的磁轴承控制器和显示屏发送的目标报文之后，MCU芯片通过对上述报文进行解析，确定出上述报文所对应的通信协议，并生成对应通信协议的应答报文，并将该应答报文通过用户通信接口和/或系统通信接口将应答报文发送给对应的设备，通过嵌入式系统支持多协议通信的原理，达到了能够支持不同通信协议对鼓风机进行控制的目的，进而解决了现有的PLC磁悬浮鼓风机控制系统的适用性较差的技术问题，从而实现了提升磁悬浮鼓风机控制系统的适用性的技术效果。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。