本发明提供了一种支持多协议的工业无线网关系统，包括FPGA芯片模块、无线信号接收装置、网关存储设备、板卡功能设备、无线信号发送装置、网关外设接口；所述无线信号接收装置、FPGA芯片模块、无线信号发送装置依次连接，所述网关存储设备和板卡功能设备连接到FPGA芯片模块；所述板卡功能设备包括板卡电源和时钟晶振。其解决了不同厂商方案存在一系列设备兼容性问题；使用可靠性高，契合于当前工业自动化领域的全球化进程。
1.一种支持多协议的工业无线网关处理方法，其特征在于，所述工业无线网关包括FPGA芯片模块（1）、无线信号接收装置（2）、网关存储设备（7）、板卡功能设备（4）、无线信号发送装置（3）、网关外设接口（8）；所述无线信号接收装置（2）、FPGA芯片模块（1）、无线信号发送装置（3）依次连接，所述网关存储设备（7）、网关外设接口（8）和板卡功能设备（4）连接到FPGA芯片模块（1）；所述板卡功能设备（4）包括板卡电源（5）和时钟晶振（6）；
所述FPGA芯片模块包括数据接收模块、DDR3控制模块、接收数据协议类型识别模块、ISA100.11A协议输入数据转换模块、WirelessHART协议输入数据转换模块、WIA_PL协议输入数据转换模块、ISA100.11A协议输入数据解码模块、WirelessHART协议输入数据解码模块、WIA_PL协议输入数据解码模块、数据输出仲裁模块、数据发送模块；所述数据接收模块、接收数据协议类型识别模块、ISA100.11A协议输入数据转换模块、ISA100.11A协议输入数据解码模块、数据输出仲裁模块、数据发送模块依次连接；
所述数据接收模块、接收数据协议类型识别模块、WirelessHART协议输入数据转换模块、WirelessHART协议输入数据解码模块、数据输出仲裁模块、数据发送模块依次连接；
所述数据接收模块、接收数据协议类型识别模块、WIA_PA协议输入数据转换模块、WIA_PA协议输入数据解码模块、数据输出仲裁模块、数据发送模块依次连接；
所述DDR3控制模块连接到接收数据协议类型识别模块；
1）无线信号接收装置接收并转换电信号输入至板卡FPGA，数据接收模块接收数据并将其发送至输入数据协议判断模块；
2）输入数据协议判断模块驱动DDR3存储器控制模块读取存储的协议信息，随后通过协议信息判断输入的数据信息归属何种协议，并将输入数据信息发送至对应的协议数据转换模块；
3）如输入信息符合ISA100.11A协议，则ISA100.11A协议输入数据转换模块将信息按照协议拆分并提取有效信息，将提取的信息转换为16位并行数据发送至ISA100.11A协议输入数据解码模块进行解码，解码成功后发送信息至数据输出仲裁模块；
如输入信息符合WirelessHART协议，则WirelessHART协议输入数据转换模块将信息按照协议要求拆分并提取有效信息，将提取的信息转换为16位并行数据发送至WirelessHART协议输入数据解码模块进行解码，解码成功后发送信息至数据输出仲裁模块；
如输入信息符合WIA_PL协议，则WIA_PL协议输入数据转换模块将信息按照协议拆分并提取有效信息，将提取的信息转换为16位并行数据发送至WIA_PL协议输入数据解码模块进行解码，解码成功后发送信息至数据输出仲裁模块；
4）数据输出仲裁模块收到对应的协议解析结果数据流后，对数据流进行仲裁并拼接重组，随后发送至数据发送模块，由数据发送模块将数据流发送至无线信号发送设备，设备将电信号转换为无线信号后发送至用户端；数据发送模块也可根据用户需要，直接将电信号发送至千兆网口、USB接口外设满足用户需求。
2.根据权利要求是1所述的支持多协议的工业无线网关处理方法，其特征在于，所述网关外设接口（8）包括千兆网口（9）、USB接口（10）、内存卡卡槽（11）、JTAG接口（12）。
一种支持多协议的工业无线网关系统
技术领域
[0001] 本发明涉及一种支持多协议的工业无线网关系统，属于工业无线传感网络技术领域。
背景技术
[0002] 当前，随着现代通信技术和微电子技术的高速发展，无线技术日渐成熟，无线传感网络技术的应用逐步迈向工业领域。由于工业无线传感网络具备灵活性高、节点成本低、布线简单、易于维护等优势，已经受到越来越多企业的青睐。
[0003] 现阶段有多种主流工业无线传感网络通信协议，如WIA（WIA_PL），ISA100.11A，WirelessHART等国际无线标准，不同无线标准所具备的核心技术各具优势和特色，呈现三足鼎立态势。然而，遍布全球的无线服务供应商生产的工业自动化产品并不采用统一的无线网络通信协议，加之兼容多种协议的网关、协议处理芯片以及硬件引擎等核心技术的缺失，直接导致了不同厂商推出的解决方案存在一系列兼容性问题，严重阻碍了工业控制领域的全球化进程。为此，支持多协议的工业无线网关设备亟待相关领域研究者的设计和研发。
发明内容
[0004] 本发明目的是提供了一种支持多协议的工业无线网关系统，解决了不同厂商方案存在一系列设备兼容性问题；使用可靠性高，契合于当前工业自动化领域的全球化进程。
[0005] 本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：
[0006] 一种支持多协议的工业无线网关系统，包括FPGA芯片模块、无线信号接收装置、网关存储设备、板卡功能设备、无线信号发送装置、网关外设接口；所述无线信号接收装置、FPGA芯片模块、无线信号发送装置依次连接，所述网关存储设备、网关外设接口和板卡功能设备连接到FPGA芯片模块；所述板卡功能设备包括板卡电源和时钟晶振。
[0007] 所述FPGA芯片模块包括数据接收模块、DDR3控制模块、接收数据协议类型识别模块、ISA100.11A协议输入数据转换模块、WirelessHART协议输入数据转换模块、WIA_PL协议输入数据转换模块、ISA100.11A协议输入数据解码模块、WirelessHART协议输入数据解码模块、WIA_PL协议输入数据解码模块、数据输出仲裁模块、数据发送模块；所述数据接收模块、接收数据协议类型识别模块、ISA100.11A协议输入数据转换模块、ISA100.11A协议输入数据解码模块（ISA100_data_decode）、数据输出仲裁模块、数据发送模块依次连接。
[0008] 所述数据接收模块、接收数据协议类型识别模块、WirelessHART协议输入数据转换模块、WirelessHART协议输入数据解码模块、数据输出仲裁模块、数据发送模块依次连接。
[0009] 所述数据接收模块、接收数据协议类型识别模块、WIA_PA协议输入数据转换模块、WIA_PA协议输入数据解码模块、数据输出仲裁模块、数据发送模块依次连接。
[0010] 所述DDR3控制模块连接到接收数据协议类型识别模块。
[0011] 优选的，所述网关外设接口包括千兆网口、USB接口、内存卡卡槽、JTAG接口。
[0012] 一种支持多协议的工业无线网关处理方法，包括以下步骤：
[0013] 1）无线信号接收装置接收并转换电信号输入至板卡FPGA，数据接收模块接收数据并将其发送至输入数据协议判断模块；
[0014] 2）输入数据协议判断模块驱动DDR3存储器控制模块读取存储的协议信息，随后通过协议信息判断输入的数据信息归属何种协议，并将输入数据信息发送至对应的协议数据转换模块；
[0015] 3）如输入信息符合ISA100.11A协议，则ISA100.11A协议输入数据转换模块将信息按照协议拆分并提取有效信息，将提取的信息转换为16位并行数据发送至ISA100.11A协议输入数据解码模块进行解码，解码成功后发送信息至数据输出仲裁模块；
[0016] 如输入信息符合WirelessHART协议，则WirelessHART协议输入数据转换模块将信息按照协议要求拆分并提取有效信息，将提取的信息转换为16位并行数据发送至WirelessHART协议输入数据解码模块进行解码，解码成功后发送信息至数据输出仲裁模块；
[0017] 如输入信息符合WIA_PL协议，则WIA_PL协议输入数据转换模块将信息按照协议拆分并提取有效信息，将提取的信息转换为16位并行数据发送至WIA_PL协议输入数据解码模块进行解码，解码成功后发送信息至数据输出仲裁模块；
[0018] 4）数据输出仲裁模块收到对应的协议解析结果数据流后，对数据流进行仲裁并拼接重组，随后发送至数据发送模块，由数据发送模块将数据流发送至无线信号发送设备，设备将电信号转换为无线信号后发送至用户端；数据发送模块（Tx_FPGA）也可根据用户需要，直接将电信号发送至千兆网口、USB接口等外设满足用户需求。
[0019] 本发明的优点在于：本发明专利针对当前工业无线传感网络领域兼容多种协议的网关、协议解析芯片以及硬件引擎核心技术的缺失问题，全面剖析现阶段主流协议标准，开发了一种支持多协议（ISA100.11A、WirelessHART、WIA_PL）的工业无线网关设备。该系统能将无线信号接收装置输入的工业无线传感网络节点数据进行协议判断并根据不同协议类型进行转换解码，最后将处理结果发送至用户信息接收终端。本发明提出的工业无线网关设备支持现阶段主流无线传感网络协议标准，解决了不同厂商方案存在一系列设备兼容性问题；使用可靠性高，契合于当前工业自动化领域的全球化进程。
附图说明
[0020] 附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
[0021] 图1为本发明FPGA芯片模块组成结构示意图。
[0022] 图2 为本发明工作流程示意图
[0023] 图3 为本发明包含的主要元器件和工作原理示意图。
[0024] 图中：图中：1 FPGA芯片模块，2无线信号接收装置，3无线信号发送装置，4板卡功能设备，5板卡电源，6时钟晶振，7网关存储设备，8网关外设接口，9千兆网口，10USB接口，11内存卡卡槽，12JTAG接口。
具体实施方式
[0025] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
[0026] 用户首先需要确定所有工业无线传感网络节点均处于正常工作状态，打开无线网关设备电源。
[0027] 若用户接收端为可移动便携式终端设备，网关设备则直接选择无线输出模式。无线网关设备经过“输入数据接收、数据协议判断、数据按协议类别格式转换、数据按协议类别格式解码、数据仲裁处理、数据输出”等一系列操作对工业无线传感网络节点采集发送的信息进行处理。处理结果通过无线网关设备的无线信息发送装置，将信号发送至移动接收终端，由终端APP对接收信息进行展示。
[0028] 若用户接收端为PC设备，则需通过网线连接无线网关设备的千兆网口和PC端的网络输入端口，网关设备则选择有线输出模式。无线网关设备经过“输入数据接收、数据协议判断、数据按协议类别格式转换、数据按协议类别格式解码、数据仲裁处理、数据输出”等一系列操作对工业无线传感网络节点采集发送的信息进行处理。处理结果通过千兆网口将处理的信号发送至接收PC端，打开PC安装的上位机运行软件，通过可视化界面即可查看网关设备对工业无线传感网络采集的信息处理转换结果。
[0029] 一种支持多协议的工业无线网关系统，包括FPGA芯片模块1、无线信号接收装置2、网关存储设备7、板卡功能设备4、无线信号发送装置3、网关外设接口8；所述无线信号接收装置2、FPGA芯片模块1、无线信号发送装置3依次连接，所述网关存储设备7、网关外设接口8和板卡功能设备4连接到FPGA芯片模块1；所述板卡功能设备4包括板卡电源5和时钟晶振6；
[0030] 所述FPGA芯片模块包括数据接收模块、DDR3控制模块、接收数据协议类型识别模块、ISA100.11A协议输入数据转换模块、WirelessHART协议输入数据转换模块、WIA_PL协议输入数据转换模块、ISA100.11A协议输入数据解码模块、WirelessHART协议输入数据解码模块、WIA_PL协议输入数据解码模块、数据输出仲裁模块、数据发送模块；所述数据接收模块、接收数据协议类型识别模块、ISA100.11A协议输入数据转换模块、ISA100.11A协议输入数据解码模块（ISA100_data_decode）、数据输出仲裁模块、数据发送模块依次连接；
[0031] 所述数据接收模块、接收数据协议类型识别模块、WirelessHART协议输入数据转换模块、WirelessHART协议输入数据解码模块、数据输出仲裁模块、数据发送模块依次连接；
[0032] 所述数据接收模块、接收数据协议类型识别模块、WIA_PA协议输入数据转换模块、WIA_PA协议输入数据解码模块、数据输出仲裁模块、数据发送模块依次连接；
[0033] 所述DDR3控制模块连接到接收数据协议类型识别模块。
[0034] 所述网关外设接口8包括千兆网口9、USB接口10、内存卡卡槽11、JTAG接口12。
[0035] 一种支持多协议的工业无线网关处理方法，经无线信号接收装置接收并转换的电信号输入至板卡FPGA后，数据接收模块（Rx_FPGA）接收数据并将其发送至输入数据协议判断模块（Data_verdict），输入数据协议判断模块（Data_verdict）驱动DDR3存储器控制模块（DDR3_control）读取存储的协议信息，随后通过读取的协议信息判断输入的数据信息归属何种协议，并将输入数据信息发送至对应的协议数据转换模块；如输入信息符合ISA100.11A协议，则ISA100.11A协议输入数据转换模块（ISA100_data_parallel）将信息按照协议拆分并提取有效信息，将提取的信息转换为16位并行数据发送至ISA100.11A协议输入数据解码模块（ISA100_data_decode）进行解码，解码成功后发送信息至数据输出仲裁模块（Tx_arbiter）；如输入信息符合WirelessHART协议，则WirelessHART协议输入数据转换模块（WirelessHART_data_parallel）将信息按照协议要求拆分并提取有效信息，将提取的信息转换为16位并行数据发送至WirelessHART协议输入数据解码模块（WirelessHART_data_decode）进行解码，解码成功后发送信息至数据输出仲裁模块（Tx_arbiter）；类似的，如输入信息符合WIA_PL协议，则WIA_PL协议输入数据转换模块（WIA_PL_data_parallel）将信息按照协议拆分并提取有效信息，将提取的信息转换为16位并行数据发送至WIA_PL协议输入数据解码模块（WIA_PL_data_decode）进行解码，解码成功后发送信息至数据输出仲裁模块（Tx_arbiter）；数据输出仲裁模块（Tx_arbiter）收到对应的协议解析结果数据流后，对数据流进行仲裁并拼接重组，随后发送至数据发送模块（Tx_FPGA），由数据发送模块将数据流发送至无线信号发送设备，设备将电信号转换为无线信号后发送至用户端；类似的，数据发送模块（Tx_FPGA）也可根据用户需要，直接将电信号发送至千兆网口、USB接口等外设满足用户需求；具体工业无线网关设备正常工作流程图如图2所示。
