專利名稱：基于無線技術(shù)的現(xiàn)場總線協(xié)議轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種協(xié)議轉(zhuǎn)換器，特別涉及一種無線協(xié)議到現(xiàn)場總線協(xié)議轉(zhuǎn)換
O
背景技術(shù)：
近年來無線短程網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得到了很大發(fā)展，特別是Zigbee技術(shù)規(guī)范得到了不斷 的發(fā)展；目前這種無線通訊技術(shù)規(guī)范均屬于WPAN(無線區(qū)域個(gè)人網(wǎng)絡(luò))范疇，它的物理層使 用IEEE802. 15. 4技術(shù)規(guī)范，在物理層使用IEEE802. 15. 4無線通訊技術(shù)在家庭無線網(wǎng)絡(luò)、醫(yī) 療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)、工業(yè)現(xiàn)場無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。ZigBee技術(shù)為立刻更好的適用 于工業(yè)環(huán)境中，推出了專門針對工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用的ZigBee2007版協(xié)議。目前，工業(yè)控制領(lǐng)域，大量使用PLC和DCS來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和狀態(tài)監(jiān)測。但是這種 方式需要大量電纜，非常不便于維護(hù)。隨后，現(xiàn)場總線技術(shù)不斷發(fā)展，特別是以ftx)fibUS DP 和hdustry Khernet為代表的現(xiàn)場總線技術(shù)。它節(jié)省了接線量，使得監(jiān)測系統(tǒng)更為便利。 然而在一些布線困難的特殊工業(yè)現(xiàn)場，現(xiàn)場總線無法滿足需求。這時(shí)候我們需要引入無線 技術(shù)來輔助。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型是針對現(xiàn)在工業(yè)現(xiàn)場總線在無法布線從而無法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)測的問題， 提出了一種基于無線技術(shù)的現(xiàn)場總線協(xié)議轉(zhuǎn)換器，研發(fā)一種基于IEEE802. 15. 4的Zigbee RftOfibus DP和hdustry Ethernet的無線至工業(yè)現(xiàn)場總線協(xié)議轉(zhuǎn)換器，使得工業(yè)現(xiàn)場 的某些數(shù)據(jù)能夠通過Zigbee無線傳輸方式接入到有線的現(xiàn)場總線中。本實(shí)用新型的技術(shù)方案為一種基于無線技術(shù)的現(xiàn)場總線協(xié)議轉(zhuǎn)換器，包括現(xiàn)場 總線模塊、無線模塊和電源管理模塊，現(xiàn)場總線模塊和無線模塊插接在擴(kuò)展底板上，現(xiàn)場總 線模塊通過UART 口接收并處理無線模塊的Zigbee無線數(shù)據(jù)，通過現(xiàn)場總線模塊上的以太 網(wǎng)接口或RS485接口上傳到工業(yè)以太網(wǎng)或ftOfibus DP總線，同時(shí)通過無線模塊將信息輸 出，電源管理模塊為各模塊提供所需直流電源，擴(kuò)展底板上帶有調(diào)試接口。所述現(xiàn)場總線模塊包括NetIC芯片組、存儲(chǔ)電路、晶振電路、電源處理電路、以太 網(wǎng)接口，RS485接口，以太網(wǎng)接口在NetIC芯片內(nèi)置以太網(wǎng)MAC的基礎(chǔ)上，在總線模塊上外 接了物理層芯片和RJ45接口組成，RS485接口在NetIC芯片內(nèi)置ftx)fibuS協(xié)議棧的基礎(chǔ) 上，在總線模塊上外接了物理層芯片和RS485接口組成。所述無線模塊包括CCM30無線通信芯片、晶振電路以及外接SMA天線及PCB天線。本實(shí)用新型的有益效果在于本實(shí)用新型基于無線技術(shù)的現(xiàn)場總線協(xié)議轉(zhuǎn)換器， 此轉(zhuǎn)換器基于IEEE802. 15. 4，使用的是2. 4G免費(fèi)公用頻段，具有很好的安全性和可靠性。 具有低功耗、低成本的特點(diǎn)，可以為工業(yè)現(xiàn)場提供方面快捷的無線數(shù)據(jù)采集，它節(jié)省了接線 量，使得監(jiān)測系統(tǒng)更為便利。

圖1為本實(shí)用新型基于無線技術(shù)的現(xiàn)場總線協(xié)議轉(zhuǎn)換器硬件結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本實(shí)用新型無線協(xié)議到現(xiàn)場總線協(xié)議轉(zhuǎn)換器中Zigbee轉(zhuǎn)ftx)fibuS DP協(xié) 議轉(zhuǎn)換圖；圖3為本實(shí)用新型無線協(xié)議到現(xiàn)場總線協(xié)議轉(zhuǎn)換器中Zigbee轉(zhuǎn)hdustry Ethernet協(xié)議轉(zhuǎn)換圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，本實(shí)用新型中的無線協(xié)議到現(xiàn)場總線協(xié)議轉(zhuǎn)換器包括現(xiàn)場總線模 塊、無線模塊和電源管理模塊三部分?，F(xiàn)場總線模塊包括NetIC芯片組、存儲(chǔ)電路、晶振電 路、電源處理電路、以太網(wǎng)接口，RS485接口。設(shè)計(jì)為NetIC芯片最小系統(tǒng)，使用4層PCB板 設(shè)計(jì)。作為一個(gè)完整的單片模塊，其片上已經(jīng)集成了現(xiàn)場總線和實(shí)時(shí)以太網(wǎng)通訊接口所需 要的所有元件，通過加載不同的可加載固件，就可以實(shí)現(xiàn)各種現(xiàn)場總線與實(shí)時(shí)以太網(wǎng)系統(tǒng)。 根據(jù)需要，通訊數(shù)據(jù)可以通過讀寫命令實(shí)現(xiàn)串口協(xié)議，通過Modbus RTU串口協(xié)議，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場 總線模塊與無線模塊的交互；無線模塊為一個(gè)Zigbee芯片最小系統(tǒng)，包括CCM30無線通信 芯片、晶振電路以及外接SMA天線及PCB天線，具備無線通訊能力。CCM30與NetIC之間使 用UART總線通訊NetIC為Modbus RTU主站，CC2430為Modbus RTU從站；現(xiàn)場總線模塊、 無線模塊插在擴(kuò)展底板上，在擴(kuò)展底板上擴(kuò)展電源電路、調(diào)試接口等電路?？紤]到裝置應(yīng)用 于工業(yè)場合，需要很寬的工作溫度范圍和穩(wěn)定性，所以在各個(gè)模塊和器件的選型時(shí)均使用 工業(yè)級(jí)元件并進(jìn)行抗干擾測試和老化實(shí)驗(yàn)。電源部分的設(shè)計(jì)為電源5V直流輸入，經(jīng)過LDO芯片TPS76333和TPS76318分別 變壓為3. 3V和1.8V，為板上芯片、外設(shè)以及內(nèi)核供電。以太網(wǎng)接口電路的設(shè)計(jì)=NetIC芯片內(nèi)置以太網(wǎng)MAC，在現(xiàn)場總線模塊上外接了物 理層芯片和RJ45接口。Profibus DP接口設(shè)計(jì)=NetIC芯片內(nèi)置ftx)fibuS協(xié)議棧，在現(xiàn)場總線模塊上外接 了物理層芯片和RS485接口。軟件部分的實(shí)施步驟由底層到高層依次包括固件加載、無線系統(tǒng)加載和協(xié)議轉(zhuǎn)換 設(shè)計(jì)等。以下為各步驟的具體介紹固件加載netIC是一塊支持現(xiàn)場總線與實(shí)時(shí)以太網(wǎng)接口的DIL-32模塊，作為 一個(gè)完整的單片模塊，其片上已經(jīng)集成了現(xiàn)場總線和實(shí)時(shí)以太網(wǎng)通訊接口所需要的所有元 件，通過加載不同的可加載固件，就可以實(shí)現(xiàn)各種現(xiàn)場總線與實(shí)時(shí)以太網(wǎng)系統(tǒng)。根據(jù)需要， 通訊數(shù)據(jù)可以通過讀寫命令實(shí)現(xiàn)串口協(xié)議，通過Modbus RTU串口協(xié)議，實(shí)現(xiàn)netIC模塊與 無線模塊的交互。協(xié)議轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)無線模塊接收到NetIC傳送的數(shù)據(jù)包后，對其按照IEEE 802. 15.4 Zigbee通訊協(xié)議解包，通過UART總線與NetIC進(jìn)行通訊，傳送數(shù)據(jù)包，然后經(jīng)過 NetIC內(nèi)運(yùn)行的協(xié)議轉(zhuǎn)換程序進(jìn)行處理。Zigbee與Profibus DP和hdustry Ethernet協(xié) 議轉(zhuǎn)換模型如圖2圖3所示。協(xié)議轉(zhuǎn)換程序?qū)CM30發(fā)送的數(shù)據(jù)包按照LLC層、MAC層重 新進(jìn)行封裝，打包成現(xiàn)場總線能夠接受的ftOfibus DP和hdustry Khernet協(xié)議協(xié)議，最后通過物理層接口把數(shù)據(jù)包傳送到現(xiàn)場總線上。數(shù)據(jù)流向相反時(shí)原理相同，這樣就實(shí)現(xiàn)了 兩種協(xié)議的轉(zhuǎn)換和兩種網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)。
權(quán)利要求1.一種基于無線技術(shù)的現(xiàn)場總線協(xié)議轉(zhuǎn)換器，其特征在于，包括現(xiàn)場總線模塊、無線模 塊和電源管理模塊，現(xiàn)場總線模塊和無線模塊插接在擴(kuò)展底板上，現(xiàn)場總線模塊通過UART 口接收并處理無線模塊的Zigbee無線數(shù)據(jù)，通過現(xiàn)場總線模塊上的以太網(wǎng)接口或RS485接 口上傳到工業(yè)以太網(wǎng)或ftOfibus DP總線，同時(shí)通過無線模塊將信息輸出，電源管理模塊為 各模塊提供所需直流電源，擴(kuò)展底板上帶有調(diào)試接口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于無線技術(shù)的現(xiàn)場總線協(xié)議轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述現(xiàn)場 總線模塊包括NetIC芯片組、存儲(chǔ)電路、晶振電路、電源處理電路、以太網(wǎng)接口，RS485接口， 以太網(wǎng)接口在NetIC芯片內(nèi)置以太網(wǎng)MAC的基礎(chǔ)上，在總線模塊上外接了物理層芯片和 RJ45接口組成，RS485接口在NetIC芯片內(nèi)置ftx)fibuS協(xié)議棧的基礎(chǔ)上，在總線模塊上外 接了物理層芯片和RS485接口組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于無線技術(shù)的現(xiàn)場總線協(xié)議轉(zhuǎn)換器，其特征在于，無線模塊 包括CCM30無線通信芯片、晶振電路以及外接SMA天線及PCB天線。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種基于無線技術(shù)的現(xiàn)場總線協(xié)議轉(zhuǎn)換器，現(xiàn)場總線模塊和無線模塊插接在擴(kuò)展底板上，現(xiàn)場總線模塊通過UART口接收并處理無線模塊的Zigbee無線數(shù)據(jù)，通過現(xiàn)場總線模塊上的以太網(wǎng)接口或RS485接口上傳到工業(yè)以太網(wǎng)或ProfibusDP總線，同時(shí)通過無線模塊將信息輸出，電源管理模塊為各模塊提供所需直流電源，擴(kuò)展底板上帶有調(diào)試接口。具有很好的安全性和可靠性。具有低功耗、低成本的特點(diǎn)，可以為工業(yè)現(xiàn)場提供方便快捷的無線數(shù)據(jù)采集，它節(jié)省了接線量，使得監(jiān)測系統(tǒng)更為便利。
文檔編號(hào)H04L29/06GK201904810SQ20102067040
公開日2011年7月20日 申請日期2010年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月21日
發(fā)明者凌志浩, 盧敏, 彭瑜, 涂煊 申請人:上海工業(yè)自動(dòng)化儀表研究院