基於無線技術的現場總線協議轉換器的製作方法
2023-07-22 00:56:26
專利名稱：基於無線技術的現場總線協議轉換器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種協議轉換器，特別涉及一種無線協議到現場總線協議轉換
O
背景技術：
近年來無線短程網絡技術得到了很大發展，特別是Zigbee技術規範得到了不斷 的發展；目前這種無線通訊技術規範均屬於WPAN(無線區域個人網絡)範疇，它的物理層使 用IEEE802. 15. 4技術規範，在物理層使用IEEE802. 15. 4無線通訊技術在家庭無線網絡、醫 療監護系統、工業現場無線監控網絡具有廣泛的應用價值。ZigBee技術為立刻更好的適用 於工業環境中，推出了專門針對工業環境下應用的ZigBee2007版協議。目前，工業控制領域，大量使用PLC和DCS來實現數據採集和狀態監測。但是這種 方式需要大量電纜，非常不便於維護。隨後，現場總線技術不斷發展，特別是以ftx)fibUS DP 和hdustry Khernet為代表的現場總線技術。它節省了接線量，使得監測系統更為便利。 然而在一些布線困難的特殊工業現場，現場總線無法滿足需求。這時候我們需要引入無線 技術來輔助。
發明內容本實用新型是針對現在工業現場總線在無法布線從而無法實現數據監測的問題， 提出了一種基於無線技術的現場總線協議轉換器，研發一種基於IEEE802. 15. 4的Zigbee RftOfibus DP和hdustry Ethernet的無線至工業現場總線協議轉換器，使得工業現場 的某些數據能夠通過Zigbee無線傳輸方式接入到有線的現場總線中。本實用新型的技術方案為一種基於無線技術的現場總線協議轉換器，包括現場 總線模塊、無線模塊和電源管理模塊，現場總線模塊和無線模塊插接在擴展底板上，現場總 線模塊通過UART 口接收並處理無線模塊的Zigbee無線數據，通過現場總線模塊上的以太 網接口或RS485接口上傳到工業乙太網或ftOfibus DP總線，同時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，擴展底板上帶有調試接口。所述現場總線模塊包括NetIC晶片組、存儲電路、晶振電路、電源處理電路、以太 網接口，RS485接口，乙太網接口在NetIC晶片內置乙太網MAC的基礎上，在總線模塊上外 接了物理層晶片和RJ45接口組成，RS485接口在NetIC晶片內置ftx)fibuS協議棧的基礎 上，在總線模塊上外接了物理層晶片和RS485接口組成。所述無線模塊包括CCM30無線通信晶片、晶振電路以及外接SMA天線及PCB天線。本實用新型的有益效果在於本實用新型基於無線技術的現場總線協議轉換器， 此轉換器基於IEEE802. 15. 4，使用的是2. 4G免費公用頻段，具有很好的安全性和可靠性。 具有低功耗、低成本的特點，可以為工業現場提供方面快捷的無線數據採集，它節省了接線 量，使得監測系統更為便利。
圖1為本實用新型基於無線技術的現場總線協議轉換器硬體結構框圖；圖2為本實用新型無線協議到現場總線協議轉換器中Zigbee轉ftx)fibuS DP協 議轉換圖；圖3為本實用新型無線協議到現場總線協議轉換器中Zigbee轉hdustry Ethernet協議轉換圖。
具體實施方式
如圖1所示，本實用新型中的無線協議到現場總線協議轉換器包括現場總線模 塊、無線模塊和電源管理模塊三部分。現場總線模塊包括NetIC晶片組、存儲電路、晶振電 路、電源處理電路、乙太網接口，RS485接口。設計為NetIC晶片最小系統，使用4層PCB板 設計。作為一個完整的單片模塊，其片上已經集成了現場總線和實時乙太網通訊接口所需 要的所有元件，通過加載不同的可加載固件，就可以實現各種現場總線與實時乙太網系統。 根據需要，通訊數據可以通過讀寫命令實現串口協議，通過Modbus RTU串口協議，實現現場 總線模塊與無線模塊的交互；無線模塊為一個Zigbee晶片最小系統，包括CCM30無線通信 晶片、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；現場總線模塊、 無線模塊插在擴展底板上，在擴展底板上擴展電源電路、調試接口等電路。考慮到裝置應用 於工業場合，需要很寬的工作溫度範圍和穩定性，所以在各個模塊和器件的選型時均使用 工業級元件並進行抗幹擾測試和老化實驗。電源部分的設計為電源5V直流輸入，經過LDO晶片TPS76333和TPS76318分別 變壓為3. 3V和1.8V，為板上晶片、外設以及內核供電。乙太網接口電路的設計=NetIC晶片內置乙太網MAC，在現場總線模塊上外接了物 理層晶片和RJ45接口。Profibus DP接口設計=NetIC晶片內置ftx)fibuS協議棧，在現場總線模塊上外接 了物理層晶片和RS485接口。軟體部分的實施步驟由底層到高層依次包括固件加載、無線系統加載和協議轉換 設計等。以下為各步驟的具體介紹固件加載netIC是一塊支持現場總線與實時乙太網接口的DIL-32模塊，作為 一個完整的單片模塊，其片上已經集成了現場總線和實時乙太網通訊接口所需要的所有元 件，通過加載不同的可加載固件，就可以實現各種現場總線與實時乙太網系統。根據需要， 通訊數據可以通過讀寫命令實現串口協議，通過Modbus RTU串口協議，實現netIC模塊與 無線模塊的交互。協議轉換設計無線模塊接收到NetIC傳送的數據包後，對其按照IEEE 802. 15.4 Zigbee通訊協議解包，通過UART總線與NetIC進行通訊，傳送數據包，然後經過 NetIC內運行的協議轉換程序進行處理。Zigbee與Profibus DP和hdustry Ethernet協 議轉換模型如圖2圖3所示。協議轉換程序將CCM30發送的數據包按照LLC層、MAC層重 新進行封裝，打包成現場總線能夠接受的ftOfibus DP和hdustry Khernet協議協議，最後通過物理層接口把數據包傳送到現場總線上。數據流向相反時原理相同，這樣就實現了 兩種協議的轉換和兩種網絡的互聯。
權利要求1.一種基於無線技術的現場總線協議轉換器，其特徵在於，包括現場總線模塊、無線模 塊和電源管理模塊，現場總線模塊和無線模塊插接在擴展底板上，現場總線模塊通過UART 口接收並處理無線模塊的Zigbee無線數據，通過現場總線模塊上的乙太網接口或RS485接 口上傳到工業乙太網或ftOfibus DP總線，同時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，擴展底板上帶有調試接口。
2.根據權利要求1所述基於無線技術的現場總線協議轉換器，其特徵在於，所述現場 總線模塊包括NetIC晶片組、存儲電路、晶振電路、電源處理電路、乙太網接口，RS485接口， 乙太網接口在NetIC晶片內置乙太網MAC的基礎上，在總線模塊上外接了物理層晶片和 RJ45接口組成，RS485接口在NetIC晶片內置ftx)fibuS協議棧的基礎上，在總線模塊上外 接了物理層晶片和RS485接口組成。
3.根據權利要求1所述基於無線技術的現場總線協議轉換器，其特徵在於，無線模塊 包括CCM30無線通信晶片、晶振電路以及外接SMA天線及PCB天線。
專利摘要本實用新型涉及一種基於無線技術的現場總線協議轉換器，現場總線模塊和無線模塊插接在擴展底板上，現場總線模塊通過UART口接收並處理無線模塊的Zigbee無線數據，通過現場總線模塊上的乙太網接口或RS485接口上傳到工業乙太網或ProfibusDP總線，同時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，擴展底板上帶有調試接口。具有很好的安全性和可靠性。具有低功耗、低成本的特點，可以為工業現場提供方便快捷的無線數據採集，它節省了接線量，使得監測系統更為便利。
文檔編號H04L29/06GK201904810SQ20102067040
公開日2011年7月20日 申請日期2010年12月21日 優先權日2010年12月21日
發明者凌志浩, 盧敏, 彭瑜, 塗煊 申請人:上海工業自動化儀表研究院