基於EtherNet/IP協議的具有短路保護自診斷功能的遠程I/O模塊的製作方法

2023-06-13 20:30:21

專利名稱：基於EtherNet/IP協議的具有短路保護自診斷功能的遠程I/O模塊的製作方法
技術領域：
本發明涉及通信以及嵌入式系統應用技術領域，特別是涉及一種具有短路保護與 自診斷功能的基於Khernet/IP工業乙太網協議的I/O模塊。
背景技術：
近年來，隨著乙太網技術在工業控制領域的廣泛應用，Ethernet/IP作為解決網絡 中數據傳輸速率低、缺乏透明度、軟體和維護費用高等問題的工業乙太網新方案，得到越來 越多的關注。Ethernet/IP是一個完全開放的技術，這種開放性使其很快的在世界範圍內得 以推廣，國內外的許多大公司和研究機構看到這方面的商機，紛紛著手進行研究。
國內，對於Khernet/IP通信接口的研究工作尚處於起步階段，方法和手段都在 摸索。因此仍面臨研究成本高、數據通信報文利用率低、實時性和穩定性差等諸多問題。
EtherNet/IP採用標準的KherNet和TCP/IP技術來傳送CIP通信包，以UDP/IP 和TCP/IP分別封裝I/O信息和顯式信息，可以保證提供不同網絡性能要求的數據通信服 務，還使工業自動化和控制設備具有互操作性和互換性，因此KherNet/IP是一種理想的 自動化的乙太網標準。通用並且開放的應用層協議CIP加上已經被廣泛使用的KherNet 和TCP/IP協議就構成EtherNet/IP協議的體系結構。
目前，為了進行設備之間的通信，傳統的I/O模塊需要通過導線將設備外部端點 與控制器端點一對一連接，這種硬接線的連接方式需要耗費大量的精力進行現場組裝與調 試，且隨著系統的複雜程度會增加大量的硬接線成本。發明內容
本發明的目的是克服現有技術存在的上述不足，提供一種基於EtherNet/IP協議 的具有短路保護自診斷功能的遠程I/O模塊。
由於S3C2440是BGA封裝，其實際布線需要6層以上板才能實現，而和ARM連接的 其他晶片一般都只需要兩層板就能實現，所以在硬體布線的時候為了節省成本分為核心板 和底板兩塊。
本發明提供的基於KherNet/IP協議的具有短路保護自診斷功能的遠程I/O模塊 包括
核心板單元，用於提供整個系統平臺的核心微處理器以及內存和快閃記憶體；
底板單元，是平臺的外圍電路，用於與外聯設備進行通信，在I/O接口電路短路 時，斷開電源給予短路保護，並顯示I/O接口狀態；
所述核心板單元包括
微處理器S3C2440A，是基於ARM920T內核的16/32位RISC嵌入式微處理器，運行 在400MHz，是一款多用途的通用晶片，其內部集成了微處理器和常用外圍組件；
FLASH，是一種在系統編程期間存儲的信息不會在系統掉電後丟失的程序存儲器，具有低功耗、大容量、擦寫速度快、可整片或分扇編程(燒寫)和擦除的特點，且可由內部嵌 入的算法完成對晶片的操作；
三星K9F2G08U0B-PCB0是NAND型FLASH，數據存儲容量為256MB，預留存測試數 據，寫快讀慢，還有2M的NOR型FLASH，構成雙FLASH啟動。
SDRAM，是同步動態隨機存儲器，工作時需要同步時鐘，內部的命令的發送與數據 的傳輸都以它為基準，需要不斷的刷新存儲陣列來保證數據不丟失，並且其數據不是線性 依次存儲，而是自由指定地址進行數據讀寫，與FLASH存儲期相比，不具備掉電保持數據的 特性，但其存取速度大大高於FLASH存儲器，且具有讀、寫屬性，用於在系統中做程序的運 行空間、數據及堆棧區。
MT48LC16M16A2P 是 64MB 的 SDRAM 晶片。
電源電路，S3CM40微處理器，包括有電源開關和指示燈，經可帶載1. 5A的低壓差 線性穩壓源AS1117AR-3.3IC晶片穩壓，提供模塊所需要的3.3V電源。核心板上微處理器 內核電壓(1.25V)採用低噪聲、低壓差線性穩壓源MAX8860EUA穩壓晶片。它工作在300MHz 時內核工作電壓為1.2V，工作在400MHz時內核工作電壓為1.3V，但其片內功能模塊的工 作電壓為1.8V*3.3V。外接的是5V直流電源，所以需要完成5V到3. 3V，3. 3V到1. 8V和 1. 2V電壓的轉換；
系統復位電路，MAX811是一款連接比較簡單的手動復位晶片，nMR引腳接開關， nRESET引腳接微處理器的復位引腳。系統復位電路第一功能是上電復位。一般微機電路正 常工作需要供電電源為5V士5%，即4. 75 5. 25V。由於微機電路是時序數字電路，它需要 穩定的時鐘信號，因此在電源上電時，只有當VCC超過4. 75V低於5. 25V以及晶體振蕩器穩 定工作時，復位信號才被撤除，微機電路開始正常工作；
所述底板單元包括有
JTAG接口電路，採用2. Omm間距的10引腳調試接口電路，減少了底板的佔用面積， 方便用戶二次開發，S3C2440晶片內部有JTAG核，因此，可以通過外部JTAG調試電纜或仿 真器與開發板系統連接調試。JTAG接口是4線TMS、TCK、TDI、TD0，分別為模式選擇、時鐘、 數據輸入和數據輸出線，S3C2440處理器內部已提供了對JTAG的支持，因此只需要按照電 氣規範直接連接即可；
串口電路，即通用的異步收發器(UART)的接口電路，用於數據間基於串行數據 總線標準的數據傳輸；它將TTL到RS232的電平轉換實現RS232接口，使用電子工業協會 (EIA)推薦的RS-232-C串行數據總線傳輸標準，其採用的接頭是9芯的D型插頭，採用負邏 輯方式，通信時使用MAX232電平轉換電路。
乙太網接口電路，包括有DM9000乙太網處理晶片，乙太網模塊有下面三個主要構 件組成硬體電纜、接頭以及與數據包交換計算機網絡傳送數據的電路；一個乙太網包，即 在網絡中被傳送的數據單元，通過RJ45網絡接口傳送到硬體電纜上，然後在乙太網中由以 太網訪問秩序協議(CSMA/⑶)來控制數據包的傳送和流動；
核心板接口電路，與核心板相連接，用於核心板和底板的連接，該電路連通後，核 心板和底板將構成一個整體。
輸入接口電路，可為外聯對象的輸入接口進行供電，向微處理器提供所輸入的現 場數據，並在發生短路時，切斷電源，而在短路故障排除後恢復供電；
用於接收核心板上的微處理器下發的數據，並根據這些數據為外聯設備的輸出口 供電，在發生短路時，切斷電源，在短路故障完全排除後恢復正常運行狀態；
輸入狀態診斷電路，用於診斷輸入接口電路是否發生短路，並在發生短路故障的 時候輸出診斷信號。
輸出狀態診斷電路，用於診斷輸出接口電路是否發生短路，並在發生短路故障的 時候輸出診斷信號。
優選地，所述輸入接口電路包括有功率開關晶片TS4141，該功率開關晶片TS4141 一端接輸入接口，另一端連接核心板上的電源電路，所述輸入接口可接傳感器或機械開 關模塊，所述輸入接口接光耦PC817，所述光耦PC817的輸出端接三態雙向總線收發器 74LSM5，所述三態雙向總線收發器74LS245的輸出端接核心板上的微處理器S3C2440。
優選地，所述輸出接口電路包括有三態雙向總線收發器74LS273，所述三態雙向 總線收發器74LS273的輸入端接核心板上的微處理器S3C2440，其輸出端接三極體Ql的 基極，所述三極體Ql的發射極接地，集電極接光耦PC817，所述光耦PC817的輸出端接功率 開關晶片TS4141，該功率開關晶片TS4141 —端接輸出接口，另一端與核心板上的電源相連 接，所述輸出接口可接多種執行器。
優選地，所述輸入狀態診斷電路和輸出狀態診斷電路中包括有電壓比較器 LM311，所述電壓比較器LM311的負信號端接輸入接口電路或輸出接口電路的電源正端，其 正端電壓恆定，所述電壓比較器LM311的輸出端短路LED提示燈。
本發明的優點和積極效果
本發明模塊可在嵌入式系統中運行基於Khernet/IP協議的程序，完成數據報 文在乙太網絡中的通信傳輸功能。可直接接入標準的Khernet/IP網絡，方便與各種 Ethernet/IP掃描器進行組態，實現遠程輸入和輸出(I/O)數據與診斷信息的實時上傳，且 具有短路保護與自診斷功能，當接口電路發生短路故障時可自動切斷電源，防止因短路電 流將電路燒毀，並提供自診斷信息，方便維護人員進行模塊的故障監控和排查，當短路故障 排除後模塊可自動恢復正常工作，因此本發明具有很大的現實意義。


圖1為本發明提供的一種基於KherNet/IP協議的數據通信接口硬體平臺的總體 結構圖2為圖1中核心板電路中S3C2440A微處理器電路的電路圖3為圖1中核心板電路中Flash電路的電路圖4為圖1中核心板電路中SDRAM電路的電路圖5為圖1中底板電路中電源電路的電路圖6為圖1中底板電路中系統復位電路的電路圖7為圖1中底板電路中JTAG接口電路的電路圖8為圖1中底板電路中串口電路的電路圖9為圖1中底板電路中乙太網晶片DM9000電路的電路圖
圖10為圖1中底板電路中乙太網接口電路的電路圖11為圖1中底板電路中底板與核心板接口電路的電路圖12為圖1中底板電路中輸入接口電路的電路圖13為圖1中底板電路中輸出接口電路的電路圖14為圖1中底板電路中輸入狀態診斷電路的電路圖15為圖1中底板電路中輸出狀態診斷電路的電路圖。
具體實施方式
為了使本技術領域的人員更好地理解本發明方案，下面結合附圖和實施方式對本 發明進行說明。
圖1為本發明提供的一種基於Khernet/IP工業乙太網協議的具有短路保護自診 斷功能的遠程I/O模塊的硬體平臺的總體結構圖。參見圖1，本發明提供的硬體平臺包括核 心板101和底板102，其中
核心板101，用於提供整個系統平臺的核心微處理器以及內存和快閃記憶體，是底板102 運行必不可少的部分，微處理器中可嵌入作業系統，完成程序數據的燒寫(編程)、存儲、管 理等功能，是整個硬體平臺的核心；
底板102，與核心板101通過底板上的核心板接口電路IOM相連接，是平臺的外 圍電路，用於提供數據傳輸接口，網絡接口等附加功能，完成數據通信傳輸過程中的具體工 作，並將數據輸入狀態和/或輸出狀態反饋給核心板101。
在本發明中，所述核心板101包括有
微處理器S3C2440A 1011，是基於ARM920T內核的16/32位RISC嵌入式微處理器， 運行在400MHz，是一款多用途的通用晶片，其內部集成了微處理器和常用外圍組件。參見圖 2，圖2為S3CM40A電路的電路具體實現上，所述微處理器S3C2440A 1011的頻率是400MHz，其ARM920T核由 ARM9TDMI、存儲管理單元(MMU)和高速緩存三部分組成。其中，MMU可以管理虛擬內存，高 速緩存有獨立的16KB地址和16KB數據高速Cache組成。ARM920T有兩個內部協處理器 CP14和CP15，CP14用於調試控制，CP15用於存儲系統控制以及測試控制。
微處理器S3C2440A 1011與Khernet網絡中的其他節點之間進行數據通信具體 為所述微處理器S3C2440A 1011接收來自Khernet網絡中的報文並進行解析，以及將要 發送給Khernet網絡中的報文進行打包，以符合Ethernet/IP協議規範。
需要說明的是，按照Ethernet/IP協議規範，Ethernet網絡中傳輸的報文分為報 文頭和有效數據兩部分。因此，微控制器S3C2440A 1011在接收到總線報文後，需要將報文 頭和有效數據拆解，從報文頭中判斷該報文的類型，源節點地址等，而從有效數據中獲取所 需要的具體數據，上述過程即為數據報文的解析過程。同理，當微控制器S3C2440A 1011需 要向Khernet網絡中傳輸其內部的報文時，需要對該報文進行封裝(即打包)，使該報文具 備相關的報文頭(該報文頭包含本節點或目標節點地址、信息類型等)，然後再向Khernet 網絡中發送。
需要說明的是，微處理器S3C2440A在初始上電後，所有參數的狀態都需要有一個 初始值，這樣才能在一個初始狀態下進入正常工作狀態。在微控制器S3C2440A開始執行 時，需將相關參數如節點地址、主站地址、通信波特率、定時器初始記數值、CSMA/CD控制寄 存器初始值等參數寫入微控制器S3C2440A，只有這樣才能開始運行。因此需要在專用寄存7器中運行BootLoader引導程序，從而完成初始化。
FLASH電路1012，與微處理器S3C2440A 1011通過地址線和數據線相連接，用於 存儲程序，並能在系統編程期間保證存儲的信息不會在系統掉電後丟失，參見圖3，圖3為 FLASH電路的電路SDRAM 1013，與微處理器S3C2440A 1011通過地址線和數據線相連接，用於存儲 數據但不具備掉電保持數據的特性，參見圖4，圖4為SDRAM電路的電路電源電路1014，與核心板連接，用於為整個平臺提供穩定的電源，保證平臺可以正常工作；
具體實現上，其電壓設計採用5V輸入，板上帶電源開關和指示燈，經可帶載1.5A 的低壓差線性穩壓源AS1117AR-3.3IC晶片穩壓，提供給板子所需要的3.3V電源。在核心 板上微處理器內核電壓(1.25V)採用低噪聲、低壓差線性穩壓源MAX8860EUA穩壓晶片；參 見圖5，圖5為電源電路的電路需要說明的是，本發明中，在5V供電處添加一個保險絲用於防止過流導致板子損 壞，保險絲損壞後，需更換一個新的保險絲，保險絲採用的是2A的。
系統復位電路1015，與核心板連接，用於確保微機系統中電路穩定可靠工作；
具體實現上，為了能發揮高效的電源監控作用，選取了專門的系統監視復位晶片 MAX811S，實現對電源電壓的監控和手動復位操作。該晶片性能優良，一旦系統電源低於系 統復位的閥值(2. 93V)，復位晶片MAX811S將會對系統進行復位；參見圖6，圖6為系統復位 電路的電路在本發明中，底板102包括有
JTAG電路1021，用於晶片的測試，允許多個器件通過JTAG接口串連在一起，實現 對各個器件的分別測試，JTAG接口還常用於實現ISPan-System Programmable，在線編 程)，對FLASH等器件進行編程；
具體實現上，採用2. Omm間距的10腳調試接口電路，減少了底板的佔用面積，方便 用戶的二次開發，S3C2440晶片內部有JTAG核，因此，可以通過外部JTAG調試電纜或仿真 器與本硬體平臺系統連接調試；參見圖7，圖7為JTAG電路的電路串口電路1022，即通用的異步收發器(UART)的接口電路，用於數據間基於串行數 據總線標準的數據傳輸；它將TTL到RS232的電平轉換實現RS232接口，使用電子工業協會 (EIA)推薦的RS-232-C串行數據總線傳輸標準，其採用的接頭是9芯的D型插頭，採用負邏 輯方式，通信時使用MAX232電平轉換電路。
具體實現上，本硬體平臺系統有一個五線異步串行接口和一個UART擴展接口 ；參 見圖8，圖8為串口電路的電路乙太網接口電路1023，起到網卡的作用，用於使整個硬體平臺系統運行於乙太網 絡中，從而可以和網絡中的其他節點完整數據通信傳輸，通過乙太網進行通信的速度較快， 可以實現NFS文件共享和TFTP網絡文件傳輸；
具體實現上，S3C2440A本身並沒有網絡接口，但是，通過擴展網絡接口的模式，本 硬體平臺系統提供了一個DM9000E 100M的網絡接口 ；參見圖9、10，為乙太網接口電路的電 路核心板接口電路1024，與核心板101相連接，用於確保微機系統中電路穩定可靠工作；參見圖11，圖11為核心板接口電路的電路輸入接口電路1025，用於為可接外圍通信對象的輸入接口進行供電，向微處理器 1011提供輸入接口所輸入的現場數據，並在發生短路時，斷開供電，而在短路故障排除後恢 復供電；
輸出接口電路10 ,用於接收核心板上的微處理器1011下發的數據，並根據這些 數據為外聯設備的輸出口供電，在發生短路時，切斷電源，在短路故障完全排除後恢復正常 運行狀態；
參見圖12、圖13，圖示輸入接口電路1025和輸出接口電路10 中的TS4141為智 能高端功率開關晶片，最大可提供2A負載電流，TS4141自身帶有短路保護電路、過流保護、 過壓保護等功能。當模塊接口短路時，TS4141內部集成的檢測電路會自動保護模塊電路， 斷開電源，而當短路故障排除時，TS4141能立即恢復供電，使接口能正常工作。
輸入接口電路如圖12所示，所述輸入接口電路1025包括有功率開關晶片TS4141， 該功率開關晶片TS4141 —端接輸入接口，另一端連接核心板上的電源電路1014，所述輸入 接口可接傳感器或機械開關模塊，所述輸入接口接光耦PC817，所述光耦PC817的輸出端接 三態雙向總線收發器74LSM5，所述三態雙向總線收發器74LS245的輸出端接核心板上的 S3C2440微處理器1011。
如圖12所示，外部的MV電源通過智能高端功率開關晶片TS4141給輸入接口 (Headerf)供電，輸入接口可接機械開關或傳感器等外圍通信對象，該輸入接口接光耦 PC817，當機械開關閉合或傳感器動作時，光耦PC817導通，光耦PC817的輸出端輸出高電 平，通過三態雙向總線收發器74LS245可以實現與微處理器S3C2440進行數據的雙向傳輸， 最終外圍通信對象的8路輸入數據(開關量)由微處理器通過選通74LS245進行採集。
輸出接口電路如圖13所示，所述輸出接口電路10 包括有輸出接口包括三態雙 向總線收發器74LS273，所述三態雙向總線收發器74LS273的輸入端接核心板上的S3C2440 微處理器1011，其輸出端接三極體Ql的基極，所述三極體Ql的發射極接地，集電極接光耦 PC817，所述光耦PC817的輸出端接功率開關晶片TS4141，該功率開關晶片TS4141 —端接輸 出接口，另一端與核心板上的電源1014相連接，所述輸出接口可接多種執行器。
如圖13所示，外部的MV電源通過智能高端功率開關晶片TS4141給輸出接口供 電，輸出接口可接電磁閥、繼電器等執行器(即外圍通信對象)。D觸發器74LS273可實現數 據的鎖存。微處理器輸出數據時，微處理器只需給74LS273的時鐘端提供一個上升跳邊沿， 數據總線上的輸出數據既鎖存在74LS273的輸出端。輸出信號為高電平時，三極體Q19013 導通，從而光耦PC817導通，TS4141的開關信號輸入端被激活，TS4141開啟，從而為輸出接 口(Header 2)供電，驅動電磁閥、繼電器等外圍通信對象。
輸入狀態診斷電路1027，用於診斷輸入接口電路1027是否發生短路，在輸入接口 電路1025發生短路時，輸出短路診斷信號給微處理器1011 ；
輸出狀態診斷電路10 ，用於診斷輸出接口電路10 是否發生短路，在輸出接口 電路10 發生短路時，輸出短路診斷信號給微處理器1011 ；
圖14、圖15分別為輸入狀態電路和輸出狀態診斷電路，如圖14和圖15所示， LM311為高精度的電壓比較器，當其正信號端電壓大於負信號端電壓時，其輸出端輸出高電 平，當其負信號端電壓大於正信號端電壓時，其輸出端輸出低電平。圖14、圖15中，所述電壓比較器LM311的負信號端接輸入接口電路1025或輸出接口電路10 的電源正端，其 正端電壓恆定，所述電壓比較器LM311的輸出端接光耦PC817，所述光耦PC817的輸出端 接三態雙向總線收發器74LSM5，所述三態雙向總線收發器74LSM5的輸出端接微處理器 S3CM40。
在本發明中，輸入接口電路1025和輸出接口電路10 的電源正端接電壓比較 器LM311的負信號端，24V電壓經過10K、30K電阻分壓後接LM311正信號端，正端電壓恆為 ISV0因此，當輸入接口電路1025發生短路時，TS4141處於保護狀態，輸入接口電路10 的電源正端接地，電源工作指示LED燈DSl熄滅。電壓比較器LM311的負信號端接地，由於 電壓比較器LM311的正端接18V的基準電壓，電壓比較器LM311輸出高電平，此時短路提示 LED燈DS2導通指示通道短路。
當短路故障排除時，TS4141自動恢復工作狀態，電源工作LED燈DSl導通，電壓比 較器LM311由於負信號端電壓大於正信號端電壓，輸出低電平，短路提示燈DS2熄滅，表明 輸入通道正常。
同理，當輸出接口電路10 發生短路時，電源工作提示燈DS4熄滅，電壓比較器 LM311輸出高電平，控制短路提示LED燈DS3導通。當短路故障排除時，電源工作提示燈DS4 導通，電壓比較器LM311輸出低電平，短路提示燈DS3熄滅，表明輸出通道正常。
對於上述本發明提供的模塊，該模塊在輸入或者輸出接口電路發生短路時，參見 圖12、圖13，能夠立即斷開通路，能夠有效地保護模塊的其他電子元件不會因短路而燒毀。 結合圖14、圖15所示的電路，在短路時可以發出報警信號，提示工作人員能夠儘快排除斷 路故障。此外，當短路故障排除後可以立即自動恢復工作狀態，本發明的短路保護採用電子 式短路保護，具有響應速度快，短路時功耗小的優點，並且電路簡單，成本低廉。
上述本發明模塊具有的輸入和輸出狀態診斷電路，可以在輸入輸出埠發生短路 故障時，對用戶發出報警提示，從而使在現場工作條件較差的情況下，對經常造成模塊輸 入、輸出端短路，負載模塊短路等引起嚴重電源短路的故障實現有效的診斷與保護。
綜上所述，與現有技術相比較，本發明提供了一種具有短路保護與自診斷功能的 Ethernet/IP工業乙太網輸入和輸出I/O模塊，其具有短路保護與自診斷功能，可以在接口 電源發生短路的情況下及時斷開電源，避免因短路電流而燒毀，並提供自診斷信息，方便維 護人員進行模塊的故障監控和排查，當短路故障排除後模塊自動恢復正常工作，具有重大 的實際意義。
對於本發明提供的模塊，由於S3C2440是BGA封裝，其實際布線需要6層以上板才 能實現，而和ARM連接的其他晶片一般都只需要兩層板就能實現，所以在硬體布線的時候 為了節省成本分為核心板和底板兩塊。
以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人 員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應 視為本發明的保護範圍。
權利要求
1.一種基協議的具有短路保護自診斷功能的遠程I/O模塊，其特徵在 於，包括核心板單元，用於提供整個系統平臺的核心微處理器以及存儲器電路和電源及系統復 位電路，保證實時作業系統和Ethernet/IP協議程序的正常運行；底板單元，是平臺的外圍電路，通過其上的核心板接口電路與核心板單元相連接，用於 與現場設備進行數據通信，採集I/O接口狀態診斷數據，I/O接口電路短路時，切斷電源並 保護接口，並顯示I/O接口狀態。
2.如權利要求1所述的模塊，其特徵在於，所述的核心板單元包括微處理器，內部集成了微處理器和常用外圍組件，用於支持實時多任務作業系統，具有 功能很強的存儲區保護功能，同時也有利於軟體診斷；FLASH，是程序存儲器，與微處理器相連接，可由內部嵌入的算法完成對晶片的操作，用 於存儲系統編程期間的信息，並保證在系統掉電後所存儲的信息不會丟失；三星K9F2G08U0B-PCB0是NAND型FLASH，數據存儲容量為256MB，預留存測試數據，寫 快讀慢，還有2M的NOR型FLASH，構成雙FLASH啟動；SDRAM，是同步動態隨機存儲器，與微處理器相連接，需要不斷的刷新存儲陣列來保證 數據不丟失，用於在系統中做程序的運行空間、數據及堆棧區； MT48LC16M16A2P 是 64MB 的 SDRAM 晶片；電源電路，與微處理器相連接，用於為整個平臺提供穩定的電源，保證平臺可以正常工作；系統復位電路，與微處理器相連接，用於確保微機系統中電路穩定可靠工作。
3.如權利要求2所述的模塊，其特徵在於，所述電源電路，採用5V供電，包括有電源 開關和指示燈，經可帶載1. 5A的低壓差線性穩壓源AS1117AR-3. 3IC晶片穩壓，提供模塊 所需要的3. 3V電源；核心板上微處理器內核1. 25V電壓採用低噪聲、低壓差線性穩壓源 MAX8860EUA穩壓晶片。
4.如權利要求2所述的模塊，其特徵在於，所述系統復位電路，包括有MAX811，是一款 連接比較簡單的手動復位晶片，nMR引腳接開關，nRESET引腳接微處理器的復位引腳。
5.如權利要求1所述的模塊，其特徵在於，所述的底板單元包括JTAG電路，採用2. Omm間距的10引腳調試接口電路，減少了底板的佔用面積，方便用戶 二次開發，S3C2440晶片內部有JTAG核，因此，可以通過外部JTAG調試電纜或仿真器與開 發板系統連接調試；串口電路，用於數據間基於串行數據總線標準的數據傳輸；乙太網接口電路，起到網卡的作用，用於使整個硬體平臺系統運行於乙太網絡中，從而 可以和網絡中的其他節點完整數據通信傳輸，通過乙太網進行通信的速度較快，可以實現 NFS文件共享和TFTP網絡文件傳輸；核心板接口電路，用於核心板和底板的連接，該電路連通後，核心板和底板將構成一個 整體；輸入接口電路，用於為外聯的設備的輸入接口進行供電，向微處理器提供現場設備發 送的數據，並在發生短路時，切斷電源，在短路故障完全排除後恢復正常運行狀態；輸出接口電路，用於接收核心板上的微處理器下發的數據，並根據這些數據為外聯設備的輸出口供電，在發生短路時，切斷電源，在短路故障完全排除後恢復正常運行狀態；輸入狀態診斷電路，用於診斷輸入接口電路是否發生短路，在輸入接口電路發生短路 時，輸出診斷短路信號給微處理器；輸出狀態診斷電路，用於診斷輸出接口電路是否發生短路，在輸出接口電路發生短路 時，輸出短路診斷信號給微處理器。
6.如權利要求5所述的模塊，其特徵在於，所述的JTAG電路為4線JTAG接口TMS、 TCK、TDI、TD0，分別為模式選擇、時鐘、數據輸入和數據輸出線。
7.如權利要求5所述的模塊，其特徵在於，所述串口電路，即通用的異步收發器(UART) 的接口電路，用於數據間基於串行數據總線標準的數據傳輸；它將TTL到RS232的電平轉換 實現RS232接口，使用電子工業協會(EIA)推薦的RS-232-C串行數據總線傳輸標準，其採 用的接頭是9芯的D型插頭，採用負邏輯方式，通信時使用MAX232電平轉換電路。
8.如權利要求5所述的模塊，其特徵在於，所述乙太網接口電路，包括有DM9000乙太網 處理晶片，乙太網模塊有下面三個主要構件組成硬體電纜、接頭以及與數據包交換計算機 網絡傳送數據的電路；一個乙太網包，即在網絡中被傳送的數據單元，通過RJ45網絡接口 傳送到硬體電纜上，然後在乙太網中由乙太網訪問秩序協議(CSMA/⑶)來控制數據包的傳 送和流動。
9.如權利要求5所述的模塊，其特徵在於，所述輸入接口電路包括有功率開關晶片 TS4141，該功率開關晶片TS4141 —端接輸入接口，另一端連接底板上的電源電路，所述輸 入接口可接傳感器或機械開關模塊，所述輸入接口接光耦PC817，所述光耦PC817的輸出端 接三態雙向總線收發器74LSM5，所述三態雙向總線收發器74LSM5的輸出端接核心板上 的微處理器S3C2440 ；所述輸出接口電路包括三態雙向總線收發器74LS273，所述三態雙向總線收發器 74LS273的輸入端接核心板上的微處理器S3C2440，其輸出端接三極體Ql的基極，所述三 極管Ql的發射極接地，集電極接光耦PC817，所述光耦PC817的輸出端接功率開關晶片 TS4141，該功率開關晶片TS4141 —端接輸出接口，另一端與核心板上的電源相連接，所述 輸出接口可接多種執行器。
10.如權利要求5所述的模塊，其特徵在於，所述輸入狀態診斷電路中包括有電壓比 較器LM311，所述電壓比較器LM311的輸出端接短路LED提示燈，所述電壓比較器LM311的 正端電壓恆定，負信號端接I/O接口電路的電源正端。
全文摘要
本發明公開了一種基於Ethernet/IP工業乙太網協議的具有短路保護自診斷功能的遠程I/O模塊，包括核心板單元，用於提供整個系統平臺的核心微處理器以及內存和快閃記憶體，保證實時作業系統和Ethernet/IP協議程序的正常運行；底板單元，用於與Ethernet/IP工業乙太網之間進行數據通信，與I/O短路保護與自診斷單元之間進行現場數據的通信，並採集I/O接口狀態診斷數據，並在I/O接口電路短路時，斷開電源給予短路保護，並顯示I/O接口狀態；本發明的Ethernet/IP遠程I/O模塊具有短路保護與自診斷功能，可在接口電源發生短路時切斷電源並提供自診斷信息，當短路故障排除後自動恢復工作。
文檔編號H04L29/06GK102035679SQ20101059334
公開日2011年4月27日 申請日期2010年12月17日 優先權日2010年12月17日
發明者倪建雲, 董恩增, 賈超, 邵夏, 陳在平 申請人:天津理工大學