專利名稱：基于profibus-dp工業(yè)現(xiàn)場總線的物聯(lián)網(wǎng)無線設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種無線數(shù)據(jù)采集、傳輸與管理系統(tǒng)設(shè)備，具體涉及一種基于PR0FIBUS-DP工業(yè)現(xiàn)場總線的物聯(lián)網(wǎng)無線設(shè)備。
背景技術(shù)：
以移動技術(shù)為代表的普適計算、泛在網(wǎng)絡(luò)被稱為繼計算機技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)之后信息技術(shù)的第三次革命。而物聯(lián)網(wǎng)通過智能感知、識別技術(shù)與普適計算、泛在網(wǎng)絡(luò)的融合應(yīng)用，被稱為繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)之后世界信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的第三次浪潮。
·[0003]工業(yè)是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的重要領(lǐng)域。具有環(huán)境感知能力的各類終端、基于泛在技術(shù)的計算模式、移動通信等不斷融入到工業(yè)生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)，可大幅提高制造效率，改善產(chǎn)品質(zhì)量，降低產(chǎn)品成本和資源消耗，將傳統(tǒng)工業(yè)提升到智能工業(yè)的新階段。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種基于PR0FIBUS-DP工業(yè)現(xiàn)場總線的物聯(lián)網(wǎng)無線設(shè)備。本實用新采用的技術(shù)方案是一種基于PR0FIBUS-DP工業(yè)現(xiàn)場總線的物聯(lián)網(wǎng)無線設(shè)備，包括PR0FIBUS-DP轉(zhuǎn)無線網(wǎng)網(wǎng)關(guān)(I)，以及無線終端模塊(2)，PLC通過PR0FIBUS-DP轉(zhuǎn)無線網(wǎng)網(wǎng)關(guān)(I)與無線終端模塊(2)連接，所述的PR0FIBUS-DP轉(zhuǎn)無線網(wǎng)網(wǎng)關(guān)(I)包含的電源(11)、PR0FIBUS-DP接口與協(xié)議管理單元(12)、協(xié)議轉(zhuǎn)換協(xié)調(diào)控制單元(13)和無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器(14)，電源(11)分別連接PR0FIBUS-DP接口與協(xié)議管理單元(12)、協(xié)議轉(zhuǎn)換協(xié)調(diào)控制單元(13)和無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器(14)，協(xié)議轉(zhuǎn)換協(xié)調(diào)控制單元(13)分別與PR0FIBUS-DP接口與協(xié)議管理單元(12)和無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器(14)連接，協(xié)議轉(zhuǎn)換協(xié)調(diào)控制單元(13)和無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器(14)分別連接撥碼開關(guān)(15、16)和JTAG(17、18)。所述的無線終端模塊⑵包括電源(21)、無線網(wǎng)絡(luò)通信終端(22)和功能接口電路
(23)，電源(21)分別連接無線網(wǎng)絡(luò)通信終端(22)和功能接口電路(23)，無線網(wǎng)絡(luò)通信終端
(22)與功能接口電路(23)連接，無線網(wǎng)絡(luò)終端(22)連接撥碼開關(guān)(24)和JATG(25)。本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，一方面利用PR0FIBUS-DP開放現(xiàn)場總線的成熟技術(shù)，使數(shù)據(jù)能夠高速可靠的傳輸在PLC與無線網(wǎng)絡(luò)之間，并且可以通過PLC實現(xiàn)對每一個點進行配置編程，控制指令下達迅速可靠；一方面利用無線網(wǎng)絡(luò)方便配置，靈活配線，低功耗等優(yōu)點，在工廠惡劣環(huán)境下，監(jiān)控及控制等多個方面有良好的應(yīng)用前景。本實用新型主要采用VPC3+，ATMEGA128, CC2530等芯片實現(xiàn)通信及協(xié)議的轉(zhuǎn)換，各個芯片都應(yīng)用成熟，實用可靠。無線網(wǎng)絡(luò)實用TI的Z-STACK實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的管理，MODBUS實現(xiàn)應(yīng)用層數(shù)據(jù)的傳輸。終端模塊具有功能多樣性、豐富的硬件選擇性、良好的兼容性等特點；本實用新型功能多樣、結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定可靠、功耗低、成本低、符合工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展方向。

[0008]圖I是本實用新型整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是PR0FIBUS-DP轉(zhuǎn)無線網(wǎng)網(wǎng)關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是無線終端模塊結(jié)構(gòu)框圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型做進一步的詳細描述。如圖I所示，本實用新型包括PR0FIBUS-DP轉(zhuǎn)無線網(wǎng)網(wǎng)關(guān)1，以及無線終端模塊2，PLC通過PR0FIBUS-DP轉(zhuǎn)無線網(wǎng)網(wǎng)關(guān)I與無線終端模塊2連接，整個設(shè)備系統(tǒng)核心在于 PR0FIBUS-DP轉(zhuǎn)無線網(wǎng)網(wǎng)關(guān)I，應(yīng)用在于無線終端模塊2。PR0FIBUS-DP轉(zhuǎn)無線網(wǎng)網(wǎng)關(guān)I硬件電路板功能上分包括4個主要部分，電源11，PR0FIBUS-DP接口與協(xié)議管理單元12，協(xié)議轉(zhuǎn)換協(xié)調(diào)控制單元13，無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器14。無線終端模塊2包括多種形式的模塊，如IO輸入模塊，IO輸出模塊，AD模塊，DA模塊，根據(jù)實際需要可以不斷擴充。本實用新型無線終端模塊2將采集到的數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)絇R0FIBUS-DP轉(zhuǎn)無線網(wǎng)網(wǎng)關(guān)1，網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)進行協(xié)議轉(zhuǎn)換傳送至PR0FIBUS-DP業(yè)現(xiàn)場總線進入PLC，PLC可以對數(shù)據(jù)進行處理，將指令反方向下達至無線終端模塊2執(zhí)行相應(yīng)動作，也可以將數(shù)據(jù)上傳輸至管理層網(wǎng)絡(luò)，以供管理軟件實現(xiàn)各種監(jiān)視及管理功能如圖2所示，PR0FIBUS-DP轉(zhuǎn)無線網(wǎng)網(wǎng)關(guān)I包括電源11，PR0FIBUS-DP接口與協(xié)議管理單元12，協(xié)議轉(zhuǎn)換協(xié)調(diào)控制單元13，無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器14四個部分。電源11分別連接PR0FIBUS-DP接口與協(xié)議管理單元12、協(xié)議轉(zhuǎn)換協(xié)調(diào)控制單元13和無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器14，協(xié)議轉(zhuǎn)換協(xié)調(diào)控制單元13分別與PR0FIBUS-DP接口與協(xié)議管理單元12和無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器14連接，協(xié)議轉(zhuǎn)換協(xié)調(diào)控制單元13和無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器14分別連接撥碼開關(guān)15、16和JTAG17、18。電源11部分6-42V的直流輸入，經(jīng)過反向保護，開關(guān)穩(wěn)壓電路，線性穩(wěn)壓電路，濾波，最終獲得+5V(PR0FIBUS-DP總線用)，+3. 3V(其余各芯片使用)兩種電平的直流電壓，開關(guān)穩(wěn)壓電路使用NI的LM25575芯片，開關(guān)頻率可達IMHz，輸出電流最大為I. 5A，同時內(nèi)置保護功能。PR0FIBUS-DP接口與協(xié)議管理單元12采用ADM2486及VPC3+的芯片組合，ADM24861是AD公司的一款高速隔離RS-485收發(fā)器，適用于多點總線傳輸線路的雙向數(shù)據(jù)通信，該器件具有限流和熱關(guān)斷特性，可防止發(fā)生輸出短路以及總線競爭導(dǎo)致功耗過大的情況，特別適合應(yīng)用在PR0FIBUS總線當(dāng)中。VPC3+是PR0DFICHIP公司的PR0FIBUS-DP總線協(xié)議芯片，用于智能Profibus-DP從站的應(yīng)用，集成有全部Profibus-DP協(xié)議。自動識別和支持可達12Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸率。包含有4KByte的通訊RAM和可組態(tài)處理器接口，相對于西門子的SPC3+芯片只包含2KByte的通訊RAM，在建立高性能Profibus從站應(yīng)用時，具有明顯的優(yōu)勢特點。PR0FIBUS-DP業(yè)現(xiàn)場總線的PR0FIBUS-DP業(yè)現(xiàn)場總線端設(shè)備通信速度可達12M，可以有4個PR0FIBUS-DP轉(zhuǎn)無線網(wǎng)網(wǎng)關(guān)在總線上同時運行。無線網(wǎng)絡(luò)端網(wǎng)絡(luò)用層協(xié)議為MODBUS協(xié)議，通信距離開闊范圍內(nèi)可達100m，子站數(shù)目為32個。協(xié)議轉(zhuǎn)換協(xié)調(diào)控制單元13由ATMEGA128芯片實現(xiàn)。ATMEGA128是ATMEL公司的高性能、低功耗的AVR8位微處理器先進的RISC結(jié)構(gòu)，工作于16MHz時性能高達16MIPS。內(nèi)部具有128K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash，4K字節(jié)的EEPR0M，4K字節(jié)的內(nèi)部SRAM。擔(dān)負著協(xié)議轉(zhuǎn)換，PROFIBUS-DP總線配置的功能，無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用協(xié)議管理等多個任務(wù)。無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器14是無線網(wǎng)絡(luò)的主站，采用TI公司的CC2530實現(xiàn)，CC2530芯片是一款真正針對IEEE 802. 15. 4,ZigBee,ZigBee RF4CE和智能能源應(yīng)用的片上系統(tǒng)解決方案。由于具有高達256KB的大容量閃存，CC2530非常適合ZigBee PRO應(yīng)用，此外，CC2530還結(jié)合了 I個完全集成的高性能射頻收發(fā)器，帶有8051MCU、8KB RAM、32/64/128/256KB閃存以及其它強勁的支持功能與外設(shè)。同時TI的OSAL片上操作系統(tǒng)以及Z-STACK協(xié)議棧對芯片的良好支持，為組網(wǎng)，管理，應(yīng)用開發(fā)帶來了極大的便利。如圖3所示無線終端模塊2主要由三部分組成，電源21，無線網(wǎng)絡(luò)通信終端22，以及外部功能接口電路23。電源21分別連接無線網(wǎng)絡(luò)通信終端22和功能接口電路23，無線網(wǎng)絡(luò)通信終端22與功能接口電路23連接，無線網(wǎng)絡(luò)終端22連接撥碼開關(guān)24和JATG25。電源21部分與PR0FIBUS-DP轉(zhuǎn)無線網(wǎng)網(wǎng)關(guān)I 一致，無線網(wǎng)絡(luò)通信終端22也同樣 采用CC2530實現(xiàn)保證了兼容性和一致性，外部功能接口電路23中，IO部分采用光耦和繼電器隔離，AD/DA部分采用高精度AD/DA芯片來實現(xiàn)。整個無線網(wǎng)絡(luò)底層基于IEEE 802. 15. 4協(xié)議，通過TI的Z-STACK實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)及管理，應(yīng)用層采用MODBUS協(xié)議使各個無線終端與PR0FIBUS-DP轉(zhuǎn)無線網(wǎng)網(wǎng)關(guān)通信，MODBUS協(xié)議主站為網(wǎng)關(guān)中的ATMEGA128芯片，網(wǎng)關(guān)中的CC2530僅實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管理以及數(shù)據(jù)傳輸，從而降低了 CC2530的芯片開銷，提高了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳輸速度。
權(quán)利要求1.一種基于PROFIBUS-DPエ業(yè)現(xiàn)場總線的物聯(lián)網(wǎng)無線設(shè)備，其特征在于包括PROFIBUS-DP轉(zhuǎn)無線網(wǎng)網(wǎng)關(guān)(I)，以及無線終端模塊(2)，PLC通過PROF IBUS-DP轉(zhuǎn)無線網(wǎng)網(wǎng)關(guān)(I)與無線終端模塊(2)連接，所述的PROFIBUS-DP轉(zhuǎn)無線網(wǎng)網(wǎng)關(guān)(I)包含的電源(11)、PROFIBUS-DP接ロ與協(xié)議管理單元(12)、協(xié)議轉(zhuǎn)換協(xié)調(diào)控制單元(13)和無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器(14)，電源(11)分別連接PROFIBUS-DP接ロ與協(xié)議管理單元(12)、協(xié)議轉(zhuǎn)換協(xié)調(diào)控制單元(13)和無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器(14)，協(xié)議轉(zhuǎn)換協(xié)調(diào)控制單元(13)分別與PROFIBUS-DP接ロ與協(xié)議管理単元(12)和無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器(14)連接，協(xié)議轉(zhuǎn)換協(xié)調(diào)控制單元(13)和無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器(14)分別連接撥碼開關(guān)(15、16)和JTAG(17、18)。
2.如權(quán)利要求I所述的基于PROFIBUS-DPエ業(yè)現(xiàn)場總線的物聯(lián)網(wǎng)無線設(shè)備，其特征在于所述的無線終端模塊(2)包括電源(21)、無線網(wǎng)絡(luò)通信終端(22)和功能接ロ電路(23)，電源(21)分別連接無線網(wǎng)絡(luò)通信終端(22)和功能接ロ電路(23)，無線網(wǎng)絡(luò)通信終端(22)與功能接ロ電路(23)連接，無線網(wǎng)絡(luò)終端(22)連接撥碼開關(guān)(24)和JATG(25)。
專利摘要本實用新型涉及一種基于PROFIBUS-DP工業(yè)現(xiàn)場總線的物聯(lián)網(wǎng)無線設(shè)備，其包括PROFIBUS-DP轉(zhuǎn)無線網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，以及無線終端模塊。PROFIBUS-DP轉(zhuǎn)無線網(wǎng)網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)協(xié)議轉(zhuǎn)化以及無線網(wǎng)絡(luò)的管理，無線終端模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集功能。本實用新型主要采用VPC3+，ATMEGA128，CC2530等芯片實現(xiàn)通信及協(xié)議的轉(zhuǎn)換，各個芯片都應(yīng)用成熟，實用可靠。無線網(wǎng)絡(luò)實用TI的Z-STACK實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的管理，MODBUS實現(xiàn)應(yīng)用層數(shù)據(jù)的傳輸。終端模塊具有功能多樣性、豐富的硬件選擇性、良好的兼容性等特點；本實用新型功能多樣、結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定可靠、功耗低、成本低、符合工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展方向。
文檔編號G05B19/418GK202421857SQ201120555589
公開日2012年9月5日 申請日期2011年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月22日
發(fā)明者張建奇, 成斐鳴, 李墨翰, 鄭偉 申請人:西安航天自動化股份有限公司