專利名稱：一種用于工業(yè)控制的gps-以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種用于工業(yè)控制的以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，尤其涉及一種將列車的速度、 位置和海拔等信息傳送到以太網(wǎng)上的GPS-以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)。
背景技術(shù)：
以太網(wǎng)是公認的最具發(fā)展前途的現(xiàn)場總線之一，IEEE 802.3標準是它的國際標 準。以太網(wǎng)標準遵循ISO/OSI模型，采用了其中的鏈路層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、會話層、表示層 和應用層。以太網(wǎng)是一種有效支持分布式控制和實時控制系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)，具有突出的可 靠性、實時性和靈活性。 以太網(wǎng)控制技術(shù)已被廣泛應用于列車控制，隨著對列車控制技術(shù)的要求越來越 高，需要實時的列車速度、位置和海拔等信息，但目前列車速度的信息是通過在列車上安裝 速度傳感器進行實時測量獲得的，而列車的海拔和位置等信息列車上還沒有相應的測量裝 置，也沒有參與到控制中。 GPS全球定位系統(tǒng)的基本原理是測量出已知位置的衛(wèi)星到用戶接收機之間的距 離，然后綜合多顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)就可知道接收機的具體位置。全球定位系統(tǒng)的主要特點一是 全天候；二是全球覆蓋；三是三維定速定時高精度；四是快速省時高效率；五是應用廣泛。 如果應用GPS技術(shù)，可以直接將列車的速度、位置和海拔等信息通過以太網(wǎng)發(fā)給主控單元 MPU，并參與到控制中。 但是，GPS網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)不能直接與以太網(wǎng)互聯(lián)，需要一個由GPS網(wǎng)絡(luò)到以太網(wǎng)的數(shù) 據(jù)轉(zhuǎn)換裝置，即GPS-以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，從而將GPS網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳送到以太網(wǎng)上。 中國專利ZL200920014076. 4公開了一種用于工業(yè)控制的GPS-RS485網(wǎng)關(guān)，但由于 RS485總線也不同于以太網(wǎng)總線，因此不能直接用作GPS-以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)。

發(fā)明內(nèi)容為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本實用新型要設(shè)計一種將GPS定位技術(shù)獲得的
速度、位置、海拔等信息發(fā)送到以太網(wǎng)上的用于工業(yè)控制的6 5_以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)。 為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型的技術(shù)方案如下一種用于工業(yè)控制的GPS-以
太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，包括以太網(wǎng)隔離變壓器、以太網(wǎng)協(xié)議控制器和中央處理單元，還包括GPS接收模
塊，所述的GPS接收模塊與中央處理單元通過串行口連接，所述的以太網(wǎng)協(xié)議控制器與中
央處理單元通過內(nèi)部總線連接，所述的以太網(wǎng)隔離變壓器是以太網(wǎng)協(xié)議控制器與以太網(wǎng)物
理層的電氣接口 ，所述的GPS接收模塊通過天線與GPS網(wǎng)絡(luò)連接，所述的中央處理單元安裝
有將GPS網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)總線數(shù)據(jù)的程序軟件。 本實用新型所述的中央處理單元核心部件采用C8051F040芯片。 本實用新型所述的GPS接收模塊采用SkyNav GM10接收模塊。本實用新型所述的以太網(wǎng)協(xié)議控制器選用Intel公司的LXT971ALE芯片，支持
IEEE 802. 3規(guī)范。[0012] 本實用新型所述的以太網(wǎng)隔離變壓器選用BE1012器件，以太網(wǎng)物理層接口選用 RJ45器件。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下有益效果 1、由于本實用新型將通過GPS接收模塊獲得的速度、位置、海拔等信息送到以太
網(wǎng)上，列車的主控單元MPU從以太網(wǎng)上獲取信息，可以實時地測得列車的位置、速度、海拔
等信息，可以對列車的運行軌跡進行有效跟蹤，也可以對列車進行控制，避免列車追尾、相
撞等事故的發(fā)生，并且具有高可靠性、高信息量、高靈活性以及安裝方便、易于使用的特點。 2、由于本實用新型填補了國內(nèi)這一領(lǐng)域的空白，為工業(yè)控制的以太網(wǎng)和GPS網(wǎng)絡(luò)
的結(jié)合提供了解決方案，具有設(shè)計新穎、高可靠性、高靈活性和成本低廉的特點，在列車、高
速動車組、城市輕軌、地鐵、汽車、農(nóng)林機械等工業(yè)領(lǐng)域有廣泛的應用前景。

本實用新型僅有附圖1張，其中 圖1為用于工業(yè)控制的GPS-以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的結(jié)構(gòu)框圖。 圖中1、中央處理單元，2、 GPS接收模塊，3、以太網(wǎng)協(xié)議控制器，4、以太網(wǎng)隔離變壓器。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型進行進一步地描述。如圖1所示，一種用于工業(yè)控制 的GPS-以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，包括以太網(wǎng)隔離變壓器4、以太網(wǎng)協(xié)議控制器3、中央處理單元1和GPS 接收模塊2，還包括圖中未表示的MAX232電平轉(zhuǎn)換與DB9接口電路，所述的GPS接收模塊 2與中央處理單元1通過串行口連接，所述的以太網(wǎng)協(xié)議控制器3與中央處理單元1通過 內(nèi)部總線連接，所述的以太網(wǎng)隔離變壓器4是以太網(wǎng)協(xié)議控制器3與以太網(wǎng)物理層的電氣 接口 ，所述的GPS接收模塊2通過天線與GPS網(wǎng)絡(luò)連接，所述的中央處理單元1安裝有將 GPS網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)總線數(shù)據(jù)的程序軟件。所述的中央處理單元1核心部件采用 C8051F040芯片。所述的中央處理單元C8051F040芯片是完全集成的混合信號片上系統(tǒng)型 MCU，具有64個數(shù)字I/O引腳，片內(nèi)采用Silicon Lab的專利CIP-51微控制器內(nèi)核。所述 的GPS接收模塊2采用SkyNav GM10接收模塊。 本實用新型所述的中央處理單元芯片上的每個MCU都可在-45 +85°〇的工業(yè)溫 度范圍內(nèi)工作，工作電壓為2.7 3. 6V。由于能耗記錄儀的應用需要，要求設(shè)備具有存儲數(shù) 據(jù)的功能，當系統(tǒng)暫時掉電時，F(xiàn)LASH存儲器除了用于存儲程序代碼之外還可以用于非易失 性數(shù)據(jù)存儲，這就有效地保證了應用的安全可靠；中央處理單元芯片不僅完成GPS過程數(shù) 據(jù)功能、消息數(shù)據(jù)功能和總線管理功能，也完成以太網(wǎng)鏈路層和應用層功能。 本實用新型選用的SkyNav GM10接收模塊是一款高靈敏度、低成本的GPS接收模 塊2，可同時接收12顆衛(wèi)星訊息，支持NMEA 0183輸出協(xié)議。GM10接收模塊內(nèi)置超低噪聲 放大器，支持被動天線。其超高的靈敏度在狹窄的天空下，如城市街道中，無論是靜態(tài)定位 還是動態(tài)導航都能提供優(yōu)異的性能，并在弱衛(wèi)星訊號下仍能快速準確定位。采用間斷睡眠 的工作模式可以大大降低GM10接收模塊的功耗，這非常適于手持和電池驅(qū)動的設(shè)備。 本實用新型選用的以太網(wǎng)協(xié)議控制器是以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的核心部件，選用Intel公司的LXT971ALE芯片，支持IEEE 802. 3規(guī)范；以太網(wǎng)物理層接口是以以太網(wǎng)連接器為核心的， 選用RJ45器件，具有增強以太網(wǎng)總線驅(qū)動功能；隔離變壓器是對信號進行電氣隔離，選用 BE1012器件，調(diào)整和整形電氣信號。 本實用新型工作時，所述的GPS接收模塊2將接收到的速度、位置和海拔等信息傳 送到中央處理單元1進數(shù)據(jù)處理后，再經(jīng)過以太網(wǎng)協(xié)議控制器3和以太網(wǎng)隔離變壓器4將 速度、位置和海拔信息傳送到以太網(wǎng)上。所述的以太網(wǎng)協(xié)議控制器3根據(jù)以太網(wǎng)通訊協(xié)議 規(guī)定，接收以太網(wǎng)過程數(shù)據(jù)幀，經(jīng)過解碼處理后存入存儲器中；讀取中央處理單元1寫入存 儲器中的過程數(shù)據(jù)，經(jīng)過編碼生成以太網(wǎng)過程數(shù)據(jù)幀發(fā)送到以太網(wǎng)。所述的中央處理單元1 一方面要讀取GPS接收模塊2接收到的數(shù)據(jù)，還要通過標準的總線讀寫來控制以太網(wǎng)協(xié)議 控制器3發(fā)送或者接收以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)。所述的以太網(wǎng)隔離變壓器4是以太網(wǎng)的接口電路， 用于以太網(wǎng)協(xié)議控制器3與以太網(wǎng)的隔離，保護以太網(wǎng)協(xié)議控制器3以及周邊電路，并起到 抵抗來自以太網(wǎng)的電磁干擾的作用。 以上所述，僅為本實用新型較佳的一種具體實施方式
。
權(quán)利要求一種用于工業(yè)控制的GPS-以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，包括以太網(wǎng)隔離變壓器(4)、以太網(wǎng)協(xié)議控制器(3)和中央處理單元(1)，其特征在于還包括GPS接收模塊(2)，所述的GPS接收模塊(2)與中央處理單元(1)通過串行口連接，所述的以太網(wǎng)協(xié)議控制器(3)與中央處理單元(1)通過內(nèi)部總線連接，所述的以太網(wǎng)隔離變壓器(4)是以太網(wǎng)協(xié)議控制器(3)與以太網(wǎng)物理層的電氣接口，所述的GPS接收模塊(2)通過天線與GPS網(wǎng)絡(luò)連接，所述的中央處理單元(1)安裝有將GPS網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)總線數(shù)據(jù)的程序軟件。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于工業(yè)控制的GPS-以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，其特征在于所述的中央 處理單元(1)核心部件采用C8051F040芯片。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于工業(yè)控制的GPS-以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，其特征在于所述的GPS 接收模塊(2)采用SkyNav GM10接收模塊。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于工業(yè)控制的GPS-以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，其特征在于所述的以太 網(wǎng)協(xié)議控制器選用Intel公司的LXT971ALE芯片。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于工業(yè)控制的GPS-以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，其特征在于所述的以太 網(wǎng)隔離變壓器選用BE1012器件，以太網(wǎng)物理層接口選用RJ45器件。
專利摘要本實用新型公開了一種用于工業(yè)控制的GPS-以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，包括以太網(wǎng)隔離變壓器、以太網(wǎng)協(xié)議控制器、中央處理單元和GPS接收模塊，GPS接收模塊與中央處理單元通過串行口連接，以太網(wǎng)協(xié)議控制器與中央處理單元通過內(nèi)部總線連接，以太網(wǎng)隔離變壓器是以太網(wǎng)協(xié)議控制器與以太網(wǎng)物理層的電氣接口，所述的GPS接收模塊通過天線與GPS網(wǎng)絡(luò)連接，中央處理單元安裝有將GPS網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)總線數(shù)據(jù)的程序軟件。本實用新型將通過GPS接收模塊獲得的速度、位置、海拔等信息送到以太網(wǎng)上，具有高可靠性、高靈活性和成本低廉的特點，在列車、高速動車組、城市輕軌、汽車、農(nóng)林機械等工業(yè)領(lǐng)域有廣泛的應用前景。
文檔編號H04L12/28GK201536372SQ20092020394
公開日2010年7月28日 申請日期2009年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月16日
發(fā)明者于躍, 吳健, 李春昭, 杜振環(huán), 王曉鵬 申請人:中國北車股份有限公司大連電力牽引研發(fā)中心