專利名稱：一種AS-i主站模塊的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及工業(yè)自動化控制領域，適用于大型制造業(yè)的各種自動化生產(chǎn)和裝配線，是一種帶有以太網(wǎng)接口的AS-i主站模塊。
背景技術：
傳統(tǒng)的工業(yè)控制應用中，現(xiàn)場設備與控制器之間采用一對一所謂1/0接線方式，傳遞24VDC或4 20mA信號。這種方式采用多線式連接，監(jiān)查工作困難，需要大型控制柜來安置1/0卡，安裝時間長，成本高。而采用現(xiàn)場總線技術，采用一根電纜通過通信的方式連接所有的現(xiàn)場設備，可以節(jié)省硬件成本，使設計、組態(tài)、安裝、調試簡便，系統(tǒng)維護、設備更換和系統(tǒng)擴充更加方便，并且系統(tǒng)的安全、可靠性得到了提高。AS-i就是這樣一種用來在控
制器(主站)和傳感器/執(zhí)行器(從站)之間雙向、多站點數(shù)字通信的總線網(wǎng)絡系統(tǒng)。AS-i總線系統(tǒng)由主站模塊、若干個從站模塊和傳輸系統(tǒng)三部分組成。傳輸系統(tǒng)由兩芯傳輸電纜、AS-i電源和數(shù)據(jù)退耦電路構成。AS-i主站模塊作為傳感器/執(zhí)行器的通信接口，代替了以往使用PLC的IO接口卡的方式，實現(xiàn)了現(xiàn)場總線系統(tǒng)的諸多優(yōu)勢。AS-i主站模塊可以與不同的自動化系統(tǒng)配合使用。根據(jù)應用的規(guī)模，AS-i主站模塊與現(xiàn)場設備之間的連接有兩種不同的使用方式。對中小型系統(tǒng)而言，可以把主站模塊集成到控制器中，對于復雜的擴展系統(tǒng)，AS-i總線技術同樣提供了組成現(xiàn)場總線系統(tǒng)的理想配置，AS-i主站模塊可以和現(xiàn)場總線產(chǎn)品集成在一起。但AS-i主站模塊與上位機的通訊方面仍有待尋找一種適應性好的方式。

發(fā)明內(nèi)容本實用新型要解決的問題是傳統(tǒng)PLC用戶安裝、使用、維護不方便，成本較高，提供一種應用于AS-i系統(tǒng)中的AS-i主站模塊，與上位機的通訊方式適應性好。[0004] 本實用新型的技術方案為一種AS-i主站模塊，包括主站單元、接口單元、以太網(wǎng)網(wǎng)關單元和電源電路，主站單元通過接口單元與以太網(wǎng)網(wǎng)關單元連接，電源單元給其余各單元供電；其中，主站單元包括信號轉換電路、傳輸控制器和中央處理器，中央處理器通過傳輸控制器與信號轉換電路連接，信號轉換電路連接AS-i總線，以太網(wǎng)網(wǎng)關單元包括CPU、網(wǎng)卡電路和串行通信電路，CPU連接接口單元，CPU與網(wǎng)卡電路間通過串行通信電路連接。[0005] 本實用新型接口單元為雙口 RAM。信號轉換電路設有電源檢測電路，電源檢測電路通過光耦隔離器與中央處理器連接，傳輸控制器為CPLD芯片，信號轉換電路與傳輸控制器之間設有光耦隔離器，傳輸控制器和中央處理器之間通過一組并行的通道寄存器連接，所述所有光耦隔離器由一 DC-DC電路供電，DC-DC電路的輸入端連接AS-i總線。本實用新型的中央處理器設有RS232接口 。 本實用新型集以太網(wǎng)接口和AS-i主站模塊于一體，是一種以太網(wǎng)向工業(yè)網(wǎng)絡的設備層延伸的設計。AS-i主站模塊集成了以太網(wǎng)接口，可以與上位PC連接組成小型控制系統(tǒng)，也可以作為網(wǎng)絡服務器組成復雜的擴展系統(tǒng)。本實用新型傳輸速度快，在短時間內(nèi)就可以完成與所有的從站間的行數(shù)據(jù)交換；系統(tǒng)開放，采用以太網(wǎng)接口，與其他網(wǎng)絡系統(tǒng)的兼容 性和互操作性好，為用戶節(jié)省安裝和維護成本。

圖1是本實用新型電路原理框圖。 圖2為本實用新型網(wǎng)關單元示意圖。
具體實施方式如圖1，包括主站單元、接口單元、以太網(wǎng)網(wǎng)關單元和電源電路，主站單元通過接口 單元與以太網(wǎng)網(wǎng)關單元連接，電源單元給其余各單元供電；其中，主站單元包括信號轉換電 路、傳輸控制器和中央處理器，中央處理器通過傳輸控制器與信號轉換電路連接，信號轉換 電路連接AS-i總線，以太網(wǎng)網(wǎng)關單元包括CPU、網(wǎng)卡電路和串行通信電路。本實用新型接口 單元為雙口 RAM。傳輸控制器為CPLD芯片，信號轉換電路與傳輸控制器之間設有光耦隔離 器，傳輸控制器和中央處理器之間通過一組并行的通道寄存器連接。中央處理器設有RS232 接口。 本實用新型AS-i主站采用的是交變脈沖調制方式APM，中央處理器向外發(fā)出信 號，序列首先轉換為能執(zhí)行相位變換的位序列傳輸控制器和中央處理器之間通過一組并 行的通道寄存器連接，中央處理器向傳輸控制器發(fā)送并行數(shù)據(jù)，傳輸控制器將該并行數(shù)據(jù) 轉換成串行位流，并最終轉換成Manchester-II碼，通過串行I/O 口發(fā)送給信號轉換電路， 這樣就產(chǎn)生了相應的傳輸電流，傳輸電流通過AS-i電源檢測模塊時會產(chǎn)生電壓突變，就會 產(chǎn)生請求信號電壓，并將此信號反饋至中央處理器。 信號轉換電路通過高速的光電耦合器與傳輸控制器的1/0接口相連。傳輸控制器 輸出的Manchester-II碼由信號轉換電路轉換成正弦平方波疊加到AS-i總線上，信號傳輸 的電壓脈沖被設計成正弦平方脈沖(Sin2-pulses)方式，這是考慮到低頻干擾的影響，通 過選擇這種合適的傳輸波形來提高可靠性。信號轉換電路接收從機應答產(chǎn)生的正弦平方波 信號，并轉換成串行位流，即Manchester-II碼形式發(fā)送給傳輸控制器，傳輸控制器將信號 轉換電路接收到的Manchester-II碼還原成并行應答數(shù)據(jù)，通過并行通道寄存器發(fā)送給中 央處理器。這樣傳輸控制器就完成了并行數(shù)據(jù)到串行數(shù)據(jù)的轉換及串行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接 收。 中央處理器每隔154iiS為傳輸控制器提供一個主機請求，并對前一個從機響應 進行處理。從機響應被正確接收后，傳輸控制器產(chǎn)生一個標志信號通知中央處理器，引發(fā)中 央處理器的外部中斷。中央處理器完成執(zhí)行控制層的所有函數(shù)功能，包括對從機的自動地 址設定、AS-i主機單元的初始化、對從機的檢測和激活、和從機的數(shù)據(jù)交換和系統(tǒng)擴展階段 的功能。中央處理器同時控制接口單元的讀寫，和以太網(wǎng)網(wǎng)關單元完成數(shù)據(jù)交換。 中央處理器外部還提供了 RS232串行通信接口 、 FLASH和RAM的擴展。有利于與 系統(tǒng)的診斷和人機交互，以及系統(tǒng)的更新和升級。中央處理器外部還設有多只可編程LED 指示燈，顯示中央處理器運行狀態(tài)、AS-i總線運行狀態(tài)、數(shù)據(jù)收發(fā)狀態(tài)和一些狀態(tài)錯誤等信 息。 接口單元完成主站單元和以太網(wǎng)網(wǎng)關單元的數(shù)據(jù)交換。接口單元作為主站單元和
4以太網(wǎng)網(wǎng)關單元的公共存儲區(qū)域，為主站和以太網(wǎng)網(wǎng)關單元分別提供了并行數(shù)據(jù)接口和讀 寫控制。 以太網(wǎng)網(wǎng)關單元為主站單元提供了以太網(wǎng)接口 ，把AS-i總線數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡傳遞 給更高的控制層。其支持ETHERNET、 ARP、 IP、 ICMP、 IGMP、 UDP、 TCP、 ModbusTCP、 ModbusRTU 等協(xié)議。同時以太網(wǎng)網(wǎng)關單元提供基于串口的上位機配置軟件，可以設置IP地址、子網(wǎng)掩 碼、默認網(wǎng)關等信息，提供現(xiàn)場組網(wǎng)所必須的參數(shù)設置。 以太網(wǎng)網(wǎng)關單元硬件電路主要CPU、網(wǎng)卡、串口通信電路構成。CPU主要負責對網(wǎng) 卡物理層的初始化，包括網(wǎng)卡的復位和寄存器控制。同時CPU通過接口單元與主站單元完 成數(shù)據(jù)的交換。串口通信電路為網(wǎng)關單元提供了 一個RS232的標準接口 ，通過該接口 ，用戶 可以連接基于串口的上位機軟件，實現(xiàn)參數(shù)下載和上載，完成一個友好的人機交互功能。 下面為本實用新型的一個具體實施例。 中央處理器采用ARM7處理器LPC2214。 LPC2214基于一個支持實時仿真和跟蹤的 16/32位ARM7TDMI-S CPU，并帶有256K字節(jié)嵌入的高速Flash存儲器。128位寬度的存儲 器接口和獨特的加速結構使32位代碼能夠在最大時鐘速率下運行。對代碼規(guī)模有嚴格控 制的應用可使用16位Thumb模式將代碼規(guī)模降低超過30%，而性能的損失卻很小。 網(wǎng)關單元如圖2所示，包括CPU、網(wǎng)卡電路和串行通信電路。CPU采用C8051系列的 高速Flash型單片機C8051F020，其具有25MIPS的速度、64k字節(jié)Flash程序存儲空間，同時 可以存儲非易失性數(shù)據(jù)，以及4352字節(jié)RAM。網(wǎng)卡為超小型封裝CP2200。 CP2200通過并行 的8位地址和8位數(shù)據(jù)線與CPU C8051F020相連接，與傳統(tǒng)51單片機不同的是C8051F020 可以提供數(shù)據(jù)地址非復用的方式，這樣提高了 CPU訪問網(wǎng)卡的速度，以便系統(tǒng)對以太網(wǎng)數(shù) 據(jù)做出高速的響應。CP2200符合IEEE 802. 3協(xié)議內(nèi)置IOMbps以太網(wǎng)物理層器件PHY及 媒介接入控制器MAC，可按業(yè)界標準的以太網(wǎng)協(xié)議可靠地收發(fā)信息包數(shù)據(jù)；具有可編程填 充和CRC自動生成功能。同時具有可編程過濾功能特殊的過濾器，可自動評價、接收或拒 收Magic Packet、單播(Unicast)、多播(Multicast)或廣播(Broadcast)信息包，以減輕主 控單片機的處理負荷。高速率的并行主機接口 ；支持Intel和Motorola兩種。8KB Flash 存儲器；8192字節(jié)非易失性數(shù)據(jù)存儲空間，可對其進行靈活編程；工廠預編程的唯一 48位 MAC地址。 接口單元采用雙口 RAM芯片IDT71V321，其提供了 2K字節(jié)的存儲空間。左側數(shù)據(jù) 線I/0L0 7連接到LPC2214的低八位數(shù)據(jù)線，左側地址線A0L0 10連接LPC2214的低 位地址線，左側片選信號連接到LPC2214的BANK1控制信號，左側的讀寫和控制信號分別與 LPC2214的讀寫控制信號和I/O 口相連。右側數(shù)據(jù)線I/0R0 7連接到C8051F020的八位 并行數(shù)據(jù)線，左側地址線A0R0 10連接C8051F020的低位地址線，左側片選信號連接到 C8051F020的高位地址線，左側的讀寫和控制信號分別與C8051F020的讀寫控制信號和I/O 口相連。 傳輸控制器采用了 CPLD芯片XC9536，通過編程設置了帶有時鐘信號的移位接收 寄存器，用于接收信號轉換電路通過光耦傳輸來的AS-i總線的接收時鐘信號和數(shù)據(jù)信號； XC9536的14位并行I/O 口可LPC2214的P0 口的14個I/O 口相連，作為傳輸控制器和中央 處理器的并行數(shù)據(jù)交換通道。同時也設置了串行發(fā)送通道，用于發(fā)送通過并行通道轉過而 來的數(shù)據(jù)給信號轉換電路。[0022] 信號轉換短路和傳輸控制器采用高速光電耦合器相連，光電耦合器選用了 ACPL-M60L。信號轉換電路和控制電路使用電氣完全隔離的電源系統(tǒng)。信號轉換電路的輸 入端連接ASI電纜的正、負端，采用DC/DC轉換電路，輸出DC 5V和24V，該5V為本實用新型 的信號轉換電路的其它器件提供電源，24V為光電耦合接口的發(fā)送端提供電源。主站提供 了一路附加的DC24V輸入，采用LC濾波電路后，通過LM2575開關轉換電路轉換為5V，再通 過穩(wěn)壓模塊轉換為3. 3V為主站的控制單元和網(wǎng)關單元提供控制電源。同時3. 3V電源采用 TPS7333產(chǎn)生1. 8V電源供電給ARM內(nèi)核?？刂葡到y(tǒng)采用獨立電源可以避免AS-i總線干擾 控制系統(tǒng)，同時防止主機的高頻信號耦合到AS-i總線上，使總線傳輸出現(xiàn)錯誤。
權利要求一種AS-i主站模塊，其特征是包括主站單元、接口單元、以太網(wǎng)網(wǎng)關單元和電源電路，主站單元通過接口單元與以太網(wǎng)網(wǎng)關單元連接，電源單元給其余各單元供電；其中，主站單元包括信號轉換電路、傳輸控制器和中央處理器，中央處理器通過傳輸控制器與信號轉換電路連接，信號轉換電路連接AS-i總線，以太網(wǎng)網(wǎng)關單元包括CPU、網(wǎng)卡電路和串行通信電路，CPU連接接口單元，CPU與網(wǎng)卡電路間通過串行通信電路連接。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種AS-i主站模塊，其特征是接口單元為雙口 RAM。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的一種AS-i主站模塊，其特征是信號轉換電路設有電源 檢測電路，電源檢測電路通過光耦隔離器與中央處理器連接，傳輸控制器為CPLD芯片，信 號轉換電路與傳輸控制器之間設有光耦隔離器，傳輸控制器和中央處理器之間通過一組并 行的通道寄存器連接，所述所有光耦隔離器由一 DC-DC電路供電，DC-DC電路的輸入端連接 AS-i總線。
4. 根據(jù)權利要求1或2所述的一種AS-i主站模塊，其特征是中央處理器設有RS232接□。
5. 根據(jù)權利要求1或2所述的一種AS-i主站模塊，其特征是中央處理器設有RS232接 □。
專利摘要一種AS-i主站模塊，包括主站單元、接口單元、以太網(wǎng)網(wǎng)關單元和電源電路，主站單元通過接口單元與以太網(wǎng)網(wǎng)關單元連接，電源單元給其余各單元供電；其中，主站單元包括信號轉換電路、傳輸控制器和中央處理器，以太網(wǎng)網(wǎng)關單元包括CPU、網(wǎng)卡電路和串行通信電路。本實用新型集以太網(wǎng)接口和AS-i主站模塊于一體，是一種以太網(wǎng)向工業(yè)網(wǎng)絡的設備層延伸的設計。AS-i主站模塊集成了以太網(wǎng)接口，可以與上位PC連接組成小型控制系統(tǒng)，也可以作為網(wǎng)絡服務器組成復雜的擴展系統(tǒng)。本實用新型傳輸速度快，在短時間內(nèi)就可以完成與所有的從站間的行數(shù)據(jù)交換；系統(tǒng)開放，采用以太網(wǎng)接口，與其他網(wǎng)絡系統(tǒng)的兼容性和互操作性好，為用戶節(jié)省安裝和維護成本。
文檔編號H04L12/28GK201515389SQ20092023608
公開日2010年6月23日 申請日期2009年9月23日 優(yōu)先權日2009年9月23日
發(fā)明者陳柏志 申請人:伊瑪精密電子(蘇州)有限公司