專利名稱：ZigBee網(wǎng)絡(luò)和CAN總線協(xié)議轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、混雜現(xiàn)場總線、嵌入式系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種 ZigBee網(wǎng)絡(luò)和CAN總線協(xié)議轉(zhuǎn)換器。
背景技術(shù)：
隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，無線通信設(shè)備不斷成熟，成本也進一步的降低，為了解決工業(yè)環(huán)境及過程控制環(huán)境下的許多移動對象、旋轉(zhuǎn)對象以及危險環(huán)境對象的監(jiān)測與控制問題，出現(xiàn)了一種混雜的有線/無線現(xiàn)場總線(hybrid wired/wireless field bus)的新技術(shù)。在工作環(huán)境較為惡劣、安全生產(chǎn)風(fēng)險較高的化工企業(yè)，混雜現(xiàn)場總線技術(shù)可以隨作業(yè)現(xiàn)場進行部署，迅速地覆蓋所有工段。當(dāng)現(xiàn)場工作人員攜帶無線傳感器節(jié)點時，還可以利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的定位技術(shù)對工作人員進行實時定位，萬一發(fā)生事故可以對作業(yè)現(xiàn)場的工作人員在事故發(fā)生時刻的位置進行跟蹤，便于設(shè)計高效的應(yīng)急救援方案?；诨祀s現(xiàn)場總線技術(shù)的現(xiàn)代化化工安全監(jiān)控系統(tǒng)包括ZigBee與CAN總線之間的有線/無線網(wǎng)關(guān)、基于ZigBee的無線傳感器節(jié)點、基于CAN總線的傳感器節(jié)點等。其中，ZigBee與CAN總線之間的有線/無線網(wǎng)關(guān)是建立化工企業(yè)安全監(jiān)控系統(tǒng)的混雜有線/無線現(xiàn)場總線的關(guān)鍵，可充當(dāng)周圍無線傳感器節(jié)點的數(shù)據(jù)中繼點，從而實現(xiàn)更為可靠的遠距離數(shù)據(jù)傳輸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種ZigBee網(wǎng)絡(luò)和CAN總線協(xié)議轉(zhuǎn)換
ο本發(fā)明采取的具體方案為=ZigBee網(wǎng)絡(luò)和CAN總線協(xié)議轉(zhuǎn)換器包括電源管理模塊、處理器模塊、ZigBee無線通信模塊和CAN收發(fā)模塊。所述電源管理模塊包括7. 4V鋰電池、5V電壓轉(zhuǎn)換電路、3. 3V電壓轉(zhuǎn)換電路、1. 8V 電壓轉(zhuǎn)換電路。鋰電池JS-7. 4V-2. 2AH為5V電壓轉(zhuǎn)換電路提供電源；5V電壓轉(zhuǎn)換電路的核心是SPX1117M3-5. 0低壓差線性穩(wěn)壓電源芯片，其輸出供給3. 3V電壓轉(zhuǎn)換電路、1. 8V 電壓轉(zhuǎn)換電路、CAN收發(fā)模塊；3. 3V電壓轉(zhuǎn)換電路的核心是SPX1117M3-3. 3低壓差線性穩(wěn)壓電源芯片，其輸出供給處理器模塊、ZigBee無線通信模塊；1. 8V電壓轉(zhuǎn)換電路的核心是 SPX1117M3-1. 8低壓差線性穩(wěn)壓電源芯片，其輸出供給處理器模塊。所述處理器模塊以處理器LPC2109FBD64/01為核心，在其外圍分別搭建了復(fù)位電路、晶振電路、JTAG電路以及ISP電路。并且對處理器的各電源引腳進行了退藕處理， 復(fù)位電路采用專用的復(fù)位芯片MAX811S。處理器電源端分別和3. 3V電壓轉(zhuǎn)換電路、1.8V 電壓轉(zhuǎn)換電路相連；處理器的通用異步收發(fā)器(Universal Asynchronous Receiver/ Transmitter, UART)接口與ZigBee無線通信模塊連接；處理器的CAN接口與CAN收發(fā)模塊連接；處理器電源端與3. 3V電壓轉(zhuǎn)換電路、1. 8V電壓轉(zhuǎn)換電路連接。
所述ZigBee無線通信模塊的型號為HZ2012，該模塊和處理器模塊的UART接口相連，電源端和3. 3V電壓轉(zhuǎn)換電路相連。所述CAN收發(fā)模塊包括光耦隔離單元、CAN收發(fā)單元和電源隔離單元。光耦隔離單元的核心為高速光耦6N137，其一端和處理器的CAN接口連接，另一端和CAN收發(fā)單元連接，電源端和5V電壓轉(zhuǎn)換電路以及電源隔離單元連接；CAN收發(fā)單元的CAN總線信號端和終端電阻連接，電源端和電源隔離單元連接；電源隔離單元的輸入端和5V電壓轉(zhuǎn)換電路連接。該設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)ZigBee網(wǎng)絡(luò)和CAN總線之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、處理和計算。并具有低功耗，高可靠性，強數(shù)據(jù)處理能力等特點。和現(xiàn)有技術(shù)相比，有以下優(yōu)點
1.設(shè)備運行功耗低。設(shè)備的軟硬件系統(tǒng)均采用低功耗設(shè)計技術(shù)，降低了能耗，設(shè)備可長時間工作。2.數(shù)據(jù)處理速度快，升級潛力大。本發(fā)明采用了 ARM7內(nèi)核的高性能處理器，數(shù)據(jù)處理能力強，并且處理器的片上外設(shè)豐富，升級潛力大。3.設(shè)備適應(yīng)性強，工作穩(wěn)定可靠。設(shè)備復(fù)位電路采用專用的復(fù)位芯片保證設(shè)備的可靠工作；設(shè)備CAN模塊的電源采用隔離設(shè)計，CAN收發(fā)器和處理器之間采用了高速光耦進行隔離，很好地實現(xiàn)設(shè)備與CAN-BUS總線上其它節(jié)點的完全獨立和隔離，提高節(jié)點的穩(wěn)定性和安全性。4.電路結(jié)構(gòu)清晰。設(shè)備各功能模塊和接口定義清晰，以LPC2109處理器為控制中心，協(xié)調(diào)CAN收發(fā)模塊和ZigBee無線通信模塊間的數(shù)據(jù)處理及傳輸。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)原理框圖； 圖2為本發(fā)明電源模塊電路原理圖； 圖3為本發(fā)明處理器模塊電路原理圖4為本發(fā)明ZigBee無線通信模塊電路原理圖； 圖5為本發(fā)明CAN收發(fā)模塊電路原理圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進一步描述。如圖1所示，ZigBee網(wǎng)絡(luò)和CAN總線協(xié)議轉(zhuǎn)換器包括電源管理模塊、處理器模塊、 ZigBee無線通信模塊和CAN收發(fā)模塊。電源管理模塊為處理器模塊、ZigBee無線通信模塊、CAN收發(fā)模塊供電。處理器模塊與ZigBee無線通信模塊、CAN收發(fā)模塊連接。CAN收發(fā)模塊包括光耦隔離單元和CAN收發(fā)單元，CAN收發(fā)單元和光耦隔離單元連接，光耦隔離單元和處理器模塊連接。如圖2所示，電源管理模塊包括7. 4V鋰電池、5V電壓轉(zhuǎn)換電路、3. 3V電壓轉(zhuǎn)換電路、1.8V電壓轉(zhuǎn)換電路。鋰電池型號為JS-7.4V-2. 2AH，標(biāo)稱容量2. 2AH，其正極和單刀雙擲開關(guān)Sl的2引腳相連，負極接地。單刀雙擲開關(guān)Sl的3引腳懸空，1引腳和保護二極管 1N4007陽極相連，保護二極管1N4007的陰極和電源芯片U2的3引腳相連。5V電壓轉(zhuǎn)換電路中鉭電容C23的正極和電源芯片U2的3引腳相連，鉭電容C23的負極接地；電源芯片U2的1引腳接地，2引腳和鉭電容C24的正極、電源指示燈DSl的陽極相連；鉭電容C24的負極、電源指示燈DSl的陰極均接地；電源芯片U2的2引腳分別和電源芯片U3的3引腳、電源芯片U4的3引腳相連。3. 3V電壓轉(zhuǎn)換電路中電容C7的一端和電源芯片U3的3引腳相連，另一端接地；電源芯片U3的1引腳接地，2引腳和鉭電容C9的正極、電源指示燈DS2的陽極相連；鉭電容C9的負極、電源指示燈DS2的陰極均接地。1. 8V電壓轉(zhuǎn)換電路中電容C8 的一端和電源芯片U4的3引腳相連，另一端接地；電源芯片U4的1引腳接地，2引腳和鉭電容ClO的正極、電源指示燈DS3陽極相連；鉭電容ClO的負極、電源指示燈DS3的陰極均接地。如圖3所示，處理器模塊的核心為處理器U1，還包括復(fù)位電路、晶振電路、JTAG電路、ISP電路和退藕電容。處理器模塊的核心處理器Ul的57引腳和復(fù)位芯片U5的2弓丨腳相連。復(fù)位芯片U5的1引腳接地，4引腳和3. 3V電壓轉(zhuǎn)換電路相連，電容Cll的一端和復(fù)位芯片的1引腳連接，另外一端和復(fù)位芯片U5的4引腳相連；復(fù)位芯片的3引腳和復(fù)位開關(guān)S2的1引腳相連，復(fù)位開關(guān)S2的2引腳接地。處理器Ul的61引腳、62引腳分別和晶振電路相連。晶振電路中晶振Yl的兩端并聯(lián)一個電阻R3使系統(tǒng)更容易起振；晶振電路中電容Cl、C2的一端分別和晶振相連，另一端均接地。處理器的JTAG接口和接插件JPl相連， 其中處理器的20引腳和接插件JPl的3引腳相連，24引腳和接插件JPl的11引腳相連，52 引腳和接插件JPl的7引腳相連，56引腳和接插件JPl的9引腳相連，57引腳和接插件JPl 的15引腳相連，60引腳和接插件JPl的5引腳相連，64引腳和接插件JPl的13引腳相連； 接插件JPl的1引腳、2引腳和3. 3V電壓轉(zhuǎn)換電路相連，17引腳、19引腳懸空，其余引腳均接地；電阻R2的一端和接插件JPl的11引腳相連，另一端接地。處理器ISP接口 41引腳和接插件JP2的1引腳相連，接插件JP2的2引腳接地；電阻Rl的一端和接插件JP2的1 引腳相連，電阻Rl的另外一端和3. 3V電壓轉(zhuǎn)換電路相連。退藕電容部分中，電容C16的一端和處理器的17弓丨腳相連，另一端接地；電容C17的一端和處理器的49引腳相連，另一端接地；電容C18的一端和處理器的63引腳相連，另一端接地；電容C19的一端和處理器的7 引腳相連，另一端接地；電容C20的一端和處理器的23引腳相連，另一端接地；電容C21的一端和處理器的43引腳相連，另一端接地；電容C22的一端和處理器的51引腳相連，另一端接地。如圖4所示，ZigBee無線通信模塊U12的13引腳、15引腳、17引腳均和3. 3V電壓轉(zhuǎn)換電路相連；ZigBee無線通信模塊U12的21引腳、23引腳、25引腳、27引腳均接地； ZigBee無線通信模塊U12的18引腳和處理器的19引腳相連，20引腳和處理器的21引腳相連，其余引腳均懸空。如圖5所示，CAN收發(fā)模塊包括光耦隔離單元、CAN收發(fā)單元和5V電源隔離單元。 光耦隔離單元的核心為兩個高速光耦隔離器件6N137即U7和U8。光耦U7的2引腳和5V 電壓轉(zhuǎn)換電路輸出端相連；光耦U7的3引腳串聯(lián)一個470 Ω的電阻R7后和處理器CAN接口 10引腳連接；光耦U7的1、4引腳懸空；光耦U7的5引腳和5V電源隔離單元中U9的3 引腳相連；光耦U7的7、8引腳和5V電源隔離單元中U9的4引腳相連，電阻R5的一端和光耦U7的7、8引腳相連，另外一端和光耦U7的6引腳相連；光耦U7的6引腳和CAN收發(fā)器 U6的1引腳相連。CAN收發(fā)單元的核心是TJA1040T高速CAN收發(fā)器U6，其3引腳和5V電源隔離單元中U9的4引腳相連；CAN收發(fā)器TO的2引腳和5V電源隔離單元中U9的3引腳相連；CAN收發(fā)器U6的5、8引腳懸空，6引腳、7引腳通過接插件J2和終端電阻R4相連。 終端電阻R4的一端和接插件J2的2引腳相連，另一端和CAN收發(fā)器U6的7引腳相連；接插件J2的1引腳和CAN收發(fā)器的6引腳相連；CAN收發(fā)器的4引腳串聯(lián)一個470 Ω的電阻 R6后和光耦U8的3引腳相連。光耦U8的2引腳和5V電源隔離單元中U9的4引腳相連； 光耦U8的1、4引腳懸空；光耦U8的7、8引腳和5V電壓轉(zhuǎn)換電路相連，電阻R8的一端和光耦U8的7、8引腳相連，另一端和光耦U8的6引腳相連；光耦U8的6引腳和處理器的CAN 接口 9引腳相連；光耦U8的5引腳接地。電源隔離單元中U9的2引腳和5V電壓轉(zhuǎn)換電路相連，1引腳接地；電容C12的一端和U9的3引腳相連，電容C12另一端和U9的4引腳相連；電阻R9 —端U9的3引腳相連，電阻R9的另一端和U9的4引腳相連。
本發(fā)明的工作過程為鋰電池輸出的7. 4V電壓通過5V電壓轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換，然后為 CAN收發(fā)模塊、3. 3V電壓轉(zhuǎn)換電路和1. 8V電壓轉(zhuǎn)換電路提供電源。3. 3V電壓轉(zhuǎn)換電路為 RS-232收發(fā)器、復(fù)位芯片和處理器提供電源；1. 8V電壓轉(zhuǎn)換電路為處理器提供電源。整個設(shè)備由單刀雙擲開關(guān)Sl來控制通斷。當(dāng)設(shè)備需要將ZigBee網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到CAN總線時， 設(shè)備首先通過ZigBee無線通信模塊接收來自ZigBee網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)，然后處理器將接收的數(shù)據(jù)處理后通過CAN收發(fā)模塊轉(zhuǎn)發(fā)到CAN總線；當(dāng)設(shè)備需要將CAN總線的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到ZigBee 網(wǎng)絡(luò)時，設(shè)備首先通過CAN收發(fā)模塊接收來自CAN總線的數(shù)據(jù)，然后處理器將接收到的數(shù)據(jù)處理后通過ZigBee無線通信模塊轉(zhuǎn)發(fā)到ZigBee網(wǎng)絡(luò)。本發(fā)明提供了一種ZigBee網(wǎng)絡(luò)和 CAN總線協(xié)議轉(zhuǎn)換器，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)在CAN總線ZigBee網(wǎng)絡(luò)之間的轉(zhuǎn)發(fā)。
權(quán)利要求
1.LZigBee網(wǎng)絡(luò)和CAN總線協(xié)議轉(zhuǎn)換器，包括電源管理模塊、處理器模塊、ZigBee無線通信模塊和CAN收發(fā)模塊，其特征在于電源管理模塊為處理器模塊、ZigBee無線通信模塊、CAN收發(fā)模塊供電；處理器模塊與 ZigBee無線通信模塊、CAN收發(fā)模塊連接；CAN收發(fā)模塊包括光耦隔離單元和CAN收發(fā)單元，CAN收發(fā)單元和光耦隔離單元連接，光耦隔離單元和處理器模塊連接；所述的電源管理模塊包括7. 4V鋰電池、5V電壓轉(zhuǎn)換電路、3. 3V電壓轉(zhuǎn)換電路、1. 8V電壓轉(zhuǎn)換電路；鋰電池正極和單刀雙擲開關(guān)Sl的2引腳相連，負極接地；單刀雙擲開關(guān)Sl的 3引腳懸空，1引腳和保護二極管1N4007陽極相連，保護二極管1N4007的陰極和電源芯片 U2的3引腳相連；5V電壓轉(zhuǎn)換電路中鉭電容C23的正極和電源芯片U2的3引腳相連，鉭電容C23的負極接地；電源芯片U2的1引腳接地，2引腳和鉭電容C24的正極、電源指示燈 DSl的陽極相連；鉭電容CM的負極、電源指示燈DSl的陰極均接地；電源芯片U2的2引腳分別和電源芯片U3的3引腳、電源芯片U4的3引腳相連；3. 3V電壓轉(zhuǎn)換電路中電容C7的一端和電源芯片U3的3引腳相連，另一端接地；電源芯片U3的1引腳接地，2引腳和鉭電容C9的正極、電源指示燈DS2的陽極相連；鉭電容C9的負極、電源指示燈DS2的陰極均接地；1. 8V電壓轉(zhuǎn)換電路中電容C8的一端和電源芯片U4的3引腳相連，另一端接地；電源芯片U4的1弓丨腳接地，2弓丨腳和鉭電容ClO的正極、電源指示燈DS3陽極相連；鉭電容ClO的負極、電源指示燈DS3的陰極均接地；所述的處理器模塊的核心為處理器U1，還包括復(fù)位電路、晶振電路、JTAG電路、ISP電路和退藕電容；處理器模塊的核心處理器Ul的57引腳和復(fù)位芯片U5的2引腳相連；復(fù)位芯片U5的1引腳接地，4引腳和3. 3V電壓轉(zhuǎn)換電路相連，電容Cll的一端和復(fù)位芯片的1 引腳連接，另外一端和復(fù)位芯片U5的4引腳相連；復(fù)位芯片的3引腳和復(fù)位開關(guān)S2的1引腳相連，復(fù)位開關(guān)S2的2引腳接地；處理器Ul的61引腳、62引腳分別和晶振電路相連；晶振電路中晶振Yl的兩端并聯(lián)一個電阻R3使系統(tǒng)更容易起振；晶振電路中電容Cl、C2的一端分別和晶振相連，另一端均接地；處理器的JTAG接口和接插件JPl相連，其中處理器的 20引腳和接插件JPl的3引腳相連，24引腳和接插件JPl的11引腳相連，52引腳和接插件 JPl的7引腳相連，56引腳和接插件JPl的9引腳相連，57引腳和接插件JPl的15引腳相連，60引腳和接插件JPl的5引腳相連，64引腳和接插件JPl的13引腳相連；接插件JPl 的1引腳、2引腳和3. 3V電壓轉(zhuǎn)換電路相連，17引腳、19引腳懸空，其余引腳均接地；電阻 R2的一端和接插件JPl的11引腳相連，另一端接地；處理器ISP接口 41引腳和接插件JP2 的1引腳相連，接插件JP2的2引腳接地；電阻Rl的一端和接插件JP2的1引腳相連，電阻 Rl的另外一端和3. 3V電壓轉(zhuǎn)換電路相連；退藕電容部分中，電容C16的一端和處理器的17 引腳相連，另一端接地；電容C17的一端和處理器的49引腳相連，另一端接地；電容C18的一端和處理器的63引腳相連，另一端接地；電容C19的一端和處理器的7引腳相連，另一端接地；電容C20的一端和處理器的23引腳相連，另一端接地；電容C21的一端和處理器的 43引腳相連，另一端接地；電容C22的一端和處理器的51引腳相連，另一端接地；所述的ZigBee無線通信模塊U12的13引腳、15引腳、17引腳均和3. 3V電壓轉(zhuǎn)換電路相連；ZigBee無線通信模塊U12的21引腳、23引腳、25引腳、27引腳均接地；ZigBee無線通信模塊U12的18引腳和處理器的19引腳相連，20引腳和處理器的21引腳相連，其余引腳均懸空；所述的CAN收發(fā)模塊包括光耦隔離單元、CAN收發(fā)單元和5V電源隔離單元；光耦隔離單元的核心為兩個高速光耦隔離器件6N137，即U7和U8 ；光耦U7的2引腳和5V電壓轉(zhuǎn)換電路輸出端相連；光耦U7的3引腳串聯(lián)電阻R7后和處理器CAN接口 10引腳連接；光耦U7 的1、4引腳懸空；光耦U7的5引腳和5V電源隔離單元中U9的3引腳相連；光耦U7的7、8 引腳和5V電源隔離單元中U9的4引腳相連，電阻R5的一端和光耦U7的7、8引腳相連，另外一端和光耦U7的6引腳相連；光耦U7的6引腳和CAN收發(fā)器U6的1引腳相連；CAN收發(fā)單元的核心是TJA1040T高速CAN收發(fā)器TO，其3引腳和5V電源隔離單元中U9的4引腳相連；CAN收發(fā)器U6的2引腳和5V電源隔離單元中U9的3引腳相連；CAN收發(fā)器U6的5、 8引腳懸空，6引腳、7引腳通過接插件J2和終端電阻R4相連；終端電阻R4的一端和接插件J2的2引腳相連，另一端和CAN收發(fā)器U6的7引腳相連；接插件J2的1引腳和CAN收發(fā)器的6引腳相連；CAN收發(fā)器的4引腳串聯(lián)一個470 Ω的電阻R6后和光耦U8的3弓丨腳相連；光耦U8的2引腳和5V電源隔離單元中U9的4引腳相連；光耦U8的1、4引腳懸空； 光耦U8的7、8引腳和5V電壓轉(zhuǎn)換電路相連，電阻R8的一端和光耦U8的7、8引腳相連，另一端和光耦U8的6引腳相連；光耦U8的6引腳和處理器的CAN接口 9引腳相連；光耦U8 的5引腳接地；電源隔離單元中U9的2引腳和5V電壓轉(zhuǎn)換電路相連，1引腳接地；電容C12 的一端和U9的3引腳相連，電容C12另一端和U9的4引腳相連；電阻R9 —端U9的3弓丨腳相連，電阻R9的另一端和U9的4引腳相連。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種ZigBee網(wǎng)絡(luò)和CAN總線協(xié)議轉(zhuǎn)換器。本發(fā)明包括電源管理模塊、處理器模塊、ZigBee無線通信模塊和CAN收發(fā)模塊。電源管理模塊為處理器模塊、ZigBee無線通信模塊、CAN收發(fā)模塊供電。處理器模塊與ZigBee無線通信模塊、CAN收發(fā)模塊連接。CAN收發(fā)模塊包括光耦隔離單元和CAN收發(fā)單元，CAN收發(fā)單元和光耦隔離單元連接，光耦隔離單元和處理器模塊連接。本發(fā)明功耗低、數(shù)據(jù)處理速度快、適應(yīng)性強。
文檔編號H04L12/66GK102195902SQ201110136468
公開日2011年9月21日 申請日期2011年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月25日
發(fā)明者吳斌, 蔣鵬 申請人:杭州電子科技大學(xué)