一種用于多態(tài)無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的多態(tài)無線網(wǎng)關(guān)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種用于多態(tài)無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的多態(tài)無線網(wǎng)關(guān)，包括主控模塊、WIFI模塊、3G模塊、無線射頻模塊、以太網(wǎng)通信模塊、外部存儲器、電源管理模塊、Profibus總線處理模塊以及串口通信模塊；所述WIFI模塊、3G模塊、無線射頻模塊、以太網(wǎng)通信模塊、外部存儲器、電源管理模塊、Profibus總線處理模塊以及串口通信模塊均與主控模塊連接。本實用新型的多態(tài)網(wǎng)關(guān)具有標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)通信接口和物理接口，兼容現(xiàn)有測控系統(tǒng)，底層通信支持433MHz、470MHz、2.4GHz等多個射頻頻段，外部接口支持以太網(wǎng)、RS232、RS485等標(biāo)準(zhǔn)接口，實現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的物理連接和互操作，解決當(dāng)前異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)難以實現(xiàn)互聯(lián)互通的技術(shù)難題。
【專利說明】一種用于多態(tài)無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的多態(tài)無線網(wǎng)關(guān)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及無線監(jiān)控的研宄領(lǐng)域，特別涉及一種用于多態(tài)無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的多態(tài)無線網(wǎng)關(guān)。

【背景技術(shù)】
[0002]生產(chǎn)過程智能化程度低是影響我國工業(yè)節(jié)能減排的重要因素之一，目前，生產(chǎn)過程智能化已經(jīng)成為國際工業(yè)自動化領(lǐng)域新的研宄熱點和發(fā)展方向。以低成本工業(yè)無線技術(shù)為代表的新一代工業(yè)測控系統(tǒng)的出現(xiàn)，使得傳統(tǒng)不可實現(xiàn)的大規(guī)模部署傳感器監(jiān)測成為可能，為過程智能化的實現(xiàn)提供了重要使能技術(shù)。過程智能化需求的多樣性導(dǎo)致無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)多態(tài)特征，迫切需要發(fā)展多態(tài)無線監(jiān)控技術(shù)與系統(tǒng)。由于多環(huán)節(jié)應(yīng)用需求多種多樣，相應(yīng)無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)多態(tài)性。當(dāng)前，基于工業(yè)無線的新型測控技術(shù)的發(fā)展還處于初級階段，技術(shù)往往只側(cè)重于解決某一問題，導(dǎo)致技術(shù)的單一性，無法同時滿足新型測控系統(tǒng)的多態(tài)需求。隨著過程智能化應(yīng)用的快速發(fā)展，迫切需要研發(fā)多態(tài)的無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和系統(tǒng)。作為多態(tài)無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的信息處理和轉(zhuǎn)運中樞的多態(tài)無線監(jiān)控網(wǎng)關(guān)在系統(tǒng)中起著關(guān)鍵的作用。
實用新型內(nèi)容
[0003]本實用新型的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點與不足，提供一種用于多態(tài)無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的多態(tài)無線網(wǎng)關(guān)。
[0004]為了達(dá)到上述目的，本實用新型采用以下技術(shù)方案:
[0005]一種用于多態(tài)無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的多態(tài)無線網(wǎng)關(guān)，包括主控模塊、WIFI模塊、3G模塊、無線射頻模塊、以太網(wǎng)通信模塊、外部存儲器、電源管理模塊、Profibus總線處理模塊以及串口通信模塊；所述WIFI模塊、3G模塊、無線射頻模塊、以太網(wǎng)通信模塊、外部存儲器、電源管理模塊、Profibus總線處理模塊以及串口通信模塊均與主控模塊連接。
[0006]優(yōu)選的，所述串口通信模塊包括RS485串口和RS232串口 ；所述RS485串口和RS232串口均與主控模塊連接。
[0007]優(yōu)選的，所述主控模塊采用STM32F407IGT6芯片。
[0008]優(yōu)選的，所述WIFI模塊采用CC3000芯片，所述CC3000芯片與主控模塊通過SPI
串行總線連接。
[0009]優(yōu)選的，所述3G模塊采用SM5320芯片，SM5320芯片與主控模塊通過串口連接進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，主控模塊通過I/o 口輸出復(fù)位、喚醒控制信號對3G模塊進(jìn)行控制；所述SIM5320芯片包括USIM接口、UART接口、USB接口以及音頻接口。
[0010]優(yōu)選的，所述無線射頻模塊為頂470/WIA無線模塊，所述頂470/WIA無線模塊通過串口與主控模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。
[0011]優(yōu)選的，所述Profibus總線處理模塊采用VPC3+C芯片，所述VPC3+C芯片與主控模塊MCU之間通過MCU的I/O 口來模擬Profibus的地址總線和數(shù)據(jù)總線進(jìn)行連接，實現(xiàn)總線通信。
[0012]優(yōu)選的，所述外部存儲器包括SRAM和NAND FLASH，所述SRAM和NAND FLASH分別與主控模塊連接。
[0013]優(yōu)選的，所述以太網(wǎng)通信模塊與主控模塊MCU之間通過RMII方式連接進(jìn)行通信
[0014]優(yōu)選的，所述電源管理模塊采用兩路DC/DC進(jìn)行降壓轉(zhuǎn)換，一路DC/DC作為網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)的主電源，進(jìn)行供電；另一路DC/DC為3G模塊供電。
[0015]本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點和有益效果:
[0016]1、本實用新型多態(tài)網(wǎng)關(guān)具有標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)通信接口和物理接口，兼容現(xiàn)有測控系統(tǒng)，底層通信支持433MHz、470MHz、2.4GHz等多個射頻頻段，外部接口支持以太網(wǎng)、RS232、RS485等標(biāo)準(zhǔn)接口，實現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的物理連接和互操作，解決當(dāng)前異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)難以實現(xiàn)互聯(lián)互通的技術(shù)難題。
[0017]2、本實用新型的WIFI模塊采用高性能低成本芯片CC3000，該芯片只需很少的外圍電路設(shè)計，即可進(jìn)行工作，大大降低了網(wǎng)關(guān)的制作成本，且可以有效提高SPI總線通信的可靠性以及降低整體的EMI噪聲干擾
[0018]3、本實用新型的3G模塊采用SM5320作為3G通信芯片，其傳輸速度快，且外部接口豐富，可以連接多種外部設(shè)備。
[0019]4、本實用新型的電源采用工業(yè)上常用的24V直流電源供電，也可兼容12V直流電源供電，并采用兩路DC/DC降壓轉(zhuǎn)換，其中一路專門為3G模塊供電，若不需要3G模塊工作的話，可讓該電源進(jìn)行休眠，節(jié)約能量。
[0020]5、本實用新型的Profibus總線處理模塊采用VPC3+C芯片，其具有超低功耗的特征，同時配合其他外圍電路可以有效抑制共模干擾信號，并且在輸出端通過二極管實現(xiàn)對輸出端進(jìn)行隔離電壓過壓保護(hù)處理，防止靜電損壞板級電路。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1本實用新型多態(tài)無線網(wǎng)關(guān)整體架構(gòu)圖；
[0022]圖2本實用新型多態(tài)無線網(wǎng)關(guān)電路圖；
[0023]圖3本實用新型以太網(wǎng)通信模塊與主控模塊MCU之間的連接邏輯框圖；
[0024]圖4本實用新型WIFI模塊內(nèi)部接口連接框圖；
[0025]圖5本實用新型WIFI模塊的電路原理圖；
[0026]圖6本實用新型3G模塊內(nèi)部接口連接框圖；
[0027]圖7本實用新型3G模塊的電路原理圖；
[0028]圖8本實用新型無線射頻模塊內(nèi)部接口連接框圖；
[0029]圖9本實用新型無線射頻模塊的電路原理圖；
[0030]圖10本實用新型Profibus總線處理模塊電路圖；
[0031]圖11本實用新型電源管理模塊電路圖。

【具體實施方式】
[0032]下面結(jié)合實施例及附圖對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本實用新型的實施方式不限于此。
[0033]實施例
[0034]如圖1、圖2所示，本實施例一種用于多態(tài)無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的多態(tài)無線網(wǎng)關(guān)，包括主控模塊、WIFI模塊、3G模塊、無線射頻模塊、以太網(wǎng)通信模塊、外部存儲器、電源管理模塊、Profibus總線處理模塊以及串口通信模塊；所述WIFI模塊、3G模塊、無線射頻模塊、以太網(wǎng)通信模塊、外部存儲器、電源管理模塊、Profibus總線處理模塊以及串口通信模塊均與主控模塊連接。
[0035]所述主控模塊選擇ST公司的高性能C0RTEX-M4ARM處理器STM32F4XX系列，并通過FSMC總線外擴16MB的SDRAM和128MB的FLASH，以滿足程序開發(fā)需求。STM32F4通過并口總線訪問VPC3+C芯片，從而控制協(xié)議數(shù)據(jù)的收發(fā)。主控模塊通過串口與IM系列無線數(shù)傳模塊進(jìn)行通信，實現(xiàn)2.4GHz,433MHz或470MHz無線網(wǎng)絡(luò)管理功能，同時通過與WIFI無線模塊進(jìn)行相連，實現(xiàn)WIFI接入功能。通過串口與3G模塊相連，通過AT指令對模塊進(jìn)行配置及驅(qū)動，實現(xiàn)數(shù)據(jù)以3G方式傳輸。
[0036]如圖3所示，以太網(wǎng)通信模塊與主控模塊MCU之間通過RMII方式連接進(jìn)行通信，該通信方式只占有MCU少量的I/O 口。
[0037]如圖4、圖5所示，所述WIFI模塊采用TI公司的一款高性能低成本芯片CC3000，該芯片只需很少的外圍電路設(shè)計，即可進(jìn)行工作。該芯片通過SPI串行總線與主控芯片STM32F407IGT6進(jìn)行連接。CC3000有測試和功能模式兩種工作模式，為了確保CC3000工作在功能模式，需要將其內(nèi)部的EEPROM和WLAN使能引腳通過O歐電阻連接，如圖5中的R1，R2，R4連接所示，電阻R6?RlO起到降低信號反射的作用，提高SPI總線通信的可靠性以及降低整體的EMI噪聲干擾。
[0038]如圖6、圖7所示，3G模塊采用芯訊通無線科技公司的SM5320作為3G通信芯片，主控模塊通過AT指令對模塊進(jìn)行配置及驅(qū)動，實現(xiàn)數(shù)據(jù)以3G方式傳輸。該芯片是一款高性價比的WCDMA/HSDPA模塊，支持下行速率達(dá)3.6Mbps，外部接口豐富，包含US頂接口、UART接口、USB以及音頻等接口。通過串口與主控模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，圖中電阻R75，R77與三極管Q2組成復(fù)位電路，通過主控芯片的I/O輸出高低電平來控制三極管Q2的導(dǎo)通與關(guān)閉，當(dāng)三極管導(dǎo)通時3G模塊進(jìn)行復(fù)位操作。
[0039]如圖8、圖9所示，所述無線射頻模塊為IM470/WIA無線模塊，用于實現(xiàn)網(wǎng)關(guān)的無線網(wǎng)絡(luò)通信和管理功能；其采用Silicon Labs公司的一款基于IEEE802.15.4d射頻芯片，工作頻段范圍在240MHz?930MHz之間，可實現(xiàn)全雙工無線收發(fā)。頂470模塊設(shè)計工作頻率為470MHz，最大通信距離可達(dá)2Km，最大發(fā)射功率20dBm，通過串口與主控芯片STM32F407IGT6進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
[0040]如圖10所示，Profibus總線處理模塊采用西門子公司的VPC3+C芯片來設(shè)計，與主控模塊MCU之間通過MCU的I/O 口來模擬Profibus的地址總線和數(shù)據(jù)總線進(jìn)行連接，實現(xiàn)總線通信。該芯片支持PROFIBUS DP-V0，DP-V1和DP-V2協(xié)議棧，具有超低功耗。主控芯片STM32F407IGT6的I/O 口模擬并口與PROFIBUS模塊進(jìn)行連接。PROFIBUS的輸出信號經(jīng)過帶隔離控制芯片ADM2486的電平轉(zhuǎn)換成RS485電平輸出。在RS485輸出端添加電阻R51、R58、R59的主要作用是對輸出端進(jìn)行阻抗匹配，抑制共模信號干擾，保持差分信號的完整性。并通過輸出端TVS 二極管D16對輸出端進(jìn)行隔離電壓過壓保護(hù)處理，防止靜電損壞板級電路。
[0041]所述串口通信模塊包括RS485串口和RS232串口 ；所述RS485串口和RS232串口均與主控模塊連接；RS485和RS232與MCU主要是通過串口 I和串口 4進(jìn)行連接，可實現(xiàn)RS485和RS232數(shù)據(jù)傳輸。所述串口 RS232作為測試和調(diào)試的接口，用來輔助開發(fā)人員調(diào)試和配置參數(shù)；所述串口 RS485用作Modbus RTU協(xié)議和Profibus總線協(xié)議的物理接口。
[0042]所述外部存儲器包括SRAM和NAND FLASH，所述SRAM和NAND FLASH分別與主控模塊連接，可以擴充存儲容量，用于存儲數(shù)據(jù)。
[0043]如圖11所示，電源管理模塊主要實現(xiàn)將工業(yè)24V直流電源轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)電源，也可兼容12V直流電源供電。通過TI公司的TPS5430高性能DC/DC降壓芯片進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換。該電源系統(tǒng)有兩路DC/DC降壓轉(zhuǎn)換，一路作為網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)的主電源，進(jìn)行供電。另外一路專門為3G模塊供電，該路可通過主控芯片STM32F407IGT6來控制是否進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換，若不需要3G模塊工作的話，可讓該電源進(jìn)行休眠，節(jié)約能量。圖中電阻R43與R44，R45與46的比值可實現(xiàn)輸出電壓值得調(diào)節(jié)。
[0044]上述實施例為本實用新型較佳的實施方式，但本實用新型的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本實用新型的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于多態(tài)無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的多態(tài)無線網(wǎng)關(guān)，其特征在于，包括主控模塊、WIFI?！缐?G模塊、無線射頻模塊、以太網(wǎng)通信模塊、外部存儲器、電源管理模塊、Profibus總線處理模塊以及串口通信模塊；所述WIFI模塊、3G模塊、無線射頻模塊、以太網(wǎng)通信模塊、外部存儲器、電源管理模塊、Profibus總線處理模塊以及串口通信模塊均與主控模塊連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于多態(tài)無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的多態(tài)無線網(wǎng)關(guān)，其特征在于，所述串口通信模塊包括RS485串口和RS232串口 ；所述RS485串口和RS232串口均與主控模塊連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于多態(tài)無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的多態(tài)無線網(wǎng)關(guān)，其特征在于，所述主控模塊采用STM32F407IGT6芯片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于多態(tài)無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的多態(tài)無線網(wǎng)關(guān)，其特征在于，所述WIFI模塊采用CC3000芯片，所述CC3000芯片與主控模塊通過SPI串行總線連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于多態(tài)無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的多態(tài)無線網(wǎng)關(guān)，其特征在于，所述3G模塊采用SM5320芯片，SM5320芯片與主控模塊通過串口連接進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，主控模塊通過I/O 口輸出復(fù)位、喚醒控制信號對3G模塊進(jìn)行控制；所述SM5320芯片包括USM接口、UART接口、USB接口以及音頻接口。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于多態(tài)無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的多態(tài)無線網(wǎng)關(guān)，其特征在于，所述無線射頻模塊為頂470/WIA無線模塊，所述頂470/WIA無線模塊通過串口與主控模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于多態(tài)無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的多態(tài)無線網(wǎng)關(guān)，其特征在于，所述Profibus總線處理模塊采用VPC3+C芯片，所述VPC3+C芯片與主控模塊MCU之間通過MCU的I/O 口來模擬Profibus的地址總線和數(shù)據(jù)總線進(jìn)行連接，實現(xiàn)總線通信。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于多態(tài)無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的多態(tài)無線網(wǎng)關(guān)，其特征在于，所述外部存儲器包括SRAM和NAND FLASH，所述SRAM和NAND FLASH分別與主控模塊連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于多態(tài)無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的多態(tài)無線網(wǎng)關(guān)，其特征在于，所述以太網(wǎng)通信模塊與主控模塊之間通過RMII方式連接進(jìn)行通信。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于多態(tài)無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的多態(tài)無線網(wǎng)關(guān)，其特征在于，所述電源管理模塊采用兩路DC/DC進(jìn)行降壓轉(zhuǎn)換，一路DC/DC作為網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)的主電源，進(jìn)行供電；另一路DC/DC為3G模塊供電。
【文檔編號】H04W88/16GK204231673SQ201420805160
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月17日
【發(fā)明者】肖金超, 蔣健波, 程海梅, 鄧龍輝, 曾鵬 申請人:廣州中國科學(xué)院沈陽自動化研究所分所, 中國科學(xué)院沈陽自動化研究所