CN103873358A - 一种基于单片机的knx-tcp/ip协议转换网关 - Google Patents

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张玉杰
郑培
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Abstract

本发明公开了一种基于单片机的KNX-TCP/IP协议转换网关，主要包括KNX通信处理模块和TCP/IP通信处理模块，所述KNX通信处理模块可以通过双绞线直接挂接在KNX总线上，实现与KNX总线的通信；所述TCP/IP通信处理模块包括控制器、网络接口模块和网络接口，实现与以太网的通信；所述KNX通信处理模块和所述TCP/IP通信处理模块之间通过串口进行通信，实现KNX网络与以太网数据的交换。系统灵活性好，可靠性高，实现KNX系统与以太网的互通，从而实现楼层之间、楼宇之间的KNX设备的互联，为楼宇自动化的集中监控提供便利，也为节能环保创造条件，有广阔的发展前景，值得广泛推广。

Description

一种基于单片机的KNX-TCP/IP协议转换网关
技术领域
本发明涉及KNX总线通信技术以及以太网通信技术，具体涉及一种基于单片机的KNX-TCP/IP协议转换网关。
背景技术
KNX总线标准是当前住宅和楼宇控制领域唯一的世界性开放标准。KNX作为新一代现场总线技术凭借良好的互操作性和开放性、完善的通信机制以及支持多种通信介质等方面优势，在建筑设备自动监控领域取得了广泛应用。但是KNX核心技术仍然只被少量外国企业掌握，尤其是KNX产品核心芯片BCU、BIM、SIM等，这无形中就大大增加了KNX产品的成本和价格，严重阻碍了KNX技术在国内的发展与应用。
另一方面，由于传输距离以及传输速度的限制，严重的影响了KNX系统的扩展，而以太网作为广域网基础骨干网络已经非常普遍，如果实现KNX协议与TCP/IP协议的转换，KNX总线则可以直接与TCP/IP系统互通，总线信号可以在高速以太网上传输，KNX系统的扩展将不再受传输距离的影响，而数据的传输量和传输速度也不再成为KNX系统的问题，为KNX网络的扩展提供保障。
发明内容
为了克服上述技术的缺点，使KNX产品的成本和价格得到有效的控制，并进一步推动KNX技术在国内的发展与普及以及KNX系统的可扩展性，本发明目的在于提供一种基于单片机的KNX-TCP/IP协议转换网关，能够实现以下功能：
（1）按照KNX协议的要求与KNX总线通信，即正确接收和发送KNX总线报文，并处理通信对象；
（2）按照TCP/IP协议的要求与以太网通信，即正确接收和发送TCP/UDP报文；
（3）实现KNX协议与TCP/IP协议的转换，即将从KNX总线接收的数据转换为TCP/UDP的报文格式发送至以太网，将从以太网接收的数据转换为KNX报文格式发送至KNX总线。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种基于单片机的KNX-TCP/IP协议转换网关，包括:
一KNX通信处理模块和一TCP/IP通信处理模块，所述KNX通信处理模块和所述TCP/IP通信处理模块之间通过串口进行通信，实现KNX网络与以太网数据的交换。
在本发明的一个优选实施例中，所述KNX通信处理模块包括控制器和KNX总线收发模块，所述KNX通信处理模块通过双绞线直接挂接在KNX总线上，实现与KNX总线的通信。
在本发明的一个优选实施例中，所述控制器采用基于Cortex-M0架构的32位微控制器SN32F707，实现KNX通信协议栈，包括KNX报文的装配与分解以及KNX报文的发送和接收。 
在本发明的一个优选实施例中，所述KNX总线收发模块采用FZE1066，FZE1066是专用于KNX总线收发的模块，其通信介质为双绞线。
在本发明的一个优选实施例中，所述TCP/IP通信处理模块包括控制器、网络接口模块和网络接口。
在本发明的一个优选实施例中，所述控制器同样采用基于Cortex-M0架构的32位微控制器SN32F707，实现精简的TCP/IP协议栈，主要包括ARP协议、ICMP协议、IP协议、TCP协议与UDP协议。
在本发明的一个优选实施例中，所述网络接口模块包括网络接口芯片RTL8019AS和网络变压器PM44-11BP，所述网络接口芯片为实现即插即用的兼容NE2000网络适配器的全双工以太网提供了良好的解决方案，所述网络变压器不仅起到滤波的作用，还发挥隔离作用，使得网络上的信号不至于因窜入噪声而影响网络接口芯片的正常工作。
本发明具有以下优点和积极效果：
本发明选用Cortex-M0架构的SN32F707微控制器实现KNX通信内核，完成不依赖于某种硬件，具有通用性以及便利移植性的完整的KNX通信协议栈，降低KNX产品的开发成本，为国内KNX设备的开发创造条件。
并设计一种基于KNX通信协议的网关，实现KNX协议和TCP/IP协议的转换，实现KNX系统与以太网的互通，从而实现楼层之间、楼宇之间的KNX设备的互联，为楼宇自动化的集中监控提供便利，也为节能环保创造条件。
附图说明
图1为本发明的硬件结构图。
图2为本发明的软件架构图。
具体实现方式
下面对本发明的结构原理，工作原理作进一步说明。
参照图1，一种基于单片机的KNX-TCP/IP协议转换网关，包括KNX通信处理模块和TCP/IP通信处理模块，所述KNX通信处理模块和所述TCP/IP通信处理模块之间通过串口进行通信，实现KNX网络与以太网数据的交换。
该KNX通信处理模块包括控制器和KNX总线收发模块，所述KNX通信处理模块可以通过双绞线直接挂接在KNX总线上，实现与KNX总线的通信；
其中控制器采用基于Cortex-M0架构的32位微控制器SN32F707，实现KNX通信协议栈，包括KNX报文的装配与分解以及KNX报文的发送和接收； 
其中KNX总线收发模块采用FZE1066，FZE1066是专用于KNX总线收发的模块，其通信介质为双绞线，其特性如下：（1）支持收发功能，提供直接连接通信控制芯片的端口；（2）能够将KNX总线上的29V电压转化为3.3V/5V电压供通信控制芯片使用；（3）能为通信控制芯片提供上电复位和掉电保存信号；（4）可监测KNX总线的电压。
该TCP/IP通信处理模块包括控制器、网络接口模块和网络接口，其中控制器同样采用基于Cortex-M0架构的32位微控制器SN32F707，实现精简的TCP/IP协议栈，主要包括ARP协议、ICMP协议、IP协议、TCP协议与UDP协议；其中网络接口模块包括网络接口芯片RTL8019AS和网络变压器PM44-11BP，所述网络接口芯片为实现即插即用的兼容NE2000网络适配器的全双工以太网提供了良好的解决方案，所述网络变压器不仅起到滤波的作用，还发挥隔离作用，使得网络上的信号不至于因窜入噪声而影响网络接口芯片的正常工作。
    参照图2，本发明的软件架构由硬件驱动层、网络协议层和程序应用层组成。KNX通信模块的硬件驱动层主要包括FZE1066收发器模块驱动以及串口驱动，网络协议层主要实现数据链路层、网络层以及传输层的相应功能，实现KNX报文的装配和分解以及KNX报文的发送和接收；TCP/IP通信模块的硬件驱动层包括RTL8019AS网卡模块驱动以及串口驱动，本系统对传统的TCP/IP协议栈进行了适当的裁剪，实现了一种精简的TCP/IP协议栈，主要包括ARP协议、ICMP协议、IP协议、TCP协议与UDP协议；KNX协议栈与TCP/IP 协议栈通过串口交换应用层的应用数据。
网关从KNX总线上收到KNX报文数据后，将KNX报文按照物理层、数据链路层、网络层、传输层到网络层的顺序，逐层进行分解，得到应用协议控制信息对应的服务类型及其之后的用户数据后，通过串口将服务类型及用户数据发送到TCP/IP通信处理模块；TCP/IP通信处理模块收到串口数据后，按照TCP/IP标准协议，将数据进行IP发送处理和ARP处理后，将数据帧打包发送。
所述网关收到从以太网服务器发来的TCP/UDP报文数据后，网络接口层对数据进行数据校验、去报头等工作后，将数据传给网络层IP协议；IP协议同样对数据进行校验、去报头后，依据报头信息将数据包提供给传输层协议（TCP协议或UDP协议）；TCP协议或UDP协议读取相应的报头信息、对端口和地址进行验证，确认信息无误后，就取出用户数据，并调用串口发送程序将用户数据发送到KNX通信处理模块。KNX通信处理模块收到串口数据后，先统计待发送的字节总数，然后封装校验字节、装配报文后将数据发送到KNX总线。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种基于单片机的KNX-TCP/IP协议转换网关，包括:
一KNX通信处理模块和一TCP/IP通信处理模块，所述KNX通信处理模块和所述TCP/IP通信处理模块之间通过串口进行通信，实现KNX网络与以太网数据的交换。
2.根据权利要求1所述的一种基于单片机的KNX-TCP/IP协议转换网关，其特征在于：所述KNX通信处理模块包括控制器和KNX总线收发模块，所述KNX通信处理模块通过双绞线直接挂接在KNX总线上，实现与KNX总线的通信。
3.根据权利要求2所述的一种基于单片机的KNX-TCP/IP协议转换网关，其特征在于：所述控制器采用基于Cortex-M0架构的32位微控制器SN32F707，实现KNX通信协议栈，包括KNX报文的装配与分解以及KNX报文的发送和接收。
4.根据权利要求2所述的一种基于单片机的KNX-TCP/IP协议转换网关，其特征在于：所述KNX总线收发模块采用FZE1066，FZE1066是专用于KNX总线收发的模块，其通信介质为双绞线。
5.根据权利要求1所述的一种基于单片机的KNX-TCP/IP协议转换网关，其特征在于：所述TCP/IP通信处理模块包括控制器、网络接口模块和网络接口。
6.根据权利要求5所述的一种基于单片机的KNX-TCP/IP协议转换网关，其特征在于：所述控制器同样采用基于Cortex-M0架构的32位微控制器SN32F707，实现精简的TCP/IP协议栈，主要包括ARP协议、ICMP协议、IP协议、TCP协议与UDP协议。
7.根据权利要求5所述的一种基于单片机的KNX-TCP/IP协议转换网关，其特征在于：所述网络接口模块包括网络接口芯片RTL8019AS和网络变压器PM44-11BP，所述网络接口芯片为实现即插即用的兼容NE2000网络适配器的全双工以太网提供了良好的解决方案，所述网络变压器不仅起到滤波的作用，还发挥隔离作用，使得网络上的信号不至于因窜入噪声而影响网络接口芯片的正常工作。
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