CN106656545A - 一种基于am3354的通信转换装置 - Google Patents

一种基于am3354的通信转换装置 Download PDF

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田小锋
张可
杨建旭
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Abstract

本发明公开了一种基于AM3354的通信转换装置，其特征在于，包括：用于确定装置的应用场景，采集前端设备并将其转换输出给后端主站的典型应用方案模块；用于模块间进行数据交互的硬件结构设计模块；通过电源转换为各模块提供电能的电源模块，用于存储操作系统和应用程序，通过串行总线与主控芯片进行数据交互，实现数据的I/O操作的Nand Flash模块；用于实现网络通信的网口模块；对传输信号进行转换和输出的串口模块；以及实现数据交互和共享的应用软件模块。本发明通过串口模块和网口模块从智能前端采集子系统数据，经规约转换器内部整理转换为一标准规约传出给后端其它应用系统，达到把非标准的终端设备分散监控转换为集中监控。

Description

一种基于AM3354的通信转换装置
技术领域
本发明涉及通信转换技术领域，具体涉及一种基于AM3354的通信转换装置，适应于建筑智能化领域的智能终端产品之一，主要应用在变电站、智能建筑等场所，同时可应用于信息设施系统、信息化应用系统、建筑设备管理系统和公共安全系统。
背景技术
随着经济和社会的发展，人们对工作、生活环境要求越来越高，如建筑要达到智能化。而智能建筑内的智能设备使用数量和种类也越来越多，使得智能建筑系统对建筑内多个智能终端设备的管理、维护越来越复杂。自动化控制技术为智能建筑的发展提供新的方法。随着我国计算机网络技术、无线局域网技术等高科技技术水平的高速发展，智能建筑将会在未来城市建设中发挥更加重要的作用，将会作为现代建筑的一个有机组成部分，通过不断吸收并利用新的可靠性技术，不断实现设计和技术上的突破，为传统的建筑概念赋予新的内容，使得智能建筑技术应用将持续不断改进和发展。
全国各大中城市的新建办公楼宇和商业楼宇等基本都已初步实现智能化，这也就意味着公共建筑的智能化已经成为现代建筑的标准配置。然而，智能建筑内的智能系统及终端设备在国内的发展状况也并不让人满意，系统内智能设备规约不标准多、数据量小、节点多、智能化水平参差不齐，一直是智能建筑屡遭诟病的问题。简单来说，智能建筑一体化，就是将庞杂的智能控制系统集成在了一起，做到了标准统一、管理统一。需要智能规约转换装置将各个不同类型不同应用的小系统和设备联系成一个大的智能建筑系统。
发明内容
本发明根据上述现有技术中存在的问题，提供一种基于AM3354的通信转换装置。将各个不同小系统联系成一个大的综合的系统，统一智能化管理，实现多种非标准规约的接入和数据解析，再通过某一标准规约进行数据远传，使得远端的节点数据能在任何地点获取，实现信息的采集和远程控制。
为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：一种基于AM3354的通信转换装置，包括：用于确定装置的应用场景，采集前端设备并将其转换输出给后端主站的典型应用方案模块；用于模块间进行数据交互的硬件结构设计模块；通过电源转换为各模块提供电能的电源模块，用于存储操作系统和应用程序，通过串行总线与主控芯片进行数据交互，实现数据的I/O操作的Nand Flash模块；用于实现网络通信的网口模块；对传输信号进行转换和输出的串口模块；以及实现数据交互和共享的应用软件模块。
进一步地，所述典型应用方案模块包括设置在前端的监控应用设备，通过串口采集监控应用设备进行规约转换，采用IEC104和IEC61850标准协议传出，通过RJ45接口连接到后端主站。
进一步地，所述硬件结构设计模块包括CPU模块、以及与CPU模块连接的指示灯模块、存储模块、串口模块和网络模块。
进一步地，所述电源模块包括DC-DC电源转换芯片AP1501、前置滤波电容C39-C41，储能电感L5、瞬态抑制二极管DK1、退耦电容C42-C45，外部电源通过前置滤波电容C39-C41与DC-DC电源转换芯片AP1501的输入端IN连接，DC-DC电源转换芯片AP1501的输出端OUT通过储能电感L5和退耦电容C44、C45与VDD_5连接，其中DC-DC电源转换芯片AP1501的输出端OUT引脚与瞬态抑制二极管DK1的负极连接，瞬态抑制二极管DK1的正极接地，DC-DC电源转换芯片AP1501的FB引脚通过退耦电容C42、C43与VDD_5连接。
进一步地，所述Nand Flash模块采用S29GL256N10TFI010芯片；S29GL256N10TFI010芯片包括两种总线方式，一种地址并行总线AB1_BOOT_FLASH~AB24_BOOT_FLASH进行地址识别，另一种数据并行总线DB0_BOOT_FLASH~DB7_BOOT_FLASH进行数据交互；数据控制引脚包括OEN_BOOT_FLASH、CSN_BOOT_FLASH、WEN_BOOT_FLASH和AB0_BOOT_FLASH，其中OEN_BOOT_FLASH、CSN_BOOT_FLASH、WEN_BOOT_FLASH引脚设置上拉电阻R127-R129，在芯片引脚VCC和VIO之间设置退耦电容C35和C319。
进一步地，所述网口模块通过AR8031芯片实现10/100/1000Mbps高速网络通信，ARM-AM3354芯片与AR8031芯片通过RGMII进行数据交互和命令控制，实现网络通信功能，再通过标准RJ45接头引出，主芯片ARM-AM3354的并行接收数据总线端口包括RGMII_RXD0、RGMII_RXD1、RGMII_RXD2、RGMII_RXD3，并行发送数据总线端口RGMII_TXD0、RGMII_TXD1、RGMII_TXD2、RGMII_TXD3通过物理层PHY芯片AR8031生成四对差分数据总线信号ETH1_TRX0_P与ETH1_TRX0_N、ETH1_TRX1_P与ETH1_TRX1_N、ETH1_TRX2_P与ETH1_TRX2_N、ETH1_TRX3_P与ETH1_TRX3_N，然后通过RJ45接口实现对外的10/100/1000Mbps高速网络通信。
进一步地，所述串口模块通过控制ADM2582E芯片实现RS485差分信号的转换和传输，再由9pin，3.81mm间距的端子引出，ADM2582E芯片内部包括输入VDD_3.3V和GND经隔离后输出VCC_485_0和GND_485_0的隔离电源；从ARM主控芯片输出的TTL电平发信号为UART0_TXD、收信号为UART0_RXD，方向控制信号为UART0_DIR经过ADM2582E后，输出隔离后差分信号0_RS485_A+和0_RS485_B-；在ADM2582E芯片的输入端和输出端分别设置输入端退耦电容C49、C50、C57、C58和输出端退耦电容C53、C54。
进一步地，所述软件模块采用分层模块化设计，包括用于实现主程序的启动和初始化配置信息、接口驱动控制及相关参数的启动模块；用于SQLITE数据库、配置文件、报文监视的配置模块；包括数据库管理模块，实现数据库读取和管理，内存管理模块实现内存信息的创建、监控和管理，进程交互模块实现进程间通信，数据交互，管理模块管理监视各个运行模块的运行情况的管理模块；依赖配置模块，通过读取配置信息获得需要启动的接口信息，同时管理所启动的串口和网口模块的通信接口模块；依赖配置模块和接口模块，通过读取配置获得需要启动运行的具体协议进程；通过接口进行收发报文和交互数据并管理相关协议进程的协议模块。
进一步地，所述启动模块、配置模块、管理模块、接口模块、协议模块的进程间采用共享内存方式实现数据交互和共享。
本发明的有益效果：
本发明通过串口模块和网口模块从智能前端采集动力、环境监测、设备远程控制、安全警卫、灯光控制等子系统数据，经规约转换器内部整理转换为一标准规约传出给后端其它应用系统，达到把非标准的终端设备分散监控转换为集中监控。该装置具有接口多，运行稳定，功能强大，安装调试简便，安全性高、易实用，该装置主要应用于变电站、智能建筑等系统，作为系统内的前置通信装置，同时伴有规约转换功能，能通过不同规约接入系统内多种前端设备数据，并转换为一标准规约传出；本发明基于AM3354的通信转换装置具有体积小，精度高，干扰小，可靠性高，安全性高以及电路简单易实用，在智能用电领域有较好应用前景。
附图说明
图1为本发明提供的一种基于AM3354的通信转换装置结构图；
图2为本发明提供的所述典型应用方案模块结构图；
图3为本发明提供的所述硬件结构设计模块结构图；
图4为本发明提供的所述电源模块电路图；
图5为本发明提供的所述Nand Flash模块电路图；
图6为本发明提供的所述网口模块电路图；
图7为本发明提供的所述串口模块电路图；
图8为本发明提供的所述应用软件模块结构图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行进一步的说明。
参见图1，为本发明提出一种基于AM3354的通信转换装置结构图。
如图1所示，一种基于AM3354的通信转换装置，包括：用于确定装置的应用场景，采集前端设备并将其转换输出给后端主站的典型应用方案模块；用于模块间进行数据交互的硬件结构设计模块；通过电源转换为各模块提供电能的电源模块，用于存储操作系统和应用程序，通过串行总线与主控芯片进行数据交互，实现数据的I/O操作的Nand Flash模块；用于实现网络通信的网口模块；对传输信号进行转换和输出的串口模块；以及实现数据交互和共享的应用软件模块。
参见图2，为本发明提供的所述典型应用方案模块结构图。
如图2所示，典型应用方案模块包括设置在前端的监控应用设备，通过串口采集监控应用设备进行规约转换，采用IEC104和IEC61850标准协议传出，通过RJ45接口连接到后端主站。
本发明实施例中，监控应用设备包括火灾报警、智能空调、气体检测、风速传感、电表水表、水泵控制和灯光控制等模块，确定装置的应用场景，装置通过串口采集动力、环境等前端设备信息，经过本装置进行规约转换，再通过IEC104、IEC61850传出，给后端主站设备或系统。
本发明实施例中，通过串口模块和网口模块从智能前端采集动力、环境监测、设备远程控制、安全警卫、灯光控制等子系统数据，经规约转换器内部整理转换为一标准规约传出给后端其它应用系统，达到把非标准的终端设备分散监控转换为集中监控。该装置具有接口多，运行稳定，功能强大，安装调试简便，安全性高以及装置易实用。
图3为本发明提供的所述硬件结构设计模块结构图。
如图3所示，硬件结构设计模块包括CPU模块、以及与CPU模块连接的指示灯模块、存储模块、串口模块和网络模块。
本发明实施例中，由电源模块提供12V直流电源使得通信转换装置能正常启动工作，CPU模块从Nand Flash模块读取操作系统程序和应用程序运行，通过串口模块和网口模块与其他系统进行数据交互，接口通信状态通过指示灯模块显示。CPU模块采用采用ARM-AM3354芯片，其主频为600MHz，功耗低，性能好；串口模块和网络模块主要包括6个RS485串口和2个RJ45网口，串口、网口和电源接口都在机箱背面部署引出。
参见图4，为本发明提供的所述电源模块电路图。
如图4所示，所述电源模块包括DC-DC电源转换芯片AP1501、前置滤波电容C39-C41，储能电感L5、瞬态抑制二极管DK1、退耦电容C42-C45，外部电源通过前置滤波电容C39-C41与DC-DC电源转换芯片AP1501的输入端IN连接，DC-DC电源转换芯片AP1501的输出端OUT通过储能电感L5和退耦电容C44、C45与VDD_5连接，其中DC-DC电源转换芯片AP1501的输出端OUT引脚与瞬态抑制二极管DK1的负极连接，瞬态抑制二极管DK1的正极接地，DC-DC电源转换芯片AP1501的FB引脚通过退耦电容C42、C43与VDD_5连接。
本发明实施例中，DC12V转DC5V电路的实现方式是先将外部接入的12V直流电源通过DC-DC电源转换芯片AP1501实现DC12V转换为DC5V。电源转换芯片通过AP1501的退耦电容、储能电感、瞬态抑制二极管等协同实现电源转换功能。
参见图5，为本发明提供的所述Nand Flash模块电路图。
如图5所示，Nand Flash模块采用S29GL256N10TFI010芯片，提供512M存储空间，用于存储操作系统和应用程序，该硬盘芯片通过串行总线与主控芯片进行数据交互，实现数据的I/O操作； S29GL256N10TFI010芯片包括两种总线方式，一种地址并行总线AB1_BOOT_FLASH~AB24_BOOT_FLASH进行地址识别，另一种数据并行总线DB0_BOOT_FLASH~DB7_BOOT_FLASH进行数据交互；数据控制引脚包括OEN_BOOT_FLASH、CSN_BOOT_FLASH、WEN_BOOT_FLASH和AB0_BOOT_FLASH，其中OEN_BOOT_FLASH、CSN_BOOT_FLASH、WEN_BOOT_FLASH引脚设置上拉电阻R127-R129，在芯片引脚VCC和VIO之间设置退耦电容C35和C319。
通过在电源接入端设置退耦电容C35和C319，保证供电稳定。
参见图6为本发明提供的所述网口模块电路图。
如图6所示，网口模块通过AR8031芯片实现10/100/1000Mbps高速网络通信，ARM-AM3354芯片与AR8031芯片通过RGMII进行数据交互和命令控制，实现网络通信功能，再通过标准RJ45接头引出，主芯片ARM-AM3354的并行接收数据总线端口包括RGMII_RXD0、RGMII_RXD1、RGMII_RXD2、RGMII_RXD3，并行发送数据总线端口RGMII_TXD0、RGMII_TXD1、RGMII_TXD2、RGMII_TXD3通过物理层PHY芯片AR8031生成四对差分数据总线信号ETH1_TRX0_P与ETH1_TRX0_N、ETH1_TRX1_P与ETH1_TRX1_N、ETH1_TRX2_P与ETH1_TRX2_N、ETH1_TRX3_P与ETH1_TRX3_N，然后通过RJ45接口实现对外的10/100/1000Mbps高速网络通信。
AR8031芯片的配套芯片有数据和时钟信号线的阻抗匹配电阻、储能电感、无源晶体、电源退耦电容等。
参见图7为本发明提供的所述串口模块电路图。
如图7所示，串口模块通过控制ADM2582E芯片实现RS485差分信号的转换和传输，再由9pin，3.81mm间距的端子引出，ADM2582E芯片内部包括输入VDD_3.3V和GND经隔离后输出VCC_485_0和GND_485_0的隔离电源；从ARM主控芯片输出的TTL电平发信号为UART0_TXD、收信号为UART0_RXD，方向控制信号为UART0_DIR经过ADM2582E后，输出隔离后差分信号0_RS485_A+和0_RS485_B-；在ADM2582E芯片的输入端和输出端分别设置输入端退耦电容C49、C50、C57、C58和输出端退耦电容C53、C54。
本发明实施例中，RS485电路是通过ADM2582E芯片实现，该芯片内部集成有隔离电源，输入VDD_3.3V和GND经隔离后输出VCC_485_0和GND_485_0独立电源。从ARM主控芯片输出的TTL电平发信号为UART0_TXD、收信号为UART0_RXD，方向控制信号为UART0_DIR经过ADM2582E后，输出隔离后差分信号0_RS485_A+和0_RS485_B-。配套芯片有输入端退耦电容四个和输出端退耦电容两个。
参见图8为本发明提供的所述应用软件模块结构图。
如图8所示，软件模块采用分层模块化设计，包括用于实现主程序的启动和初始化配置信息、接口驱动控制及相关参数的启动模块；用于SQLITE数据库、配置文件、报文监视的配置模块；包括数据库管理模块，实现数据库读取和管理，内存管理模块实现内存信息的创建、监控和管理，进程交互模块实现进程间通信，数据交互，管理模块管理监视各个运行模块的运行情况的管理模块；依赖配置模块，通过读取配置信息获得需要启动的接口信息，同时管理所启动的串口和网口模块的通信接口模块；依赖配置模块和接口模块，通过读取配置获得需要启动运行的具体协议进程；通过接口进行收发报文和交互数据并管理相关协议进程的协议模块。
进一步地，所述启动模块、配置模块、管理模块、接口模块、协议模块的进程间采用共享内存方式实现数据交互和共享。方便软件管理、维护及升级。
本发明适用于变电站、智能建筑等应用的规约转换装置，它具备将各个不同小系统联系成一个大的综合的系统，统一智能化管理。规约转换装置还能够实现多种非标准规约的接入和数据解析，再通过某一标准规约进行数据远传，使得远端的节点数据能在任何地点获取，实现信息的采集和远程控制。装置的应用将极大的方便了变电站、智能建筑内相关应用系统的运行管理、提高工作效率。
上面结合附图对本发明优选实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。不脱离本发明的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本发明不限于特定的实施方式，本发明的范围由所附权利要求限定。

Claims (10)

1.一种基于AM3354的通信转换装置，其特征在于，包括：用于确定装置的应用场景，采集前端设备并将其转换输出给后端主站的典型应用方案模块；用于模块间进行数据交互的硬件结构设计模块；通过电源转换为各模块提供电能的电源模块，用于存储操作系统和应用程序，通过串行总线与主控芯片进行数据交互，实现数据的I/O操作的Nand Flash模块；用于实现网络通信的网口模块；对传输信号进行转换和输出的串口模块；以及实现数据交互和共享的应用软件模块。
2.根据权利要求1所述的一种基于AM3354的通信转换装置，其特征在于，所述典型应用方案模块包括设置在前端的监控应用设备，通过串口采集监控应用设备进行规约转换，采用IEC104和IEC61850标准协议传出，通过RJ45接口连接到后端主站。
3.根据权利要求1所述的一种基于AM3354的通信转换装置，其特征在于，所述硬件结构设计模块包括CPU模块、以及与CPU模块连接的指示灯模块、存储模块、串口模块和网络模块。
4.根据权利要求3所述的一种基于AM3354的通信转换装置，其特征在于，所述CPU模块采用ARM-AM3354芯片。
5.根据权利要求1所述的一种基于AM3354的通信转换装置，其特征在于，所述电源模块包括DC-DC电源转换芯片AP1501、前置滤波电容C39-C41，储能电感L5、瞬态抑制二极管DK1、退耦电容C42-C45，外部电源通过前置滤波电容C39-C41与DC-DC电源转换芯片AP1501的输入端IN连接，DC-DC电源转换芯片AP1501的输出端OUT通过储能电感L5和退耦电容C44、C45与VDD_5连接，其中DC-DC电源转换芯片AP1501的输出端OUT引脚与瞬态抑制二极管DK1的负极连接，瞬态抑制二极管DK1的正极接地，DC-DC电源转换芯片AP1501的FB引脚通过退耦电容C42、C43与VDD_5连接。
6.根据权利要求1所述的一种基于AM3354的通信转换装置，其特征在于，所述NandFlash模块采用S29GL256N10TFI010芯片， S29GL256N10TFI010芯片包括两种总线方式，一种地址并行总线AB1_BOOT_FLASH~AB24_BOOT_FLASH进行地址识别，另一种数据并行总线DB0_BOOT_FLASH~DB7_BOOT_FLASH进行数据交互；数据控制引脚包括OEN_BOOT_FLASH、CSN_BOOT_FLASH、WEN_BOOT_FLASH和AB0_BOOT_FLASH，其中OEN_BOOT_FLASH、CSN_BOOT_FLASH、WEN_BOOT_FLASH引脚设置上拉电阻R127-R129，在芯片引脚VCC和VIO之间设置退耦电容C35和C319。
7.根据权利要求1所述的一种基于AM3354的通信转换装置，其特征在于，所述网口模块通过AR8031芯片实现10/100/1000Mbps高速网络通信，ARM-AM3354芯片与AR8031芯片通过RGMII进行数据交互和命令控制，实现网络通信功能，再通过标准RJ45接头引出；主芯片ARM-AM3354的并行接收数据总线端口包括RGMII_RXD0、RGMII_RXD1、RGMII_RXD2、RGMII_RXD3，并行发送数据总线端口RGMII_TXD0、RGMII_TXD1、RGMII_TXD2、RGMII_TXD3通过物理层PHY芯片AR8031生成四对差分数据总线信号ETH1_TRX0_P与ETH1_TRX0_N、ETH1_TRX1_P与ETH1_TRX1_N、ETH1_TRX2_P与ETH1_TRX2_N、ETH1_TRX3_P与ETH1_TRX3_N，然后通过RJ45接口实现对外的10/100/1000Mbps高速网络通信。
8.根据权利要求1所述的一种基于AM3354的通信转换装置，其特征在于，所述串口模块通过控制ADM2582E芯片实现RS485差分信号的转换和传输，再由9pin，3.81mm间距的端子引出，ADM2582E芯片内部包括输入VDD_3.3V和GND经隔离后输出VCC_485_0和GND_485_0的隔离电源；从ARM主控芯片输出的TTL电平发信号为UART0_TXD、收信号为UART0_RXD，方向控制信号为UART0_DIR经过ADM2582E后，输出隔离后差分信号0_RS485_A+和0_RS485_B-；在ADM2582E芯片的输入端和输出端分别设置输入端退耦电容C49、C50、C57、C58和输出端退耦电容C53、C54。
9.根据权利要求1所述的一种基于AM3354的通信转换装置，其特征在于，所述软件模块采用分层模块化设计，包括用于实现主程序的启动和初始化配置信息、接口驱动控制及相关参数的启动模块；用于SQLITE数据库、配置文件、报文监视的配置模块；包括数据库管理模块，实现数据库读取和管理，内存管理模块实现内存信息的创建、监控和管理，进程交互模块实现进程间通信，数据交互，管理模块管理监视各个运行模块的运行情况的管理模块；依赖配置模块，通过读取配置信息获得需要启动的接口信息，同时管理所启动的串口和网口模块的通信接口模块；依赖配置模块和接口模块，通过读取配置获得需要启动运行的具体协议进程；通过接口进行收发报文和交互数据并管理相关协议进程的协议模块。
10.根据权利要求9所述的一种基于AM3354的通信转换装置，其特征在于，所述启动模块、配置模块、管理模块、接口模块、协议模块的进程间采用共享内存方式实现数据交互和共享。
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