CN107508737A - 基于EtherCAT的无线通信装置及其通信方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于EtherCAT的无线通信装置，其包括：无线模块，供与缝纫设备、传感器单元和/或处理终端无线通信连接；串行接口模块，供与缝纫设备和/或传感器单元有线通信连接；EtherCAT芯片模块；有线网络接口模块，通信连接所述EtherCAT芯片模块，供接入EtherCAT网络连接；微处理器，通信连接所述无线模块、串行接口模块、及EtherCAT芯片模块；通过该装置可实现多种方式灵活连接EtherCAT网络和缝纫设备、传感器单元及处理终端，成本低廉，解决现有技术的问题。
Description
技术领域
本发明涉及智慧工业设备技术领域，特别是涉及基于EtherCAT的无线通信装置及其通信方法。
背景技术
随着物联网技术的飞速发展以及工业4.0的提出，缝制设备的物联网化和集成控制也越来越重要，而传统的工业现场总线，如RS485，CAN等总线，速率低，数据量传输小，实时性差，特别是在远距离传输时更加的需要降低速率来实现传输的可靠性。
EtherCAT(Ethernet Control Automation Technology，以太网控制自动化技术)总线的出现解决了这一问题，EtherCAT总线是以以太网为基础的开放架构的现场总线，由于其现场总线配置简单灵活、有较强的实用性和实时性，虽然Ethernet总线也具有EtherCAT总线的优点，但是Ethernet总线抗干扰性较差，不适合在工作环境复杂的工厂环境下使用。因此EtherCAT总线被广泛应用于自动化、运动控制和工业控制等领域。但是现有的EtherCAT总线硬件结构复杂，并且需要配置价格昂贵的专用EtherCAT物理层芯片来实现EtherCAT协议的硬件解析和转换，导致硬件设计和拓展繁琐复杂，同时硬件成本和硬件拓展开发成本较高。如果每一台缝制设备直接接入EtherCAT总线网络显然成本太昂贵，尤其是对实时性要求不高的设备更是性价比不高。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于EtherCAT的无线通信装置及其通信方法，解决现有技术的问题。
为实现上述目标及其他相关目标，本发明提供一种基于EtherCAT的无线通信装置，其包括：无线模块，供与缝纫设备、传感器单元和/或处理终端无线通信连接；串行接口模块，供与缝纫设备和/或传感器单元有线通信连接；EtherCAT芯片模块；有线网络接口模块，通信连接所述EtherCAT芯片模块，供接入EtherCAT网络连接；微处理器，通信连接所述无线模块、串行接口模块、及EtherCAT芯片模块。
于本发明的一实施例中，所述无线通信装置还包括：对所述无线通信装置供电的电源模块。
于本发明的一实施例中，所述无线模块的类型包括：WiFi；以及/或者，所述串行接口模块的类型包括：RS232。
于本发明的一实施例中，所述无线通信装置还包括：多个I/O端口，连接并受控于所述微处理器。
于本发明的一实施例中，网络接口模块包括多个RJ45网口。
于本发明的一实施例中，所述微处理器和EtherCAT芯片模块间通过SPI接口通信连接。
为实现上述目标及其他相关目标，本发明提供一种通信方法，应用于所述的无线通信装置，所述方法包括：通过所述无线模块与缝纫设备和/或传感器单元建立无线通信连接；通过所述无线模块接收缝纫设备和/或传感器单元发送的工作状态数据；通过所述微处理器接收所述工作状态数据，并发送至EtherCAT芯片模块；通过EtherCAT芯片模块处理所述工作状态数据为遵循EtherCAT协议的第一数据包；从所述有线网络接口模块将所述第一数据包上传至EtherCAT网络。
为实现上述目标及其他相关目标，本发明提供一种通信方法，应用于所述的无线通信装置，所述方法包括：通过所述有线网络接口模块接收来自EtherCAT网络的指令；通过所述EtherCAT芯片模块处理所述指令为遵循所述无线模块的通信协议的第二数据包；通过所述微处理器接收所述第二数据包，并通过所述无线模块将所述第二数据包发送至建立通信连接的所述缝纫设备和/或传感器单元。
为实现上述目标及其他相关目标，本发明提供一种通信方法，应用于所述的无线通信装置，所述方法包括：通过所述无线模块与处理终端建立无线通信连接；通过所述有线网络接口模块接收集合整个EtherCAT网络中的数据的第三数据包；通过所述微处理器接收所述第三数据包，并通过所述无线模块发送所述第三数据包至所述处理终端。
为实现上述目标及其他相关目标，本发明提供一种通信方法，应用于所述的无线通信装置，所述方法包括：所述串行接口模块通过串口线通信连接于缝纫设备和/或传感器单元；通过所述串行接口模块接收所述缝纫设备和/或传感器单元的工作状态数据；通过所述微处理器接收所述工作状态数据，并发送至EtherCAT芯片模块；通过EtherCAT芯片模块处理所述工作状态数据为遵循EtherCAT协议的第四数据包；从所述有线网络接口模块将所述第四数据包上传至EtherCAT网络。
为实现上述目标及其他相关目标，本发明提供一种通信方法，应用于所述的无线通信装置，所述方法包括：所述串行接口模块通过串口线通信连接于缝纫设备和/或传感器单元；通过所述有线网络接口模块接收来自EtherCAT网络的指令；通过所述EtherCAT芯片模块处理所述指令为遵循所述无线模块的通信协议的第五数据包；通过所述微处理器接收所述第五数据包，并通过所述无线模块将所述第五数据包发送至建立通信连接的所述缝纫设备和/或传感器单元。
如上所述，本发明提供一种基于EtherCAT的无线通信装置，其包括：无线模块，供与缝纫设备、传感器单元和/或处理终端无线通信连接；串行接口模块，供与缝纫设备和/或传感器单元有线通信连接；EtherCAT芯片模块；有线网络接口模块，通信连接所述EtherCAT芯片模块，供接入EtherCAT网络连接；微处理器，通信连接所述无线模块、串行接口模块、及EtherCAT芯片模块；通过该装置可实现多种方式灵活连接EtherCAT网络和缝纫设备、传感器单元及处理终端，成本低廉，解决现有技术的问题。
附图说明
图1显示为本发明的基于EtherCAT的无线通信装置的电路结构示意图。
图2显示为本发明一实施例中应用于基于EtherCAT的无线通信装置的通信方法的流程示意图。
图3显示为本发明一实施例中应用于基于EtherCAT的无线通信装置的通信方法的流程示意图。
图4显示为本发明一实施例中应用于基于EtherCAT的无线通信装置的通信方法的流程示意图。
图5显示为本发明一实施例中应用于基于EtherCAT的无线通信装置的通信方法的流程示意图。
图6显示为本发明一实施例中应用于基于EtherCAT的无线通信装置的通信方法的流程示意图。
元件标号说明
1 无线通信装置
11 无线模块
12 串行接口模块
13 EtherCAT芯片模块
14 有线网络接口模块
15 微处理器
16 电源模块
17 I/O端口
S201～S205 方法步骤
S301～S304 方法步骤
S401～S404 方法步骤
S501～S505 方法步骤
S601～S605 方法步骤
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
如图1所示，本发明提供一实施例中基于EtherCAT的无线通信装置1的电路结构实施例，其包括：无线模块11、串行接口模块12、EtherCAT芯片模块13、有线网络接口模块14、及微处理器15。
所述无线模块11，供与缝纫设备、传感器单元和/或处理终端(具有无线通信能力)无线通信连接。于本发明的一实施例中，所述无线模块11为WiFi模块；所述处理终端可以例如为智能手机、平板电脑等移动终端，所述传感器单元可以连接或集成WiFi模块，所述缝纫设备也可以集成WiFi模块，而与所述无线模块11无线通信；当然，在其它实施例中，所述无线模块11也可以是蓝牙或红外等模块，并非以本实施例为限。
所述串行接口模块12，供与缝纫设备和/或传感器单元(具有串行接口)有线通信连接。于本发明的一实施例中，所述串行接口模块12为RS232接口模块，而在其它实施例中，也可以是RS485等接口模块；所述缝纫设备和/或传感器单元上需配置相应的接口模块，以完成所述有线通信连接。
所述EtherCAT芯片模块13，其用于作为已有线或无线连接该装置的所述缝纫设备、传感器单元、和/或处理终端接入EtherCAT网络的桥梁，该EtherCAT芯片模块13包括EtherCAT物理层芯片，可用于实现EtherCAT协议的硬件解析和转换，标准以太网采用CSMA/CD、CSMA/CA协议，而在EtherCAT网络中则不采用，故需要进行数据转换；具体的，将处理终端发来的数据转换成遵循EtherCAT协议帧格式的数据包以供传送，或将接收自EtherCAT网络的数据转换成遵循其它通信协议帧格式的数据包来传送至例如所述缝纫设备、传感器单元和/或处理终端。
本发明的无线通信装置1可以将多个带有无线功能(例如WiFi)的缝纫设备和/或传感器单元组成网络，并将该网络接入EtherCAT网络中，节省了EtherCAT硬件开发成本，有利于工业4.0的实现。
所述有线网络接口模块14，通信连接所述EtherCAT芯片模块13，供接入EtherCAT网络连接。于本发明的一实施例中，所述有线网络接口模块14可以包括：一或多路RJ45的网络接口，优选的是采用两路，有效提高冗余性能，其规格优选为支持10Mbps和100Mbps以太网。
所述微处理器15，通信连接所述无线模块11、串行接口模块12、及EtherCAT芯片模块13。于本发明的一实施例中，所述微处理器15为单片机MCU或SoC；所述微处理器15主要用来控制无线模块11(例如WiFi)的数据收发，处理例如FTP Modbus和MQTT协议；控制串行接口模块12(例如RS232接口)的数据收发；还用于与EtherCAT芯片模块13进行通信(两者间可通过例如SPI接口通信连接)，所述微处理器15可用于将无线模块11和串行接口模块12的收到的数据通过EtherCAT芯片模块13和有线网络接口模块14发送到EtherCAT总线网络中，也将EtherCAT网络中的数据通过无线模块11和/或串行接口模块12发送给连接的缝纫设备、传感器单元和/或处理终端中；并可用于处理整个装置的逻辑运算。
于本发明的一实施例中，所述无线通信装置1还包括：对所述无线通信装置1供电的电源模块16。可选的，所述电源模块16连接24V直流电源输入，并通过电平转换电路将电源转为5V和3.3V为各个模块供电。
于本发明的一实施例中，所述无线通信装置1还包括：多个I/O端口17，连接并受控于所述微处理器15。进一步优选的，所述多个I/O端口17包括16路数字信号输入，16路数字信号输出和4路模拟信号输入，4路模拟信号输出，主要用来连接外部数字型和模拟型的电气设备，提高了该装置的性价比和利用率。
如图2所示，本发明提供一种应用于图1所示无线通信装置1的通信方法的实施例，本实施例实现缝制设备或传感器单元通过无线方式接入并将数据上传至EtherCAT网络；所述方法包括：
步骤S201：通过所述无线模块与缝纫设备和/或传感器单元建立无线通信连接；
步骤S202：通过所述无线模块接收缝纫设备和/或传感器单元发送的工作状态数据；
步骤S203：通过所述微处理器接收所述工作状态数据，并发送至EtherCAT芯片模块；
步骤S204：通过EtherCAT芯片模块处理所述工作状态数据为遵循EtherCAT协议的第一数据包；
步骤S205：从所述有线网络接口模块将所述第一数据包上传至EtherCAT网络。
如图3所示，本发明提供一种应用于图1所示无线通信装置1的通信方法的实施例，实现缝制设备或传感器单元通过无线方式获取EtherCAT网络中的数据；所述方法包括：
步骤S301：通过所述有线网络接口模块接收来自EtherCAT网络的指令；
步骤S302：通过所述EtherCAT芯片模块处理所述指令为遵循所述无线模块的通信协议的第二数据包；
步骤S303：通过所述微处理器接收所述第二数据包；
步骤S304：通过所述无线模块将所述第二数据包发送至建立通信连接的所述缝纫设备和/或传感器单元。
根据图2及图3的实施例，在工况环境复杂不便有线网络接入EtherCAT网络的情况下，该装置是一个很好的选择，通过其可实现通过无线网络接入EtherCAT网络。
如图4所示，本发明提供一种应用于图1所示无线通信装置1的通信方法的实施例，实现处理终端通过无线模块获取EtherCAT网络中的数据；所述方法包括：
步骤S401：通过所述无线模块与处理终端建立无线通信连接；
步骤S402：通过所述有线网络接口模块接收集合整个EtherCAT网络中的数据(例如所有接入EtherCAT网络的缝纫设备和/或传感器单元的数据)的第三数据包；
步骤S403：通过所述微处理器接收所述第三数据包；
步骤S404：通过所述无线模块发送所述第三数据包至所述处理终端。
根据图4的实施例，可用平板电脑或智能手机等处理终端来查看整个EtherCAT网络的数据，使得数据可视化程度更高。
如图5所示，本发明提供一种应用于图1所示无线通信装置1的通信方法的实施例，实现缝制设备或传感器单元通过串行接口模块将数据上传至EtherCAT网络；所述方法包括：
步骤S501：所述串行接口模块通过串口线通信连接于缝纫设备和/或传感器单元；
步骤S502：通过所述串行接口模块接收所述缝纫设备和/或传感器单元的工作状态数据；
步骤S503：通过所述微处理器接收所述工作状态数据，并发送至EtherCAT芯片模块；
步骤S504：通过EtherCAT芯片模块处理所述工作状态数据为遵循EtherCAT协议的第四数据包；
步骤S505：从所述有线网络接口模块将所述第四数据包上传至EtherCAT网络。
如图6所示，本发明提供一种应用于图1所示无线通信装置1的通信方法的实施例，实现缝制设备或传感器单元通过串行接口模块获取EtherCAT网络中的数据；所述方法包括：
步骤S601：所述串行接口模块通过串口线通信连接于缝纫设备和/或传感器单元；
步骤S602：通过所述有线网络接口模块接收来自EtherCAT网络的指令；
步骤S603：通过所述EtherCAT芯片模块处理所述指令为遵循所述无线模块的通信协议的第五数据包；
步骤S604：通过所述微处理器接收所述第五数据包；
步骤S605：通过所述无线模块将所述第五数据包发送至建立通信连接的所述缝纫设备和/或传感器单元。
根据图5及图6是实施例，缝纫设备和/或传感器单元通过串行接口能接入EtherCAT网络，使选择更加多样化。
需说明的使，图2～图6实施例可择一单独实现于一所述无线通信装置，而且，图2～图6实施例中的多个也可以实现于同一无线通信装置中，从而提供灵活的EtherCAT网络接入方案。
综上所述，本发明提供一种基于EtherCAT的无线通信装置，其包括：无线模块，供与缝纫设备、传感器单元和/或处理终端无线通信连接；串行接口模块，供与缝纫设备和/或传感器单元有线通信连接；EtherCAT芯片模块；有线网络接口模块，通信连接所述EtherCAT芯片模块，供接入EtherCAT网络连接；微处理器，通信连接所述无线模块、串行接口模块、及EtherCAT芯片模块；通过该装置可实现多种方式灵活连接EtherCAT网络和缝纫设备、传感器单元及处理终端，成本低廉，解决现有技术的问题。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (11)
1.一种基于EtherCAT的无线通信装置，其特征在于，其包括：
无线模块，供与缝纫设备、传感器单元和/或处理终端无线通信连接；
串行接口模块，供与缝纫设备和/或传感器单元有线通信连接；
EtherCAT芯片模块；
有线网络接口模块，通信连接所述EtherCAT芯片模块，供接入EtherCAT网络连接；
微处理器，通信连接所述无线模块、串行接口模块、及EtherCAT芯片模块。
2.根据权利要求1所述的无线通信装置，其特征在于，还包括：对所述无线通信装置供电的电源模块。
3.根据权利要求1所述的无线通信装置，其特征在于，所述无线模块的类型包括：WiFi；以及/或者，所述串行接口模块的类型包括：RS232。
4.根据权利要求1所述的无线通信装置，其特征在于，还包括：多个I/O端口，连接并受控于所述微处理器。
5.根据权利要求1所述的无线通信装置，其特征在于，网络接口模块包括多个RJ45网口。
6.根据权利要求1所述的无线通信装置，其特征在于，所述微处理器和EtherCAT芯片模块间通过SPI接口通信连接。
7.一种通信方法，其特征在于，应用于如权利要求1至6中任一项所述的无线通信装置，所述方法包括：
通过所述无线模块与缝纫设备和/或传感器单元建立无线通信连接；
通过所述无线模块接收缝纫设备和/或传感器单元发送的工作状态数据；
通过所述微处理器接收所述工作状态数据，并发送至EtherCAT芯片模块；
通过EtherCAT芯片模块处理所述工作状态数据为遵循EtherCAT协议的第一数据包；
从所述有线网络接口模块将所述第一数据包上传至EtherCAT网络。
8.一种通信方法，其特征在于，应用于如权利要求1至6中任一项所述的无线通信装置，所述方法包括：
通过所述有线网络接口模块接收来自EtherCAT网络的指令；
通过所述EtherCAT芯片模块处理所述指令为遵循所述无线模块的通信协议的第二数据包；
通过所述微处理器接收所述第二数据包，并通过所述无线模块将所述第二数据包发送至建立通信连接的所述缝纫设备和/或传感器单元。
9.一种通信方法，其特征在于，应用于如权利要求1至6中任一项所述的无线通信装置，所述方法包括：
通过所述无线模块与处理终端建立无线通信连接；
通过所述有线网络接口模块接收集合整个EtherCAT网络中的数据的第三数据包；
通过所述微处理器接收所述第三数据包，并通过所述无线模块发送所述第三数据包至所述处理终端。
10.一种通信方法，其特征在于，应用于如权利要求1至6中任一项所述的无线通信装置，所述方法包括：
所述串行接口模块通过串口线通信连接于缝纫设备和/或传感器单元；
通过所述串行接口模块接收所述缝纫设备和/或传感器单元的工作状态数据；
通过所述微处理器接收所述工作状态数据，并发送至EtherCAT芯片模块；
通过EtherCAT芯片模块处理所述工作状态数据为遵循EtherCAT协议的第四数据包；
从所述有线网络接口模块将所述第四数据包上传至EtherCAT网络。
11.一种通信方法，其特征在于，应用于如权利要求1至6中任一项所述的无线通信装置，所述方法包括：
所述串行接口模块通过串口线通信连接于缝纫设备和/或传感器单元；
通过所述有线网络接口模块接收来自EtherCAT网络的指令；
通过所述EtherCAT芯片模块处理所述指令为遵循所述无线模块的通信协议的第五数据包；
通过所述微处理器接收所述第五数据包，并通过所述无线模块将所述第五数据包发送至建立通信连接的所述缝纫设备和/或传感器单元。
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