CN109831426B - 一种基于arm内核物联网数据协议的异构系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于ARM内核物联网数据协议的异构系统，包括系统供电电路、因特网通讯电路、以太网通讯电路、CAN通讯电路、USB通讯电路、RS485通讯电路、RS232通讯电路、调试接口电路和ARM内核核心子系统；所述系统供电电路分别与以太网通讯电路、CAN通讯电路、USB通讯电路、RS485通讯电路、RS232通讯电路、调试接口电路、ARM内核核心子系统电连接；所述ARM内核核心子系统分别与因特网通讯电路、以太网通讯电路、CAN通讯电路、USB通讯电路、RS485通讯电路、RS232通讯电路、调试接口电路电连接。本发明可方便实现工业现场各种不同通讯接口的设备互联互通，同时通过软件系统的各项通讯纠错方式等措施保障数据传输的实时性和可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及工业现场数据通讯技术领域，具体涉及一种基于ARM内核物联网数据协议的异构系统，主要用于工业现场各种自动化及半自动化设备监控。
背景技术
工业现场数据采集监控一般采用成熟的工控组态软件，例如WinCC(视窗控制中心)等与PLC相结合的方式，这种构架使用内部通讯协议进行通讯，因需要购买软件授权而成本较高，且有一定的局限性，这些不同的生产设备按自身的功能特点实现相应的功能，但因无法实现各种设备数据的统一而相对对立，导致不能共享各种设备的数据资源和对各种设备实现统一、协调的控制和管理。因此若能将各种生产设备、网络设施等和统一的物联网监控平台构成一个机器对机器的数据采集监控系统，实现对工业现场所有设备的远程监控、控制和管理，这将为实现工业现场智能化奠基良好基础。
现有的工业现场数据采集按自身的功能特点实现相应的功能，但因无法实现各种设备数据的统一而相对对立，导致不能共享各种设备的数据资源和对各种设备实现统一、协调的控制和管理。
发明内容
有鉴于此，为了解决现有技术中的上述问题，本发明提出一种基于ARM内核物联网数据协议的异构系统。
本发明通过以下技术手段解决上述问题：
一种基于ARM内核物联网数据协议的异构系统，包括系统供电电路、因特网通讯电路、以太网通讯电路、CAN通讯电路、USB通讯电路、RS485通讯电路、RS232通讯电路、调试接口电路和ARM内核核心子系统；
所述系统供电电路分别与以太网通讯电路、CAN通讯电路、USB通讯电路、RS485通讯电路、RS232通讯电路、调试接口电路、ARM内核核心子系统电连接；
所述ARM内核核心子系统分别与因特网通讯电路、以太网通讯电路、CAN通讯电路、USB通讯电路、RS485通讯电路、RS232通讯电路、调试接口电路电连接；
所述系统供电电路用于给系统提供供电电源；
所述ARM内核核心子系统用于各种数据综合处理；
所述因特网通讯电路用于系统通过因特网进行数据传输；
所述以太网通讯电路用于系统通过以太网进行数据传输；
所述CAN通讯电路用于系统通过CAN总线进行数据传输；
所述USB通讯电路用于系统通过USB进行数据传输；
所述RS485通讯电路用于系统通过RS485进行数据传输；
所述RS232通讯电路用于系统通过RS232进行数据传输；
所述调试接口电路用于系统进行软件调试。
进一步地，RS485通讯电路包括芯片U7、电容C40、电容C41、电容C42、瞬变二极管D2、瞬变二极管D3、可插拔连接器CN9、电阻R18、电阻R19、电阻R20和电阻R21；芯片U7的型号为ADM2483；
芯片U7的脚1分别连接电源+3.3V、电容C40的一端，芯片U7的脚2连接电容C40的另一端，芯片U7的脚2接地，芯片U7的脚3连接ARM内核核心子系统，芯片U7的脚4连接脚5并且连接ARM内核核心子系统，芯片U7的脚6连接ARM内核核心子系统，芯片U7的脚7分别连接电阻R20的一端、电容C42的一端，电阻R20的另一端连接电源-3.3V，芯片U7的脚8连接电容C42的另一端，芯片U7的脚8接地，芯片U7的脚16分别连接电源+5V、电容C41的一端，芯片U7的脚15连接电容C41的另一端，芯片U7的脚15接地，芯片U7的脚13分别连接电阻R18的一端、电阻R19的一端、瞬变二极管D2的一端、可插拔连接器CN9的脚1，电阻R18的另一端接地，芯片U7的脚12分别连接电阻R19的另一端、电阻R21的一端、瞬变二极管D3的一端、可插拔连接器CN9的脚2，电阻R21的另一端连接地电源-5V，芯片U7的脚9接地，瞬变二极管D2的另一端分别连接瞬变二极管D3的另一端、可插拔连接器CN9的脚3，可插拔连接器CN9的脚3接地；
RS485通讯电路还包括芯片U8、电容C43、电容C44、电容C45、瞬变二极管D4、瞬变二极管D5、可插拔连接器CN10、电阻R22、电阻R23、电阻R24和电阻R25；芯片U8的型号为ADM2483；
芯片U8的脚1分别连接电源+3.3V、电容C43的一端，芯片U8的脚2连接电容C43的另一端，芯片U8的脚2接地，芯片U8的脚3连接ARM内核核心子系统，芯片U8的脚4连接脚5并且连接ARM内核核心子系统，芯片U8的脚6连接ARM内核核心子系统，芯片U8的脚7分别连接电阻R24的一端、电容C45的一端，电阻R24的另一端连接电源-3.3V，芯片U8的脚8连接电容C45的另一端，芯片U8的脚8接地，芯片U8的脚16分别连接电源+5V、电容C44的一端，芯片U8的脚15连接电容C44的另一端，芯片U8的脚15接地，芯片U8的脚13分别连接电阻R22的一端、电阻R23的一端、瞬变二极管D4的一端、可插拔连接器CN10的脚1，电阻R22的另一端接地，芯片U8的脚12分别连接电阻R23的另一端、电阻R25的一端、瞬变二极管D5的一端、可插拔连接器CN10的脚2，电阻R25的另一端连接地电源-5V，芯片U8的脚9接地，瞬变二极管D4的另一端分别连接瞬变二极管D5的另一端、可插拔连接器CN10的脚3，可插拔连接器CN10的脚3接地；
RS485通讯电路还包括芯片U9、电容C46、电容C47、电容C48、瞬变二极管D6、瞬变二极管D7、可插拔连接器CN11、电阻R26、电阻R27、电阻R28和电阻R29；芯片U9的型号为ADM2483；
芯片U9的脚1分别连接电源+3.3V、电容C46的一端，芯片U9的脚2连接电容C46的另一端，芯片U9的脚2接地，芯片U9的脚3连接ARM内核核心子系统，芯片U9的脚4连接脚5并且连接ARM内核核心子系统，芯片U9的脚6连接ARM内核核心子系统，芯片U9的脚7分别连接电阻R28的一端、电容C48的一端，电阻R28的另一端连接电源-3.3V，芯片U9的脚8连接电容C48的另一端，芯片U9的脚8接地，芯片U9的脚16分别连接电源+5V、电容C47的一端，芯片U9的脚15连接电容C47的另一端，芯片U9的脚15接地，芯片U9的脚13分别连接电阻R26的一端、电阻R27的一端、瞬变二极管D6的一端、可插拔连接器CN11的脚1，电阻R26的另一端接地，芯片U9的脚12分别连接电阻R27的另一端、电阻R29的一端、瞬变二极管D7的一端、可插拔连接器CN11的脚2，电阻R29的另一端连接地电源-5V，芯片U9的脚9接地，瞬变二极管D6的另一端分别连接瞬变二极管D7的另一端、可插拔连接器CN11的脚3，可插拔连接器CN11的脚3接地。
与现有技术相比，本发明的有益效果至少包括：
本发明提供了一种适用于工业现场的数据采集监控系统，实现了工业现场各种工控设备的通讯互联，利用检测装置系统获取需要监控的设备参数并通过系统将数据同其他设备包括服务器进行数据分享，实现工业现场数据的一体化。
本发明采用以太网通讯网络、CAN通讯网络、RS485通讯网络、RS232通讯网络、RS422通讯网络、USB通讯网络，可方便实现工业现场各种不同通讯接口的设备互联互通，同时通过软件系统的各项通讯纠错方式等措施保障数据传输的实时性和可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明基于ARM内核物联网数据协议的异构系统的结构原理图；
图2为本发明系统供电电路的电路原理图；
图3为本发明的ARM内核核心子系统的电路原理图；
图4为本发明的以太网通讯电路的电路原理图；
图5为本发明的CAN通讯电路的电路原理图；
图6为本发明的RS485通讯电路的电路原理图；
图7为本发明的RS232通讯电路的电路原理图；
图8为本发明的USB通讯电路的电路原理图；
图9为本发明的软件流程简图。
图中：1、系统供电电路；2、以太网通讯电路；3、CAN通讯电路；4、USB通讯电路；5、RS485通讯电路；6、RS232通讯电路；7、调试接口电路。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合附图和具体的实施例对本发明的技术方案进行详细说明。需要指出的是，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
如图1所示，本发明提供一种基于ARM内核物联网数据协议的异构系统，包括系统供电电路、因特网通讯电路、以太网通讯电路、CAN通讯电路、USB通讯电路、RS485通讯电路、RS232通讯电路、调试接口电路和ARM内核核心子系统；
所述系统供电电路分别与以太网通讯电路、CAN通讯电路、USB通讯电路、RS485通讯电路、RS232通讯电路、调试接口电路、ARM内核核心子系统电连接；
所述ARM内核核心子系统分别与因特网通讯电路、以太网通讯电路、CAN通讯电路、USB通讯电路、RS485通讯电路、RS232通讯电路、调试接口电路电连接；
所述系统供电电路用于给系统提供供电电源；
所述ARM内核核心子系统用于各种数据综合处理；
所述因特网通讯电路用于系统通过因特网进行数据传输；
所述以太网通讯电路用于系统通过以太网进行数据传输；
所述CAN通讯电路用于系统通过CAN总线进行数据传输；
所述USB通讯电路用于系统通过USB进行数据传输；
所述RS485通讯电路用于系统通过RS485进行数据传输；
所述RS232通讯电路用于系统通过RS232进行数据传输；
所述调试接口电路用于系统进行软件调试。
如图2所示，系统供电电路包括一个2管脚的可插拔接线端子，一个过流保险丝、5个滤波用的电解电容，5个去耦用的陶瓷贴片电容、1个续流二极管、2个滤波电感、1个开关电源芯片、1个线性电源芯片、1个隔离DC-DC降压转换芯片。
如图3所示，ARM内核核心子系统包括1个基于ARM内核的STM32F429芯片、21个去耦用的陶瓷贴片电容、一个系统时钟的8M晶振及其2个起震用的2个贴片陶瓷电容、1个高精度时间计时晶振及其2个启动陶瓷贴片电容、1个系统复位的按键及其1个自复位贴片电容1个贴片电阻、1个给系统电池供电用的双路整流二极管、1个10管脚调试用的J-Link接口及其外围电路5个贴片电阻、2个指示作用的LED灯及其2个限流电阻。
所述的J-Link接口已经包含在基于ARM内核的嵌入式最小系统内。
如图4所示，以太网通讯电路包括1个以太网协议控制芯片ENC28J60A，6个去耦陶瓷贴片电容、1个滤波贴片钽电容、1个时钟晶振及其启动贴片陶瓷电容、1个去耦电感、1个网络插座变压器HR911105A。
如图5所示，CAN通讯电路包括1个CAN控制芯片MCP2515、个电平转换芯片TJA1050、1个复位按键、1个系统时钟晶振及其2个起振贴片陶瓷电容、1个滤波陶瓷贴片电容、1个LED指示灯、1个两管脚的可插拔连接器。
如图6所示，RS485通讯电路包含3路带隔离的RS485电路，包括3个带隔离RS485芯片ADM2483、9个去耦陶瓷贴片电容、6个RS485输出电路保护瞬变二极管、3个3管脚可插拔连接器、9个匹配贴片电阻。
具体地，RS485通讯电路包括芯片U7、电容C40、电容C41、电容C42、瞬变二极管D2、瞬变二极管D3、可插拔连接器CN9、电阻R18、电阻R19、电阻R20和电阻R21；芯片U7的型号为ADM2483；
芯片U7的脚1分别连接电源+3.3V、电容C40的一端，芯片U7的脚2连接电容C40的另一端，芯片U7的脚2接地，芯片U7的脚3连接ARM内核核心子系统，芯片U7的脚4连接脚5并且连接ARM内核核心子系统，芯片U7的脚6连接ARM内核核心子系统，芯片U7的脚7分别连接电阻R20的一端、电容C42的一端，电阻R20的另一端连接电源-3.3V，芯片U7的脚8连接电容C42的另一端，芯片U7的脚8接地，芯片U7的脚16分别连接电源+5V、电容C41的一端，芯片U7的脚15连接电容C41的另一端，芯片U7的脚15接地，芯片U7的脚13分别连接电阻R18的一端、电阻R19的一端、瞬变二极管D2的一端、可插拔连接器CN9的脚1，电阻R18的另一端接地，芯片U7的脚12分别连接电阻R19的另一端、电阻R21的一端、瞬变二极管D3的一端、可插拔连接器CN9的脚2，电阻R21的另一端连接地电源-5V，芯片U7的脚9接地，瞬变二极管D2的另一端分别连接瞬变二极管D3的另一端、可插拔连接器CN9的脚3，可插拔连接器CN9的脚3接地；
RS485通讯电路还包括芯片U8、电容C43、电容C44、电容C45、瞬变二极管D4、瞬变二极管D5、可插拔连接器CN10、电阻R22、电阻R23、电阻R24和电阻R25；芯片U8的型号为ADM2483；
芯片U8的脚1分别连接电源+3.3V、电容C43的一端，芯片U8的脚2连接电容C43的另一端，芯片U8的脚2接地，芯片U8的脚3连接ARM内核核心子系统，芯片U8的脚4连接脚5并且连接ARM内核核心子系统，芯片U8的脚6连接ARM内核核心子系统，芯片U8的脚7分别连接电阻R24的一端、电容C45的一端，电阻R24的另一端连接电源-3.3V，芯片U8的脚8连接电容C45的另一端，芯片U8的脚8接地，芯片U8的脚16分别连接电源+5V、电容C44的一端，芯片U8的脚15连接电容C44的另一端，芯片U8的脚15接地，芯片U8的脚13分别连接电阻R22的一端、电阻R23的一端、瞬变二极管D4的一端、可插拔连接器CN10的脚1，电阻R22的另一端接地，芯片U8的脚12分别连接电阻R23的另一端、电阻R25的一端、瞬变二极管D5的一端、可插拔连接器CN10的脚2，电阻R25的另一端连接地电源-5V，芯片U8的脚9接地，瞬变二极管D4的另一端分别连接瞬变二极管D5的另一端、可插拔连接器CN10的脚3，可插拔连接器CN10的脚3接地；
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如图7所示，RS232通讯电路包含2路RS232隔离电路，包含1个数据IO隔离芯片ADuM1412，1个RS232电平转换芯片，7个贴片陶瓷电容。
如图8所示，USB通讯电路包含1个标准插座、1个USB电路包含芯片、4个贴片电阻、1个过流保护PTC可恢复保险丝、1个识别用PNP三极管。
如图9所示，本发明软件系统集成了西门子、三菱、欧姆龙、施耐德等常见PLC的通讯协议系统，也可以根据实际需求添加新的协议集，可直接与工业现场终端自动化设备直接互联互通；同时也集成了又MQTT物联网协议、标准TCP/IP协议，基于TCP/IP的私有通讯协议，可以与以太网上的服务器进行连接，进行基于各种设备数据读取及控制。
本发明也可以设置为数据透明传输模式。在该模式下，用户可以将连接到该系统的所有设备按指定的方式进行数据互传。系统的工作模式、服务器的IP地址、服务器的端口号、本机端口、本系统的MAC地址、RS232/RS485通讯波特率都可以通过软件直接设置，并带掉电保存功能。系统内置心跳包机制，保证连接的可靠性。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (1)
1.一种基于ARM内核物联网数据协议的异构系统，其特征在于，包括系统供电电路、因特网通讯电路、以太网通讯电路、CAN通讯电路、USB通讯电路、RS485通讯电路、RS232通讯电路、调试接口电路和ARM内核核心子系统；
所述系统供电电路分别与以太网通讯电路、CAN通讯电路、USB通讯电路、RS485通讯电路、RS232通讯电路、调试接口电路、ARM内核核心子系统电连接；
所述ARM内核核心子系统分别与因特网通讯电路、以太网通讯电路、CAN通讯电路、USB通讯电路、RS485通讯电路、RS232通讯电路、调试接口电路电连接；
所述系统供电电路用于给系统提供供电电源；
所述ARM内核核心子系统用于各种数据综合处理；
所述因特网通讯电路用于系统通过因特网进行数据传输；
所述以太网通讯电路用于系统通过以太网进行数据传输；
所述CAN通讯电路用于系统通过CAN总线进行数据传输；
所述USB通讯电路用于系统通过USB进行数据传输；
所述RS485通讯电路用于系统通过RS485进行数据传输；
所述RS232通讯电路用于系统通过RS232进行数据传输；
所述调试接口电路用于系统进行软件调试；
RS485通讯电路包括芯片U7、电容C40、电容C41、电容C42、瞬变二极管D2、瞬变二极管D3、可插拔连接器CN9、电阻R18、电阻R19、电阻R20和电阻R21；芯片U7的型号为ADM2483；
芯片U7的脚1分别连接电源+3.3V、电容C40的一端，芯片U7的脚2连接电容C40的另一端，芯片U7的脚2接地，芯片U7的脚3连接ARM内核核心子系统，芯片U7的脚4连接脚5并且连接ARM内核核心子系统，芯片U7的脚6连接ARM内核核心子系统，芯片U7的脚7分别连接电阻R20的一端、电容C42的一端，电阻R20的另一端连接电源-3.3V，芯片U7的脚8连接电容C42的另一端，芯片U7的脚8接地，芯片U7的脚16分别连接电源+5V、电容C41的一端，芯片U7的脚15连接电容C41的另一端，芯片U7的脚15接地，芯片U7的脚13分别连接电阻R18的一端、电阻R19的一端、瞬变二极管D2的一端、可插拔连接器CN9的脚1，电阻R18的另一端接地，芯片U7的脚12分别连接电阻R19的另一端、电阻R21的一端、瞬变二极管D3的一端、可插拔连接器CN9的脚2，电阻R21的另一端连接地电源-5V，芯片U7的脚9接地，瞬变二极管D2的另一端分别连接瞬变二极管D3的另一端、可插拔连接器CN9的脚3，可插拔连接器CN9的脚3接地；
RS485通讯电路还包括芯片U8、电容C43、电容C44、电容C45、瞬变二极管D4、瞬变二极管D5、可插拔连接器CN10、电阻R22、电阻R23、电阻R24和电阻R25；芯片U8的型号为ADM2483；
芯片U8的脚1分别连接电源+3.3V、电容C43的一端，芯片U8的脚2连接电容C43的另一端，芯片U8的脚2接地，芯片U8的脚3连接ARM内核核心子系统，芯片U8的脚4连接脚5并且连接ARM内核核心子系统，芯片U8的脚6连接ARM内核核心子系统，芯片U8的脚7分别连接电阻R24的一端、电容C45的一端，电阻R24的另一端连接电源-3.3V，芯片U8的脚8连接电容C45的另一端，芯片U8的脚8接地，芯片U8的脚16分别连接电源+5V、电容C44的一端，芯片U8的脚15连接电容C44的另一端，芯片U8的脚15接地，芯片U8的脚13分别连接电阻R22的一端、电阻R23的一端、瞬变二极管D4的一端、可插拔连接器CN10的脚1，电阻R22的另一端接地，芯片U8的脚12分别连接电阻R23的另一端、电阻R25的一端、瞬变二极管D5的一端、可插拔连接器CN10的脚2，电阻R25的另一端连接地电源-5V，芯片U8的脚9接地，瞬变二极管D4的另一端分别连接瞬变二极管D5的另一端、可插拔连接器CN10的脚3，可插拔连接器CN10的脚3接地；
RS485通讯电路还包括芯片U9、电容C46、电容C47、电容C48、瞬变二极管D6、瞬变二极管D7、可插拔连接器CN11、电阻R26、电阻R27、电阻R28和电阻R29；芯片U9的型号为ADM2483；
芯片U9的脚1分别连接电源+3.3V、电容C46的一端，芯片U9的脚2连接电容C46的另一端，芯片U9的脚2接地，芯片U9的脚3连接ARM内核核心子系统，芯片U9的脚4连接脚5并且连接ARM内核核心子系统，芯片U9的脚6连接ARM内核核心子系统，芯片U9的脚7分别连接电阻R28的一端、电容C48的一端，电阻R28的另一端连接电源-3.3V，芯片U9的脚8连接电容C48的另一端，芯片U9的脚8接地，芯片U9的脚16分别连接电源+5V、电容C47的一端，芯片U9的脚15连接电容C47的另一端，芯片U9的脚15接地，芯片U9的脚13分别连接电阻R26的一端、电阻R27的一端、瞬变二极管D6的一端、可插拔连接器CN11的脚1，电阻R26的另一端接地，芯片U9的脚12分别连接电阻R27的另一端、电阻R29的一端、瞬变二极管D7的一端、可插拔连接器CN11的脚2，电阻R29的另一端连接地电源-5V，芯片U9的脚9接地，瞬变二极管D6的另一端分别连接瞬变二极管D7的另一端、可插拔连接器CN11的脚3，可插拔连接器CN11的脚3接地。
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