CN116781738A - 一种基于IOLink协议的主动标识设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于IOLink协议的主动标识设备，属于工业互联网及自动化技术领域，用于解决在工业互联网建设中，传统设备改造工作量大、成本高，且可靠性难以保证的技术问题。设备包括：IOLink设备/IOLink传感器、IOLink器件收发器、数据处理MCU模块；IOLink设备/IOLink传感器用于采集传感信息以及执行总线传来的执行命令；IOLink器件收发器用于进行数据收发；数据处理MCU模块用于处理IOLink设备/IOLink传感器传来的数据和状态信息，以及对IOLink设备/IOLink传感器进行指令发送。有效实现了IOLink设备对工业互联网的连接，避免对IOLink集线器的依赖。

Description

一种基于IOLink协议的主动标识设备

技术领域

本发明涉及工业互联网及自动化技术领域，尤其涉及一种基于IOLink的工业互联网设备。

背景技术

随着工业技术的发展，传统自动化传感器已不足以满足现代生产的更精细的采集要求和更复杂的部署要求。由国外发起的IOLink协议现已成为开放式的串行协议标准(IEC61131-9)。IOLink可以降低布线复杂度和总体成本，精简了数据传输节点数提高传输效率，提升机器的可用性，对实现生产现场的工业设备联网提供了相对普通传感器更可靠，传统工业传感器更便捷的途径。

为了推动产业的进步，提升工业生产效率和竞争力，工业互联网是工业前进方向。工业互联网涉及全生产环节及各生产要素，为实现精细生产，实现设备互联，为引进人工智能提供重要的平台。将设备、产品、生产线、车间、工厂、供应商和客户紧密地连接起来，能有效实现信息和资源的跨区域、跨行业共享，推动整个制造体系的智能化，驱动业务流程和生产服务模式的创新，为客户提供更优质的产品或服务。而且针对企业管理者切身利益的数据安全问题难以得到解决。

实现工业互联网的建设往往涉及对传统设备的改造，工业自动化的数据采集部分往往协议相对封闭，改造工作量大，成套方案往往投入较大，而且不够灵活，造成很多企业的改造动力不足。现在的众多小规模数据采集方案又往往基于离散的小型传感器群，传感器的可靠性难以保证，不能发挥工业级数据采集设备的优势。

发明内容

本发明实施例提供了一种基于IOLink协议的主动标识设备，用于解决如下技术问题：在工业互联网建设中，传统设备改造工作量大、成本高，且可靠性难以保证。

本发明实施例采用下述技术方案：

一方面，本发明实施例提供了一种基于IOLink协议的主动标识设备，主动标识设备包括：OLink设备/IOLink传感器、具有浪涌保护功能的IOLink器件收发器、数据处理MCU模块；

所述IOLink设备/IOLink传感器用于采集传感信息以及执行总线传来的执行命令；

所述IOLink器件收发器用于进行数据收发；

所述数据处理MCU模块用于处理IOLink设备/IOLink传感器传来的数据和状态信息，以及对IOLink设备/IOLink传感器进行指令发送。

在一种可行的实施方式中，所述IOLink器件收发器连接所述IOLink设备/IOLink传感器与所述数据处理MCU模块；

所述IOLink器件收发器用于接收IOLink设备/IOLink传感器的数据并转发给数据处理MCU模块；

还用于接收其他器件收发器的数据并转发给所述IOLink设备/IOLink传感器；

还用于接收数据处理MCU模块传来的控制命令，并转发给所述IOLink设备/IOLink传感器。

在一种可行的实施方式中，所述数据处理MCU模块还用于进行数据的运算处理以及连接工业互联网上传运算结果。

在一种可行的实施方式中，所述主动标识设备还包括：具备标识解析功能及标识节点通信能力的网络通讯模块；

所述网络通讯模块用于实现标识节点的通信以及数据的加密解密。

在一种可行的实施方式中，所述数据处理MCU模块采用ESP32-C3型芯片实现；所述IOLink器件收发器选用TIOL111DMWR芯片实现。

在一种可行的实施方式中，所述主动标识设备使用外部直流24V电源供电；在所述主动标识设备内部板卡上采用XL1509-3.3型DC-DC电源芯片提供3.3V供电；

所述ESP32-C3型芯片使用3.3V电压供电，所述TIOL111DMWR芯片使用24V电源供电。

在一种可行的实施方式中，所述ESP32-C3型芯片的4引脚与TIOL111DMWR芯片的3引脚相连，ESP32-C3型芯片的5引脚与TIOL111DMWR芯片的4引脚相连；

所述TIOL111DMWR芯片的1引脚与24V电源相连，2引脚、10引脚通过一枚10k欧姆的贴片电阻与所述24V电源相连；

所述TIOL111DMWR芯片的5引脚与ESP32-C3型芯片的6引脚相连，TIOL111DMWR芯片的6引脚通过10k欧姆贴片电阻接地，TIOL111DMWR芯片的7引脚接地，TIOL111DMWR芯片的8引脚接IOLink连接器的信号线，TIOL111DMWR芯片的9引脚接IOLink连接器的电源线。

在一种可行的实施方式中，所述ESP32-C3型芯片的2引脚、3引脚、11引脚、17引脚、31引脚、32引脚均与3.3V电源连接；

所述ESP32-C3型芯片的33引脚在板卡上接地，27引脚、28引脚与调试接口连接。

在一种可行的实施方式中，所述板卡设置通信口供调试和程序烧录使用；

ESP32-C3型芯片的7引脚与所述板卡上的重启开关连接，15引脚与所述板卡的启动模式开关连接；

所述板卡通过通信口连接到网络通讯模块。

在一种可行的实施方式中，所述板卡还使用IOLink连接器与IO-connecter连接或直接与IOLink传感器或执行器连接。

与现有技术相比，本发明实施例提供的一种基于IOLink协议的主动标识设备，具有如下有益效果：

本发明提出了一种基于IOLink协议的主动标识设备方案，有效结合支持开放式的串行协议的工业级传感器。在提升采集设备可靠性、降低改造难度、降低成本的同时，不受大型国外自动化厂商的限制和制约。基于IOLink协议的主动标识设备具备自主开发的硬件平台，可以实现功能的自主开发和扩展。在软件上具备连接到工业互联网节点的配置和标识解析的能力，可以保障数据安全。本发明基于IOLink协议的主动标识设备，能够接入IOLink设备但是不必依赖于自动化厂商的整体方案，并且不依赖物联网关，实现更敏捷的数据连接标识网络，有效实现了IOLink设备对工业互联网的连接，避免对IOLink集线器的依赖。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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中记载的一些实施例，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。在附图中：

图1为本发明实施例提供的一种基于IOLink协议的主动标识设备的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种IOLink器件收发器芯片原理示意图；

图3为本发明实施例提供的一种数据处理MCU模块芯片原理示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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。基于本说明书实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

为了解决上述问题，本发明提出了一种基于IOLink协议的主动标识设备方案，有效结合支持开放式的串行协议的工业级传感器。在提升采集设备可靠性，降低改造难度的同时，不受大型国外自动化厂商的限制和制约。基于IOLink协议的主动标识设备具备自主开发的硬件平台，可以实现功能的自主开发和扩展。基于IOLink协议的主动标识设备在软件上具备连接到工业互联网节点的配置和标识解析的能力，可以保障数据安全。

本发明实施例提供了一种基于IOLink协议的主动标识设备，如图1所示，基于IOLink协议的主动标识设备100包括：IOLink设备/IOLink传感器110、具有浪涌保护功能的IOLink器件收发器120以及数据处理MCU模块130。

其中，IOLink设备/IOLink传感器110用于采集传感信息以及执行总线传来的执行命令。IOLink器件收发器120用于进行数据收发。数据处理MCU模块130用于处理IOLink设备/IOLink传感器传来的数据和状态信息，以及对IOLink设备/IOLink传感器进行指令发送。

数据处理MCU模块130还用于进行数据的运算处理以及连接工业互联网上传运算结果。

IOLink器件收发器120连接IOLink设备/IOLink传感器110与数据处理MCU模块130。

作为一种可行的实施方式，IOLink器件收发器120用于接收IOLink设备/IOLink传感器110的数据并转发给数据处理MCU模块130；还用于接收其他器件收发器的数据并转发给IOLink设备/IOLink传感器110；还用于接收数据处理MCU模块130传来的控制命令，并转发给IOLink设备/IOLink传感器110。

进一步地，主动标识设备还包括：具备标识解析功能及标识节点通信能力的网络通讯模块140。网络通讯模块140用于实现标识节点的通信以及数据的加密解密。

作为一种可行的实施方式，基于IOLink协议的主动标识设备包括：IOLink设备或IOLink传感器、具有浪涌保护功能的IOLink器件收发器，数据处理MCU，具备标识解析功能及标识节点通信能力的网络通讯软件。上述IOLink设备或IOLink传感器作为采集设备和控制单元，用于采集传感信息和执行总线传来的执行命令。作为IOLink器件收发器的组件功能是接收传感器数据进行转发或发送给数据处理MCU或接收其他收发器数据或转发给IOLink设备数据处理MCU传来的控制命令。作为数据处理MCU的功能是处理IOLink设备或IOLink传感器传来的数据和状态信息，进行数据的运算处理和连接工业互联网上传，实现对IOLink设备或IOLink传感器指令的发送。具备标识解析功能和标识节点通信能力的的软件固件能够实现和标识节点的通信，数据的加密解密。

进一步地，数据处理MCU模块130采用ESP32-C3型芯片实现；IOLink器件收发器120选用TIOL111DMWR芯片实现。主动标识设备使用外部直流24V电源供电；在主动标识设备内部板卡上采用XL1509-3.3型DC-DC电源芯片，用于将外部直流24V电源转换为3.3V电源，为芯片供电。ESP32-C3型芯片与TIOL111DMWR芯片均使用3.3V电源供电。

作为一种可行的实施方式，图2为本发明实施例提供的一种IOLink器件收发器芯片原理示意图，图3为本发明实施例提供的一种数据处理MCU模块芯片原理示意图，如图2及图3所示，ESP32-C3型芯片的4引脚RXD与TIOL111DMWR芯片的3引脚RXD相连，ESP32-C3型芯片的5引脚TXD与TIOL111DMWR芯片的4引脚TXD相连。

TIOL111DMWR芯片的1引脚与24V电源相连，2引脚通过一枚10k欧姆的贴片电阻R2与24V电源相连，10引脚通过一枚10k欧姆的贴片电阻R3与24V电源相连。

TIOL111DMWR芯片的5引脚CS与ESP32-C3型芯片的6引脚CS相连，TIOL111DMWR芯片的6引脚通过10k欧姆贴片电阻R1接地，TIOL111DMWR芯片的7引脚直接接地，TIOL111DMWR芯片的8引脚CQ接IOLink连接器的信号线，TIOL111DMWR芯片的9引脚接IOLink连接器的电源线。

进一步地，ESP32-C3型芯片的2引脚、3引脚、11引脚、17引脚、31引脚、32引脚均与3.3V电源连接。ESP32-C3型芯片的33引脚在板卡上接地，27引脚、28引脚与调试接口连接。

进一步地，板卡设置通信口供调试和程序烧录使用。ESP32-C3型芯片的7引脚CHIPEN与板卡上的重启开关连接，15引脚与板卡的启动模式开关连接。板卡通过通信口连接到网络通讯模块140。

作为一种可行的实施方式，板卡还使用IOLink连接器与IO-connecter连接或直接与IOLink传感器或执行器连接。

本发明提出了一种基于IOLink协议的主动标识设备方案，有效结合支持开放式的串行协议的工业级传感器。在提升采集设备可靠性、降低改造难度、降低成本的同时，不受大型国外自动化厂商的限制和制约。基于IOLink协议的主动标识设备具备自主开发的硬件平台，可以实现功能的自主开发和扩展。在软件上具备连接到工业互联网节点的配置和标识解析的能力，可以保障数据安全。本发明基于IOLink协议的主动标识设备，能够接入IOLink设备但是不必依赖于自动化厂商的整体方案，并且不依赖物联网关，实现更敏捷的数据连接标识网络，有效实现了IOLink设备对工业互联网的连接，避免对IOLink集线器的依赖。

上述实施例阐明的系统、装置、模块或单元，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。一种典型的实现设备为计算机。具体的，计算机例如可以为个人计算机、膝上型计算机、蜂窝电话、相机电话、智能电话、个人数字助理、媒体播放器、导航设备、电子邮件设备、游戏控制台、平板计算机、可穿戴设备或者这些设备中的任何设备的组合。

为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本说明书时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

本领域内的技术人员应明白，本说明书实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本说明书实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本说明书实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本说明书是参照根据本说明书实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。

内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。内存是计算机可读介质的示例。

计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本说明书，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置、设备、非易失性计算机存储介质实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

以上所述仅为本说明书的一个或多个实施例而已，并不用于限制本说明书。对于本领域技术人员来说，本说明书的一个或多个实施例可以有各种更改和变化。凡在本说明书的一个或多个实施例的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种基于IOLink协议的主动标识设备，其特征在于，所述主动标识设备包括：IOLink设备/IOLink传感器、具有浪涌保护功能的IOLink器件收发器、数据处理MCU模块；

所述IOLink设备/IOLink传感器用于采集传感信息以及执行总线传来的执行命令；

所述IOLink器件收发器用于进行数据收发；

所述数据处理MCU模块用于处理IOLink设备/IOLink传感器传来的数据和状态信息，以及对IOLink设备/IOLink传感器进行指令发送。

2.根据权利要求1所述的一种基于IOLink协议的主动标识设备，其特征在于，所述IOLink器件收发器连接所述IOLink设备/IOLink传感器与所述数据处理MCU模块；

所述IOLink器件收发器用于接收IOLink设备/IOLink传感器的数据并转发给数据处理MCU模块；

还用于接收其他器件收发器的数据并转发给所述IOLink设备/IOLink传感器；

还用于接收数据处理MCU模块传来的控制命令，并转发给所述IOLink设备/IOLink传感器。

3.根据权利要求1所述的一种基于IOLink协议的主动标识设备，其特征在于，所述数据处理MCU模块还用于进行数据的运算处理以及连接工业互联网上传运算结果。

4.根据权利要求1所述的一种基于IOLink协议的主动标识设备，其特征在于，所述主动标识设备还包括：具备标识解析功能及标识节点通信能力的网络通讯模块；

所述网络通讯模块用于实现标识节点的通信以及数据的加密解密。

5.根据权利要求1所述的一种基于IOLink协议的主动标识设备，其特征在于，所述数据处理MCU模块采用ESP32-C3型芯片实现；所述IOLink器件收发器选用TIOL111DMWR芯片实现。

6.根据权利要求5所述的一种基于IOLink协议的主动标识设备，其特征在于，所述主动标识设备使用外部直流24V电源供电；在所述主动标识设备内部板卡上采用XL1509-3.3型DC-DC电源芯片，用于将所述外部直流24V电源转换为3.3V电源，为芯片供电；

所述ESP32-C3型芯片与所述TIOL111DMWR芯片均使用3.3V电源供电。

7.根据权利要求6所述的一种基于IOLink协议的主动标识设备，其特征在于，

所述ESP32-C3型芯片的4引脚与TIOL111DMWR芯片的3引脚相连，ESP32-C3型芯片的5引脚与TIOL111DMWR芯片的4引脚相连；

所述TIOL111DMWR芯片的1引脚与24V电源相连，2引脚、10引脚分别通过一枚10k欧姆的贴片电阻与所述24V电源相连；

所述TIOL111DMWR芯片的5引脚与ESP32-C3型芯片的6引脚相连，TIOL111DMWR芯片的6引脚通过10k欧姆贴片电阻接地，TIOL111DMWR芯片的7引脚接地，TIOL111DMWR芯片的8引脚接IOLink连接器的信号线，TIOL111DMWR芯片的9引脚接IOLink连接器的电源线。

8.根据权利要求6所述的一种基于IOLink协议的主动标识设备，其特征在于，

所述ESP32-C3型芯片的2引脚、3引脚、11引脚、17引脚、31引脚、32引脚均与3.3V电源连接；

所述ESP32-C3型芯片的33引脚在板卡上接地，27引脚、28引脚与调试接口连接。

9.根据权利要求8所述的一种基于IOLink协议的主动标识设备，其特征在于，

所述板卡设置通信口供调试和程序烧录使用；

ESP32-C3型芯片的7引脚与所述板卡上的重启开关连接，15引脚与所述板卡的启动模式开关连接；

所述板卡通过通信口连接到网络通讯模块。

10.根据权利要求8所述的一种基于IOLink协议的主动标识设备，其特征在于，所述板卡还使用IOLink连接器与IO-connecter连接或直接与IOLink传感器或执行器连接。