CN201039392Y

CN201039392Y - 具有gprs通讯的智能控制器

Info

Publication number: CN201039392Y
Application number: CNU2007200958586U
Authority: CN
Inventors: 王宏
Original assignee: Tianjin General Facility Service Science & Technology Co Ltd
Current assignee: Tianjin General Facility Service Science & Technology Co Ltd
Priority date: 2007-04-25
Filing date: 2007-04-25
Publication date: 2008-03-19
Anticipated expiration: 2017-04-25

Abstract

本实用新型公开了一种具有GPRS通讯的智能控制器，主要包括：GPRS模块和微处理器，与微处理器互连的接口电路、串口通讯电路和存储器扩展电路；A/D接口电路或串口通讯电路对被控设备进行数据采集，通过GPRS模块进行网络连接，操作者使用电脑、PDA或手机终端上的浏览器，通过在uClinux上的嵌入式webserver进行本智能控制器系统的访问和实时监控，通过GPIO接口或串口通讯电路输出控制量控制与GPIO接口或串口通讯电路相连接的被控设备。有益效果是：整合集成后设备小型化，供电可采用集成的太阳能电池供电，成本及工程造价降低的同时，有效提高了设备的可靠性，延长了设备的使用寿命，操作更加安全方便。

Description

具有GPRS通讯的智能控制器

技术领域

本实用新型涉及一种智能控制器，特别涉及一种具有通过运行在uClinux上的嵌入式web server进行系统信息、实时图形监控、参数配置、系统升级、系统恢复等功能的智能控制器。

背景技术

GPRS通讯已经被广泛应用到工业和日常生活领域中；在工业控制中的RTU控制单元，以及压力、温度、液位等传感器、变送器在工业变送器中通常也是被大量应用。但大多数这类的设备都是通用形式的，尤其是RTU控制单元，无论实际使用几个I/O接口，都具有8路或16路的输入/输出接口，设备的体积大，相对应设备的用电量也比较大，而实际使用时，大多数情况下仅仅需要1个或2个点的压力、液位等信号，即，仅仅使用1个或2个I/O接口，而其他I/O接口闲置，浪费了很多资源，同时设备的费用也增加很多，而仅有1个或2个I/O接口的RTU控制器市场上几乎没有。GPRS通讯和单独RTU控制单元的连接，一般都是通过电缆和RS232通信接口及变送器等进行的，整个系统设备体积庞大，而且用电量大，需要专门的供电电缆才能满足要求，系统设备使用寿命和可靠性低。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是，克服已有技术的缺点，通过RTU控制单元和GPRS无线通讯模块整合，提供一种具有基于uClinux上的嵌入式web server进行系统信息、实时图形监控、参数配置、系统升级、系统恢复等功能的智能控制器。

本实用新型所采用的技术方案是：一种具有GPRS通讯的智能控制器，包括：GPRS模块和电源，微处理器，与微处理器互连的A/D接口电路、CAN总线接口电路、GPIO接口电路、JTAG接口电路、串口通讯电路和存储器扩展电路，所述A/D接口电路和/或串口通讯电路对被控设备进行数据采集，通过GPRS模块进行网络连接，操作者使用电脑、PDA、手机等多种终端上的浏览器，通过在uClinux上的嵌入式web server进行本智能控制器系统的访问和实时监控，产生的数据通过网络写入远程后台数据库服务器，通过所述GPIO接口或串口通讯电路输出控制量控制与GPIO接口或串口通讯电路相连接的被控设备。串口通讯电路由两部分组成，即，RS232和RS485接口电路，存储器扩展电路包括：用于烧录uClinux、文件系统、应用程序以及备份扩展的FLASH和系统运行的空间SRAM。GPRS模块采用的芯片是MC35i，微处理器采用的芯片是STR710F-Z2T6，FLASH采用的芯片是SST39VF6401，SRAM采用的芯片是CY7C1069AV33。

本实用新型的有益效果是：整合集成后设备小型化，供电可采用集成的太阳能电池供电，成本及工程造价降低的同时，有效提高了设备的可靠性，延长了设备的使用寿命，操作更加安全方便。

附图说明

图1是本实用新型组成原理框图；

图2是本实用新型SRAM存储器扩展电路；

图3是本实用新型FLASH存储器扩展电路；

图4是本实用新型RS232串口通讯电路；

图5是本实用新型RS485串口通讯电路；

图6是本实用新型CAN总线接口电路；

图7是本实用新型GPRS模块电路；

图8是本实用新型A/D接口电路；

图9是本实用新型JTAG接口电路；

图10是本实用新型3.3V电源供电电路；

图11是本实用新型复位电路；

图12是本实用新型中断按键；

图13是本实用新型蜂鸣器电路。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明：

如图1所示，GPRS通讯智能控制器主要包括以下几个部分：CPU及CPU外围电路、存储器扩展、GPRS模块电路、串口通信、A/D、CAN、系统供电、JTAG电路等。CPU采用的是STR710F-Z2T6，供有144个引脚，该芯片基于ARM7TDMI核心，集成了256+16KB的FLASH和64KB的SRAM存储器，拥有丰富的外设接口资源和多种节电工作模式，其中ARM7TDMI核心的运算速度可以达到59MIPS@66MHz(SRAM中运行)，非常适合工业控制方面的应用，CPU外围电路主要包括晶振电路、STDBY、启动配置跳线、电源引脚等，这些电路通常没有太大变化，主要根据芯片手册来连接。

如图2所示，存储器扩展主要是要满足uClinux的需求，一般情况下，在嵌入式系统中，用于引导uClinux的bootloader编译后在200kbyte以内，uClinux内核编译后在512Kbyte左右，文件系统在1Mbyte左右(视应用程序的大小而定)。

存储器的扩展分为2部分，一部分是扩展的FLASH，用于烧录uClinux、文件系统、应用程序和备份，另一部分是系统运行的空间SRAM。在这里，扩展了4Mbyte的SRAM和8Mbyte的FLASH。

4Mbyte的SRAM由两片2M x 8的SRAM位扩展组成，SRAM外扩在EMI的CS1上，采用的芯片是CYPRESS的CY7C1069AV33，这款芯片最大的特点就是高速、低功耗(最大990mW)，并且在不选通时可以自动降低功耗。

如图3所示，8Mbyte的FLASH采用了SST的SST39VF6401，SST的SST39VF系列是一种常用芯片，SST39VF6401按4Mx16组织，其中跳线P1的作用是选择是否使用FLASH芯片的扇区保护，如果接上P1，则会保护000000H-007FFFH中的内容，在这些地址上的擦写操作将被禁止。

串口通信主要分为两个部分，RS232和RS485接口，分别采用了SP3220E和SP485E的电平转换芯片，把TTL电平分别转换成RS232和RS485需要的电平，再外接9针接口，用来和现场设备进行通信。

SP3220E器件满足EIA/TIA-232和V.28/V.24通信协议，满载最小数据速率：120Kbps，具有增强型ESD规范，使得在静电放电、瞬态变化较敏感的环境中，保证通讯的正常，使整个系统工作稳定，抗干扰能力得到提高。

如图4所示，RS232接口的电路图，RS232接口占用了UARTO通道。SP485E是半双工的RS485收发器，它完全满足RS485串行协议的要求，具有增强型ESD性能，数据传输速率可高达10Mbps。

如图5所示，RS485接口的电路图中，连接至B引脚的上拉电阻R48、连接至A引脚的下拉电阻R52，是用于保证无连接时的SP485芯片处于空闲状态，提供网络失效保护，用以提高RS-485节点与网络的可靠性。钳位于6.8V的TVS管D6、D7、D8都是用来保护RS-485总线的，避免RS-485总线在受外界干扰时(雷击、浪涌)产生的高压损坏RS-485收发器。电路中的L2、L3、C64、C65用于提高电路的EMI性能。电路中BJT4用来实现RS485的自动换向功能，当TXD信号为“1”，即无输入信号时，SP485R 芯片工作在“接收”状态；当TXD为“0”，即有信号输入时，即执行发送功能时，来自TXD信号上的有效电平将自动禁能接收器，使能发送器，从而将TXD信号发送到RS-485网络。这样，RS485接口仅仅使用了CPU的UART1通道资源，简化了硬件和程序设计。

如图6所示，CAN总线接口芯片采用了PHILIPS的TJA1040，其中，跳线JP4的接入，可以确定是否使用CAN线路阻抗匹配电阻R7(120Ω)。

如图7所示，GPRS(General Packet Radio Service)是“通用分组无线服务”的英文简称，该项技术经过多年的发展已经日趋成熟，它具有显著的优势：一是可充分利用覆盖全国范围的电信网络，其覆盖面广、接入范围大，系统构建便捷、运行成本较低；二是登录时间迅速，GPRS接入等待时间短，可快速建立连接，平均耗时为两秒；三是提供实时在线功能，利用GPRS MODEM上网，用户将处于“永远在线”状态，这将使访问服务变得非常简单、快速；四是按流量计费，用MC35i模块的接口为一个40-PIN的ZIF connector，包括了电源供应、串行接口、2个声频接口和SIM卡接口。所以在主板上做一个40-PIN的ZIFconnector，并预留上螺钉的位置，方便放置MC35i模块，将SIM卡插槽放置在主板上。利用一个标准I/O口控制GPRS的IGT信号，GPRS模块的RXDO、TXDO分别直接和UART通道的RXD、TXD通道相连，不使用电流控制信号，此时STR710为DTE(数字终端设备)，MC35i模块作为DCE(数字电路设备)。在DTE和DCE之间，用AT命令实现各种功能。当系统启动时，给IGT引脚加上100ms以上的低电平，MC35i就可以启动了，MC35i在ZIF连接器上为SIM卡接口预留了6个引脚，其中的CCIN引脚用来检测SIM卡支架中是否插有SIM卡，当插入SIM卡后，该引脚置为高电平时，系统才可以进入正常工作。

如图8所示，STR710系列的CPU拥有4通道12位A/D转换器，转换电压范围在0~2.5V，在这里使用其中的两路来进行A/D转换，另外两路中的一路引入一个精确的2.5V电压，另一路引入一个精确的0V电压，用于A/D转换时的校准。图9是本实用新型JTAG接口电路。

图10是本实用新型3.3V电源供电电路，系统电源部分采用了3个Rx5RL系列的芯片，分别用来产生稳定的+5V、+3.3V和+2.5V电压。该系列芯片更适合于工业级应用，+5V和+2.5V电源与之类似。

组成系统的其他基础电路，如图11至图13所示，主要包括复位电路、功能按键、蜂鸣器电路。复位电路采用了ST的STM809T复位芯片，该芯片产生低电平复位信号，不包含人工复位，用来监控STR710主芯片和外部FLASH芯片SST39VF6401，避免当电源电压波动较大时，系统出现非正常复位。当供电低于3.08V门限电压时，STM809T产生复位信号。由于该系统主要通过远程操作，所以按键设计很简单，只设计了一个硬件复位按键，这个“复位”按键不仅仅是把系统进行重新引导，而是把系统配置参数恢复到默认配置状态，再RESET系统。这个按键连接在P2.9口(外部INT3中断)，低电平产生中断。蜂鸣器主要利用了P1.7GPIO接口用来提示一些系统状态。

本实用新型硬件详细规格如下：

处理器：STR710F-Z2T6，内含(256+16)KB Flash、64KB SRAM；

EMI外扩：2M×16 SRAM；4M×16 Flash：

CAN2.0通信接口；

一个RS232异步串行接口(UARTO)；

一个RS485异步串行接口(UART1)；

C35i GPRS模块(UART2)；

SIM卡插槽；

路ADC输入接口；

通用GPIO接口；

20脚JTAG调试接口(高速程序下载、调试，并支持Flash烧写)；

一个电源开关，一个电源指示灯；

一个中断按键；

电源输入接口。

整合集成后设备小型化，供电可采用集成的太阳能电池供电，成本及工程造价降低的同时，有效提高了设备的可靠性，延长了设备的使用寿命，操作更加安全方便。

Claims

1.一种具有GPRS通讯的智能控制器，包括：GPRS模块和电源，其特征在于，智能控制器还包括：微处理器，与微处理器互连的A/D接口电路、CAN总线接口电路、GPIO接口电路、JTAG接口电路、串口通讯电路和存储器扩展电路；所述A/D接口电路或串口通讯电路对被控设备进行数据采集，通过GPRS模块进行网络连接，操作者使用电脑、PDA或手机终端上的浏览器，通过在uClinux上的嵌入式web server进行本智能控制器系统的访问和实时监控产生数据信息，通过网络写入远程后台数据库服务器，通过所述GPIO接口或串口通讯电路输出控制量控制与GPIO接口或串口通讯电路相连接的被控设备。

2.根据权利要求1所述的GPRS通讯的智能控制器，其特征在于，所述串口通讯电路包括：RS232和RS485接口电路，所述存储器扩展电路包括：用于烧录uClinux、文件系统、应用程序以及备份扩展的FLASH和系统运行的空间SRAM。

3.根据权利要求2所述的GPRS通讯的智能控制器，其特征在于，所述GPRS模块采用的芯片是MC35i，微处理器采用的芯片是STR710F-Z2T6，FLASH采用的芯片是SST39VF6401，SRAM采用的芯片是CY7C1069AV33。