CN201536372U - 一种用于工业控制的gps-以太网网关 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于工业控制的GPS-以太网网关，包括以太网隔离变压器、以太网协议控制器、中央处理单元和GPS接收模块，GPS接收模块与中央处理单元通过串行口连接，以太网协议控制器与中央处理单元通过内部总线连接，以太网隔离变压器是以太网协议控制器与以太网物理层的电气接口，所述的GPS接收模块通过天线与GPS网络连接，中央处理单元安装有将GPS网络数据转换为以太网总线数据的程序软件。本实用新型将通过GPS接收模块获得的速度、位置、海拔等信息送到以太网上，具有高可靠性、高灵活性和成本低廉的特点，在列车、高速动车组、城市轻轨、汽车、农林机械等工业领域有广泛的应用前景。

Description

一种用于工业控制的GPS-以太网网关

技术领域

本实用新型涉及一种用于工业控制的以太网网关，尤其涉及一种将列车的速度、位置和海拔等信息传送到以太网上的GPS-以太网网关。

背景技术

以太网是公认的最具发展前途的现场总线之一，IEEE 802.3标准是它的国际标准。以太网标准遵循ISO/OSI模型，采用了其中的链路层、传输层、网络层、会话层、表示层和应用层。以太网是一种有效支持分布式控制和实时控制系统的通信网络，具有突出的可靠性、实时性和灵活性。

以太网控制技术已被广泛应用于列车控制，随着对列车控制技术的要求越来越高，需要实时的列车速度、位置和海拔等信息，但目前列车速度的信息是通过在列车上安装速度传感器进行实时测量获得的，而列车的海拔和位置等信息列车上还没有相应的测量装置，也没有参与到控制中。

GPS全球定位系统的基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。全球定位系统的主要特点：一是全天候；二是全球覆盖；三是三维定速定时高精度；四是快速省时高效率；五是应用广泛。如果应用GPS技术，可以直接将列车的速度、位置和海拔等信息通过以太网发给主控单元MPU，并参与到控制中。

但是，GPS网络的数据不能直接与以太网互联，需要一个由GPS网络到以太网的数据转换装置，即GPS-以太网网关，从而将GPS网络的数据传送到以太网上。

中国专利ZL200920014076.4公开了一种用于工业控制的GPS-RS485网关，但由于RS485总线也不同于以太网总线，因此不能直接用作GPS-以太网网关。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本实用新型要设计一种将GPS定位技术获得的速度、位置、海拔等信息发送到以太网上的用于工业控制的GPS-以太网网关。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：一种用于工业控制的GPS-以太网网关，包括以太网隔离变压器、以太网协议控制器和中央处理单元，还包括GPS接收模块，所述的GPS接收模块与中央处理单元通过串行口连接，所述的以太网协议控制器与中央处理单元通过内部总线连接，所述的以太网隔离变压器是以太网协议控制器与以太网物理层的电气接口，所述的GPS接收模块通过天线与GPS网络连接，所述的中央处理单元安装有将GPS网络数据转换为以太网总线数据的程序软件。

本实用新型所述的中央处理单元核心部件采用C8051F040芯片。

本实用新型所述的GPS接收模块采用SkyNav GM10接收模块。

本实用新型所述的以太网协议控制器选用Intel公司的LXT971ALE芯片，支持IEEE 802.3规范。

本实用新型所述的以太网隔离变压器选用BE1012器件，以太网物理层接口选用RJ45器件。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1、由于本实用新型将通过GPS接收模块获得的速度、位置、海拔等信息送到以太网上，列车的主控单元MPU从以太网上获取信息，可以实时地测得列车的位置、速度、海拔等信息，可以对列车的运行轨迹进行有效跟踪，也可以对列车进行控制，避免列车追尾、相撞等事故的发生，并且具有高可靠性、高信息量、高灵活性以及安装方便、易于使用的特点。

2、由于本实用新型填补了国内这一领域的空白，为工业控制的以太网和GPS网络的结合提供了解决方案，具有设计新颖、高可靠性、高灵活性和成本低廉的特点，在列车、高速动车组、城市轻轨、地铁、汽车、农林机械等工业领域有广泛的应用前景。

附图说明

本实用新型仅有附图1张，其中：

图1为用于工业控制的GPS-以太网网关的结构框图。

图中：1、中央处理单元，2、GPS接收模块，3、以太网协议控制器，4、以太网隔离变压器。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行进一步地描述。如图1所示，一种用于工业控制的GPS-以太网网关，包括以太网隔离变压器4、以太网协议控制器3、中央处理单元1和GPS接收模块2，还包括图中未表示的MAX232电平转换与DB9接口电路，所述的GPS接收模块2与中央处理单元1通过串行口连接，所述的以太网协议控制器3与中央处理单元1通过内部总线连接，所述的以太网隔离变压器4是以太网协议控制器3与以太网物理层的电气接口，所述的GPS接收模块2通过天线与GPS网络连接，所述的中央处理单元1安装有将GPS网络数据转换为以太网总线数据的程序软件。所述的中央处理单元1核心部件采用C8051F040芯片。所述的中央处理单元C8051F040芯片是完全集成的混合信号片上系统型MCU，具有64个数字I/O引脚，片内采用Silicon Lab的专利CIP-51微控制器内核。所述的GPS接收模块2采用SkyNav GM10接收模块。

本实用新型所述的中央处理单元芯片上的每个MCU都可在-45～+85℃的工业温度范围内工作，工作电压为2.7～3.6V。由于能耗记录仪的应用需要，要求设备具有存储数据的功能，当系统暂时掉电时，FLASH存储器除了用于存储程序代码之外还可以用于非易失性数据存储，这就有效地保证了应用的安全可靠；中央处理单元芯片不仅完成GPS过程数据功能、消息数据功能和总线管理功能，也完成以太网链路层和应用层功能。

本实用新型选用的SkyNav GM10接收模块是一款高灵敏度、低成本的GPS接收模块2，可同时接收12颗卫星讯息，支持NMEA 0183输出协议。GM10接收模块内置超低噪声放大器，支持被动天线。其超高的灵敏度在狭窄的天空下，如城市街道中，无论是静态定位还是动态导航都能提供优异的性能，并在弱卫星讯号下仍能快速准确定位。采用间断睡眠的工作模式可以大大降低GM10接收模块的功耗，这非常适于手持和电池驱动的设备。

本实用新型选用的以太网协议控制器是以太网网络的核心部件，选用Intel公司的LXT971ALE芯片，支持IEEE 802.3规范；以太网物理层接口是以以太网连接器为核心的，选用RJ45器件，具有增强以太网总线驱动功能；隔离变压器是对信号进行电气隔离，选用BE1012器件，调整和整形电气信号。

本实用新型工作时，所述的GPS接收模块2将接收到的速度、位置和海拔等信息传送到中央处理单元1进数据处理后，再经过以太网协议控制器3和以太网隔离变压器4将速度、位置和海拔信息传送到以太网上。所述的以太网协议控制器3根据以太网通讯协议规定，接收以太网过程数据帧，经过解码处理后存入存储器中；读取中央处理单元1写入存储器中的过程数据，经过编码生成以太网过程数据帧发送到以太网。所述的中央处理单元1一方面要读取GPS接收模块2接收到的数据，还要通过标准的总线读写来控制以太网协议控制器3发送或者接收以太网的数据。所述的以太网隔离变压器4是以太网的接口电路，用于以太网协议控制器3与以太网的隔离，保护以太网协议控制器3以及周边电路，并起到抵抗来自以太网的电磁干扰的作用。

以上所述，仅为本实用新型较佳的一种具体实施方式。

Claims (5)

1.一种用于工业控制的GPS-以太网网关，包括以太网隔离变压器(4)、以太网协议控制器(3)和中央处理单元(1)，其特征在于：还包括GPS接收模块(2)，所述的GPS接收模块(2)与中央处理单元(1)通过串行口连接，所述的以太网协议控制器(3)与中央处理单元(1)通过内部总线连接，所述的以太网隔离变压器(4)是以太网协议控制器(3)与以太网物理层的电气接口，所述的GPS接收模块(2)通过天线与GPS网络连接，所述的中央处理单元(1)安装有将GPS网络数据转换为以太网总线数据的程序软件。

2.根据权利要求1所述的用于工业控制的GPS-以太网网关，其特征在于：所述的中央处理单元(1)核心部件采用C8051F040芯片。

3.根据权利要求1所述的用于工业控制的GPS-以太网网关，其特征在于：所述的GPS接收模块(2)采用SkyNav GM10接收模块。

4.根据权利要求1所述的用于工业控制的GPS-以太网网关，其特征在于：所述的以太网协议控制器选用Intel公司的LXT971ALE芯片。

5.根据权利要求1所述的用于工业控制的GPS-以太网网关，其特征在于：所述的以太网隔离变压器选用BE1012器件，以太网物理层接口选用RJ45器件。

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