CN201536374U - 一种用于工业控制的gps-profibus-dp网关 - Google Patents
一种用于工业控制的gps-profibus-dp网关 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种用于工业控制的GPS-PROFIBUS-DP网关，包括RS485总线驱动器、PROFIBUS-DP总线隔离变压器、PROFIBUS-DP总线协议控制器、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，PROFIBUS-DP总线协议控制器与中央处理单元通过内部总线连接，中央处理单元安装有将GPS网络数据转换为PROFIBUS-DP总线数据的程序软件。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PROFIBUS-DP总线上，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、城市轻轨等工业领域有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种用于工业控制的GPS-PROFIBUS-DP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PROFIBUS-DP总线上的GPS-PROFIBUS-DP网关。
背景技术
PROFIBUS总线是一种国际化、开放式、不依赖于设备生产商的现场总线标准。广泛适用于制造业自动化，流程工业自动化和楼宇、交通电力等其他领域自动化。PROFIBUS总线由三个兼容部分组成，即PROFIBUS-DP(Decentralized Periphery)，PROFIBUS-PA(Process Automation)，PROFIBUS-FMS(Fieldbus Message Specification)。PROFIBUS-DP是一种高速低成本的通信方式，用于设备级控制系统与分散式IO系统的通信，主要使用主-从方式。PROFIBUS-DP可采用24VDC或4-20mA信号传输。与其它现场总线系统相比，PROFIBUS总线的最大优点在于具有稳定的国际标准EN50170作保证，并经实际应用验证具有普遍性。
PROFIBUS-DP总线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，需要实时的获取列车的速度、位置和海拔等信息，但目前列车的速度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PROFIBUS-DP总线发给主控单元MPU，并参与到控制中。
但是，GPS网络的数据不能直接与PROFIBUS-DP总线互联，需要一个由GPS网络到PROFIBUS-DP总线的数据转换装置，即GPS-PROFIBUS-DP网关，从而将GPS网络的数据传送到PROFIBUS-DP总线上。
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PROFIBUS-DP总线，因此不能直接用作GPS-PROFIBUS-DP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PROFIBUS-DP总线上的用于工业控制的GPS-PROFIBUS-DP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-PROFIBUS-DP网关，包括RS485总线驱动器、PROFIBUS-DP总线隔离变压器、PROFIBUS-DP总线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PROFIBUS-DP总线协议控制器与中央处理单元通过内部总线连接，所述的PROFIBUS-DP总线隔离变压器是PROFIBUS-DP总线协议控制器与RS485总线驱动器的电气接口，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PROFIBUS-DP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PROFIBUS-DP总线协议控制器选用采用芯片SPC3芯片。
本实用新型所述的PROFIBUS-DP总线隔离变压器，其TxD、RxD信号的隔离器件选用Hewlett Packard公司的12M高速光耦HCPL710，RTS信号的隔离器件选用了6N137。
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PROFIBUS-DP总线上，列车的主控单元MPU从PROFIBUS-DP总线上获取信息，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PROFIBUS-DP总线和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-PROFIBUS-DP网关的结构框图。
图中：1、中央处理单元，2、GPS接收模块，3、PROFIBUS-DP总线协议控制器，4、PROFIBUS-DP总线隔离变压器，5、RS485总线驱动器。
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-PROFIBUS-DP网关，包括RS485总线驱动器5、PROFIBUS-DP总线隔离变压器4、PROFIBUS-DP总线协议控制器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PROFIBUS-DP总线协议控制器3与中央处理单元1通过内部总线连接，所述的PROFIBUS-DP总线隔离变压器4是PROFIBUS-DP总线协议控制器3与RS485总线驱动器5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PROFIBUS-DP总线数据的程序软件。
本实用新型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1的芯片上的每个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PROFIBUS-DP总线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PROFIBUS-DP总线协议控制器芯片是SPC3芯片，实现PROFIBUS-DP总线数据的转换与共享。SPC3芯片已集成了PROFIBUS-DP物理层的数据收发功能，可独立处理PROFIBUS DP协议，另外SPC3芯片内部还集成有1.5k的双口RAM，作为SPC3芯片与用户程序之间的接口。尽管SPC3芯片已经集成了物理层的数据传输功能，但它不具备RS-485的驱动接口，因此添加了RS-485驱动器5。为了避免总线上的信号对电路的影响，在SPC3芯片与RS485总线驱动器之间采用光电隔离。TxD、RxD信号的隔离器件选用HewlettPackard公司的12M高速光耦HCPL710，RTS信号的隔离器件选用了6N137。
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PROFIBUS-DP总线协议控制器3、PROFIBUS-DP总线隔离变压器4和RS-485驱动器5将速度、位置和海拔信息传送到PROFIBUS-DP总线上。所述的PROFIBUS-DP总线协议控制器3根据PROFIBUS-DP总线通讯协议规定，接收PROFIBUS-DP总线过程数据帧，经过解码处理后存入存储器中；读取中央处理单元写入存储器中的过程数据，经过编码生成PROFIBUS-DP总线过程数据帧发送到PROFIBUS-DP总线。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PROFIBUS-DP总线协议控制器3发送或者接收PROFIBUS-DP总线的数据。所述的PROFIBUS-DP总线隔离变压器4是PROFIBUS-DP总线的接口电路，用于PROFIBUS-DP总线协议控制器3与RS-485驱动器5的隔离，保护PROFIBUS-DP总线协议控制器3以及周边电路，并起到抵抗来自PROFIBUS-DP总线电磁干扰的作用。
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-PROFIBUS-DP网关，包括RS485总线驱动器(5)、PROFIBUS-DP总线隔离变压器(4)、PROFIBUS-DP总线协议控制器(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PROFIBUS-DP总线协议控制器(3)与中央处理单元(1)通过内部总线连接，所述的PROFIBUS-DP总线隔离变压器(4)是PROFIBUS-DP总线协议控制器(3)与RS485总线驱动器(5)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PROFIBUS-DP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-PROFIBUS-DP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-PROFIBUS-DP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-PROFIBUS-DP网关，其特征在于：所述的PROFIBUS-DP总线协议控制器芯片采用SPC3芯片。
5.根据权利要求1所述的用于工业控制的GPS-PROFIBUS-DP网关，其特征在于：所述的PROFIBUS-DP总线隔离变压器选用光耦HCPL7101和6N137。
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| CN2009202039509U CN201536374U (zh) | 2009-10-16 | 2009-10-16 | 一种用于工业控制的gps-profibus-dp网关 |
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| CN2009202039509U Expired - Fee Related CN201536374U (zh) | 2009-10-16 | 2009-10-16 | 一种用于工业控制的gps-profibus-dp网关 |
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2009
- 2009-10-16 CN CN2009202039509U patent/CN201536374U/zh not_active Expired - Fee Related
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