CN201904810U - 基于无线技术的现场总线协议转换器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种基于无线技术的现场总线协议转换器，现场总线模块和无线模块插接在扩展底板上，现场总线模块通过UART口接收并处理无线模块的Zigbee无线数据，通过现场总线模块上的以太网接口或RS485接口上传到工业以太网或ProfibusDP总线，同时通过无线模块将信息输出，电源管理模块为各模块提供所需直流电源，扩展底板上带有调试接口。具有很好的安全性和可靠性。具有低功耗、低成本的特点，可以为工业现场提供方便快捷的无线数据采集，它节省了接线量，使得监测系统更为便利。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种协议转换器，特别涉及一种无线协议到现场总线协议转换器。
背景技术
近年来无线短程网络技术得到了很大发展，特别是Zigbee技术规范得到了不断的发展；目前这种无线通讯技术规范均属于WPAN(无线区域个人网络)范畴，它的物理层使用IEEE802.15.4技术规范，在物理层使用IEEE802.15.4无线通讯技术在家庭无线网络、医疗监护系统、工业现场无线监控网络具有广泛的应用价值。ZigBee技术为立刻更好的适用于工业环境中，推出了专门针对工业环境下应用的ZigBee2007版协议。
目前，工业控制领域，大量使用PLC和DCS来实现数据采集和状态监测。但是这种方式需要大量电缆，非常不便于维护。随后，现场总线技术不断发展，特别是以Profibus DP和Industry Ethernet为代表的现场总线技术。它节省了接线量，使得监测系统更为便利。然而在一些布线困难的特殊工业现场，现场总线无法满足需求。这时候我们需要引入无线技术来辅助。
发明内容
本实用新型是针对现在工业现场总线在无法布线从而无法实现数据监测的问题，提出了一种基于无线技术的现场总线协议转换器，研发一种基于IEEE802.15.4的Zigbee转Profibus DP和Industry Ethernet的无线至工业现场总线协议转换器，使得工业现场的某些数据能够通过Zigbee无线传输方式接入到有线的现场总线中。
本实用新型的技术方案为：一种基于无线技术的现场总线协议转换器，包括现场总线模块、无线模块和电源管理模块，现场总线模块和无线模块插接在扩展底板上，现场总线模块通过UART口接收并处理无线模块的Zigbee无线数据，通过现场总线模块上的以太网接口或RS485接口上传到工业以太网或Profibus DP总线，同时通过无线模块将信息输出，电源管理模块为各模块提供所需直流电源，扩展底板上带有调试接口。
所述现场总线模块包括NetIC芯片组、存储电路、晶振电路、电源处理电路、以太网接口，RS485接口，以太网接口在NetIC芯片内置以太网MAC的基础上，在总线模块上外接了物理层芯片和RJ45接口组成，RS485接口在NetIC芯片内置Profibus协议栈的基础上，在总线模块上外接了物理层芯片和RS485接口组成。
所述无线模块包括CC2430无线通信芯片、晶振电路以及外接SMA天线及PCB天线。
本实用新型的有益效果在于：本实用新型基于无线技术的现场总线协议转换器，此转换器基于IEEE802.15.4，使用的是2.4G免费公用频段，具有很好的安全性和可靠性。具有低功耗、低成本的特点，可以为工业现场提供方面快捷的无线数据采集，它节省了接线量，使得监测系统更为便利。
附图说明
图1为本实用新型基于无线技术的现场总线协议转换器硬件结构框图；
图2为本实用新型无线协议到现场总线协议转换器中Zigbee转Profibus DP协议转换图；
图3为本实用新型无线协议到现场总线协议转换器中Zigbee转Industry Ethernet协议转换图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型中的无线协议到现场总线协议转换器包括现场总线模块、无线模块和电源管理模块三部分。现场总线模块包括NetIC芯片组、存储电路、晶振电路、电源处理电路、以太网接口，RS485接口。设计为NetIC芯片最小系统，使用4层PCB板设计。作为一个完整的单片模块，其片上已经集成了现场总线和实时以太网通讯接口所需要的所有元件，通过加载不同的可加载固件，就可以实现各种现场总线与实时以太网系统。根据需要，通讯数据可以通过读写命令实现串口协议，通过Modbus RTU串口协议，实现现场总线模块与无线模块的交互；无线模块为一个Zigbee芯片最小系统，包括CC2430无线通信芯片、晶振电路以及外接SMA天线及PCB天线，具备无线通讯能力。CC2430与NetIC之间使用UART总线通讯NetIC为Modbus RTU主站，CC2430为Modbus RTU从站；现场总线模块、无线模块插在扩展底板上，在扩展底板上扩展电源电路、调试接口等电路。考虑到装置应用于工业场合，需要很宽的工作温度范围和稳定性，所以在各个模块和器件的选型时均使用工业级元件并进行抗干扰测试和老化实验。
电源部分的设计为：电源5V直流输入，经过LDO芯片TPS76333和TPS76318分别变压为3.3V和1.8V，为板上芯片、外设以及内核供电。
以太网接口电路的设计：NetIC芯片内置以太网MAC，在现场总线模块上外接了物理层芯片和RJ45接口。
Profibus DP接口设计：NetIC芯片内置Profibus协议栈，在现场总线模块上外接了物理层芯片和RS485接口。
软件部分的实施步骤由底层到高层依次包括固件加载、无线系统加载和协议转换设计等。以下为各步骤的具体介绍：
固件加载：netIC是一块支持现场总线与实时以太网接口的DIL-32模块，作为一个完整的单片模块，其片上已经集成了现场总线和实时以太网通讯接口所需要的所有元件，通过加载不同的可加载固件，就可以实现各种现场总线与实时以太网系统。根据需要，通讯数据可以通过读写命令实现串口协议，通过Modbus RTU串口协议，实现netIC模块与无线模块的交互。
协议转换设计：无线模块接收到NetIC传送的数据包后，对其按照IEEE 802.15.4 Zigbee通讯协议解包，通过UART总线与NetIC进行通讯，传送数据包，然后经过NetIC内运行的协议转换程序进行处理。Zigbee与Profibus DP和Industry Ethernet协议转换模型如图2图3所示。协议转换程序将CC2430发送的数据包按照LLC层、MAC层重新进行封装，打包成现场总线能够接受的Profibus DP和Industry Ethernet协议协议，最后通过物理层接口把数据包传送到现场总线上。数据流向相反时原理相同，这样就实现了两种协议的转换和两种网络的互联。
Claims (3)
1.一种基于无线技术的现场总线协议转换器，其特征在于，包括现场总线模块、无线模块和电源管理模块，现场总线模块和无线模块插接在扩展底板上，现场总线模块通过UART口接收并处理无线模块的Zigbee无线数据，通过现场总线模块上的以太网接口或RS485接口上传到工业以太网或Profibus DP总线，同时通过无线模块将信息输出，电源管理模块为各模块提供所需直流电源，扩展底板上带有调试接口。
2.根据权利要求1所述基于无线技术的现场总线协议转换器，其特征在于，所述现场总线模块包括NetIC芯片组、存储电路、晶振电路、电源处理电路、以太网接口，RS485接口，以太网接口在NetIC芯片内置以太网MAC的基础上，在总线模块上外接了物理层芯片和RJ45接口组成，RS485接口在NetIC芯片内置Profibus协议栈的基础上，在总线模块上外接了物理层芯片和RS485接口组成。
3.根据权利要求1所述基于无线技术的现场总线协议转换器，其特征在于，无线模块包括CC2430无线通信芯片、晶振电路以及外接SMA天线及PCB天线。
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN103293978A (zh) * | 2013-05-30 | 2013-09-11 | 郑州郑大信息技术有限公司 | Rtu数据采集终端 |
| CN104582007A (zh) * | 2015-01-15 | 2015-04-29 | 贵州大学 | 基于ZigBee技术的综合信息网关装置 |
| CN105721294A (zh) * | 2016-03-29 | 2016-06-29 | 北方民族大学 | 一种兼容多通信协议plc的智能网关 |
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