CN202178781U - 一种无线Zigbee和工业以太网总线协议转换适配模块 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种无线Zigbee和工业以太网总线协议转换适配模块，所述适配模块硬件由ARM控制器芯片AT91SAM7x256、集成有PHY层的网络芯片DM9161BIEP、网络变压器HR911105A、Zigbee无线协议芯片CC2530和标准JTAG电路构成；ARM控制器芯片AT91SAM7x256与网络芯片DM9161BIEP通过MII接口实现通信；与Zigbee无线协议芯片CC2530通过USART进行通信；无线Zigbee通信设备通过该协议转换适配模块与有线工业自动化网络连接实现数据通信和信号采集，工业以太网有线设备通过该协议转换适配模块与无线网络连接实现数据通信和信号采集。
Description
技术领域
本实用新型涉及无线Zigbee网络与有线以太网传输技术领域，特别涉及一种无线Zigbee和工业以太网总线协议转换适配模块，该模块具有Zigbee协议和工业以太网TCP/IP、UDP/IP协议的解析和转换功能，能够实现无线Zigbee设备与有线工业以太网、无线Zigbee网络与有线以太网设备共存，实现数据的采集和传输。
背景技术
Zigbee是近年来的一种新型技术，集计算机技术、无线网络技术和传感器技术于一体的新技术，其核心芯片CC2530是一款具有自组网、成本低、可扩展性好、嵌入式强、抗干扰、可靠性高、功耗低等特点。目前利用Zigbee（CC2530）的优越性和廉价特点实现了很多自组织网络，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知对象的信组成工业无线传感网络。
同时当前随着IT技术的发展，以太网技术具有价格低廉、稳定可靠、通信速率高、软硬件产品丰富、应用广泛以及支持技术成熟等优点，已成为最受欢迎的通信网络之一。近些年来，随着网络技术的发展，以太网进入了控制领域，形成了新型的以太网控制网络技术。为了提高整个工业网络控制系统性能，将无线网络与有线网络进行融合是工业自动化控制领域的一个发展趋势。
发明内容
鉴于上述分析，本实用新型设计一种具有Zigbee协议、以太网TCP/IP、UDP/IP协议转换功能、且体积小巧易于安装的新型模块，使目前工业以太网控制系统中的网络拓扑能力和工作效率上都有较大提升。
本实用新型是通过这样的技术方案实现的：一种无线Zigbee和工业以太网总线协议转换适配模块，其特征在于，所述适配模块硬件由 ARM控制器芯片AT91SAM7x256、集成有PHY层的网络芯片DM9161BIEP、网络变压器HR911105A、Zigbee无线协议芯片CC2530和标准JTAG电路构成；所述适配模块的工作电压是3.3V；
ARM控制器芯片AT91SAM7x256外接8.432MHz晶体、LED指示灯和标准JTAG电路；
ARM控制器芯片AT91SAM7x256与网络芯片DM9161BIEP通过MII接口实现通信连接；
网络芯片DM9161BIEP外接25MHz晶振；网络芯片DM9161BIEP通过TX+、TX-、RX+、RX-与RJ45网络接口连接网络变压器HR911105A ；
ARM控制器芯片AT91SAM7x256与Zigbee无线协议芯片CC2530通过USART进行通信连接。
ARM控制器芯片AT91SAM7x256预制软件系统移植有嵌入式操作系统uC/OS-II和嵌入式网络TCP/IP协议，并在此基础上添加应用层代码，实现与Zigbee无线协议芯片CC2530的通信功能。
将无线Zigbee技术与工业以太网有线网络实现融合，实现无线Zigbee设备与有线工业以太网、无线Zigbee网络与有线以太网设备共存，实现数据的采集和传输
本实用新型的有益效果是：在工业网络控制系统中，无线Zigbee通信设备通过该协议转换适配模块与有线工业自动化网络连接实现数据通信和信号采集，工业以太网有线设备通过该协议转换适配模块与无线网络连接实现数据通信和信号采集。
附图说明
图1是本实用新型的电路结构框图；
图2是ARM控制器芯片及其外围电路；
图3是网络芯片DM9161BIEP及其外围电路；
图4是无线协议芯片CC2530及其外围电路；
图5是本实用新型的软件流程图。
具体实施方式
为了更清楚的理解本实用新型，结合附图和实施例详细描述本实用新型：
如图1至5所示，该模块的核心电路部分主要由ATMEL公司一款以太网专用ARM控制器芯片AT91SAM7x256、网络芯片DM9161BIEP、RJ45采用HR911105A，Zigbee无线协议芯片CC2530，标准JTAG电路及外围电路构成。
硬件由以下几部分组成：
1)CPU及其外围器件：AT91SAM7x256、PLL（18.432MHz晶体等）、LED指示灯、Jtag电路；
2)以太网控制器部分：网络芯片DM9161BIEP、RJ45插座（内置隔离变压器）、25MHz晶体；
3)Zigbee通信部分：ZIGBEE无线协议芯片CC2530、32MHz晶体、32.768KHz晶体；
AT91SAM7x256软件资源丰富,支持uCOS-II实时操作系统，TCP/IP协议栈，IP/ICMP/TCP/UDP/DHCP等协议，动态获取IP，支持标准socket编程；最高工作频率为55MHz，工作温度为-40℃～+85℃。提供丰富的外围接口，主要有：64KB SRAM，256K高速Flash、1路10/100Mbps以太网接口、1路CAN接口、3路UART、RS-232/RS-485、1路USB Device、4路模拟输入、4路模拟输出、EEPROM存储器。且稳定可靠，已有多处应用实例
网络芯片DM9161BIEP是一款低功率、收发在100兆- TX和10BASE - T的以太网物理层协议芯片。网络芯片DM9161BIEP穿过媒体独立接口(MII)或精简的媒体独立接口(RMII)的连接CPU单元，这里采用网络芯片DM9161BIEP的RMII接口与AT91SAM7x256的MAC层控制器相连确保芯片之间的快速通信与高互操作性。
TI公司的新型CC2530是一款真正针对IEEE802.15.4、ZigBee、ZigBee RF4CE 和智能能源应用的片上系统解决方案。由于具有高达256KB的大容量闪存，CC2530非常适合ZigBee PRO 应用。并且更大容量的内存将允许片上空中下载以支持系统内重新编程。此外，CC2530 还结合了1个完全集成的高性能射频收发器，带有8051MCU、8KB RAM、32/64/128/256KB 闪存以及其它强劲的支持功能与外设。
ARM控制器芯片AT91SAM7x256预制软件系统移植有嵌入式操作系统uC/OS-II和嵌入式网络TCP/IP协议，并在此基础上添加应用层代码，实现了与Zigbee无线协议芯片CC2530的通信功能。
如图1所示，主电路模块的工作电压是3.3V，CPU的晶振采用的频率为18.432MHz；ARM控制器芯片AT91SAM7x256与网络芯片DM9161BIEP通过MII接口实现通信；网络芯片DM9161BIEP其外接晶振为25MHz，然后通过TX+、TX-、RX+、RX-与RJ45网络接口HR911105A连接；主电路模块通过以太网接口RJ45直接连接工业以太网控制器的上层网络中，AT91SAM7x256与CC2530通过USART进行通信。
图2所示是Zigbee和工业以太网总线协议转换适配模块的PU部分，采用爱特梅尔公司的AT91SAM7x256属于ARM7系列芯片，是一款低功耗的芯片，能通过可编程的方式设置工作电压和工作频率、外设时钟活动，并采用DMA来替代CPU完成数据传输，从而优化功耗。主电路模块的工作电压是3.3V，ARM控制器芯片VDDIO端输入电压为3.3V； CPU的晶振采用的频率为18.432MHz；标准JTAG电路通过连接ARM控制器芯片AT91SAM7x256实现仿真调试和程序下载；ARM控制器芯片CPU与网络芯片DM9161BIEP通过MII接口实现通信；
如图3所示为Zigbee和工业以太网总线协议转换适配模块的网络部分，其中网络芯片DM9161BIEP为集成PHY层的网络芯片，其外接晶振为25MHz，其通过MII接口与AT91SAM7x256连接。HR911105A为网络变压器，并内置网络隔离变压器，这样便大大节省了电路板的空间，对于控制电路板体积有很大帮助。最终HR911105A直接连接工业以太网控制器的上层网络中，实现系统的构成。
如图4示为Zigbee和工业以太网总线协议转换适配模块的无线协议芯片CC2530及其外围电路，其中CC2530与AT91SAM7x256之间采用USART通信，通信管脚为TXD和RXD。CC2530本身有两个时钟晶体非别为32MHz和32.768KHz。
如图5示为以太网数据报文管理过滤器的软件流程，整个软件系统移植有嵌入式操作系统uC/OS-II和嵌入式网络TCP/IP协议，并在此基础上编写应用层代码，实现了有线工业自动化网络与无线Zigbee网络之间数据采集和交换。
在该模块上电后，程序首先进行整个硬件系统的初始化，使能ARM控制器芯片、CC2530和网络芯片，设置时钟和外围控制器，然后初始化嵌入式操作系统uC/OS-II和嵌入式TCP/IP网络协议，并检测网络（有线和无线）连接是否正常并可以实用、然后设置Zigbee设备和有线网络的相关参数。完成以上工作后操作系统创建任务用于处理网络的数据报文。
根据上述说明，结合本领域技术可实现本实用新型的方案。
Claims (1)
1.一种无线Zigbee和工业以太网总线协议转换适配模块，其特征在于，所述适配模块硬件由 ARM控制器芯片AT91SAM7x256、集成有PHY层的网络芯片DM9161BIEP、网络变压器HR911105A、Zigbee无线协议芯片CC2530和标准JTAG电路构成；所述适配模块的工作电压是3.3V；ARM控制器芯片AT91SAM7x256外接8.432MHz晶体、LED指示灯和标准JTAG电路；ARM控制器芯片AT91SAM7x256与网络芯片DM9161BIEP通过MII接口实现通信连接；网络芯片DM9161BIEP外接25MHz晶振；网络芯片DM9161BIEP通过TX+、TX-、RX+、RX-与RJ45网络接口连接网络变压器HR911105A ；ARM控制器芯片AT91SAM7x256与Zigbee无线协议芯片CC2530通过USART进行通信连接。
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| CN103475656A (zh) * | 2013-09-11 | 2013-12-25 | 昆山奥德鲁自动化技术有限公司 | Zigbee和WiFi协议转换器 |
| CN114938399A (zh) * | 2022-05-13 | 2022-08-23 | 恒启电子（苏州）有限公司 | 一种多协议网络转换系统及方法 |
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