CN205377912U - 基于Wi-Fi和PROFIBUS-DP总线的嵌入式Web网关 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于Wi-Fi和PROFIBUS-DP总线的嵌入式Web网关，该嵌入式Web网关使Wi-Fi网络和PROFIBUS-DP现场总线两种异构网络连接起来，并能通过无线终端的Web浏览器实现对工业现场设备的监控。其包括基于Cortex TM-A8内核的S5PV210微处理器模块、RS-485驱动器、高速光电耦合器、网络隔离变压器和无线网卡；S5PV210微处理器模块由S5PV210微处理器、DDR2 RAM存储器、NAND FLASH存储器、USB接口、串口、复位电路以及电源控件组成。本实用新型能使相关人员不必工作在生产现场的一线即可无线监控设备及生产运行情况，调整设备工作状态，优化生产过程。
Description
技术领域
本实用新型属于工业自动化(工业通信)领域，涉及一种基于Wi-Fi和PROFIBUS-DP总线的嵌入式Web网关。
背景技术
目前，大多数工厂的管理人员对于工厂设备的监控操作主要是通过固定于与生产设备相连的过程控制显示面板或显示器实现的。因此，在生产过程中必定将操作人员固定的束缚在显示器前。而通过无线的操作方式能很好的摆脱这种监控束缚，管理人员只要在有无线网络的地方就可以对生产设备的情况进行监控和管理，极大的增强了操作的灵活性。
PROFIBUS(ProcessFieldBus，过程现场总线)能用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制的现场总线技术，可实现现场设备层到车间级监控的分散式数字控制和现场通信网络，其中PROFIBUS-DP是适用于工厂现场设备的PROFIBUS标准。在Wi-Fi环境下，工厂管理人员可以通过手机，平板电脑或笔记本电脑打开Web页面监视并管理生产系统和现场设备的运行状态和各种参数。因此相关人员不必工作在生产现场的一线即可远程监管设备及生产运行情况，调整设备工作状态，优化生产过程。同时本嵌入式网关设计的SSL安全机制能对PROFIBUS-DP总线系统传输过程中的数据进行加密，保证数据传输的安全性，防止数据泄密。
发明内容
本实用新型的目的是将Wi-Fi网络和PROFIBUS-DP现场总线两种异构网络连接起来，并通过无线终端实现对工业现场设备的监控。企业管理者或用户可以借助Wi-Fi网络，使用无线客户端更方便、快捷的对现场设备的参数进行合理配置。用户也可以根据自己的需求对无线客户端的类型进行选择。
为解决上述问题，本实用新型是通过如下技术方案实现的：一种基于Wi-Fi和PROFIBUS-DP总线的嵌入式Web网关，包括RS-485驱动器、高速光电耦合器、基于CortexTM-A8内核的S5PV210微处理器模块、网络隔离变压器和无线网卡构成。所述的嵌入式Web网关和通信系统中的PROFIBUS-DP总线及其设备与RS-485驱动器进行电气连接；而RS-485驱动器与高速光电耦合器进行电气连接；高速光电耦合器又与基于CortexTM-A8内核的S5PV210微处理器模块进行电气连接；其中S5PV210微处理器模块主要由S5PV210微处理器、USB接口、DDR2RAM存储器、复位电路、电源控件、串口单元以及NANDFLASH存储器组成，并且USB接口、DDR2RAM存储器、复位电路、电源控件、串口单元以及NANDFLASH存储器分别和中央处理芯片S5PV210微处理器进行电气连接；而基于CortexTM-A8内核的S5PV210微处理器模块与网络隔离变压器进行电气连接；网络隔离变压器和无线网卡进行电气连接；无线网卡与Wi-Fi网络进行无线连接；Wi-Fi网络和无线终端进行无线连接。
上述的基于Wi-Fi和PROFIBUS-DP总线的嵌入式Web网关，其特征在于：系统软件首先搭建了软件的开发平台，包括Linux操作系统的移植、Appweb服务器的移植、数据库的移植，同时软件设计基于B/S模式的Web无线客户端。
上述的基于Wi-Fi和PROFIBUS-DP总线的嵌入式Web网关，其特征在于：所述RS-485驱动器采用的型号为AQMD3608BLS。
上述的基于Wi-Fi和PROFIBUS-DP总线的嵌入式Web网关，其特征在于：所述高速光电耦合器采用的型号为TLP116A。
上述的基于Wi-Fi和PROFIBUS-DP总线的嵌入式Web网关，其特征在于：所述基于CortexTM-A8内核的S5PV210微处理器模块采用的是三星公司生产的S5PV210微处理器为核心，加上外围的USB接口、DDR2RAM存储器、复位电路、电源控件、NANDFLASH存储器以及串口单元组成的中央处理单元。
上述的基于Wi-Fi和PROFIBUS-DP总线的嵌入式Web网关，其特征在于：所述网络隔离变压器采用的是PSGLB网络隔离变压器。
上述的基于Wi-Fi和PROFIBUS-DP总线的嵌入式Web网关，其特征在于：所述无线网卡采用的是可接入Wi-Fi网络的TP-LINKTL-WN823N网卡。
上述的基于Wi-Fi和PROFIBUS-DP总线的嵌入式Web网关，其特征在于：与嵌入式Web网关通过Wi-Fi相连的无线终端采用的是可以连接Wi-Fi的笔记本电脑、平板电脑或手机。上述的基于Wi-Fi和PROFIBUS-DP总线的嵌入式Web网关，其特征在于：与嵌入式Web网关通过RS-485相连的是PROFIBUS-DP总线，总线上挂载西门子PLCS7-300。
上述的基于Wi-Fi和PROFIBUS-DP总线的嵌入式Web网关的软件平台搭建主要包括搭建系统网关Linux环境；移植Appweb服务器；移植SSL(SecureSocketsLayer安全套接层)安全协议；移植嵌入式数据库；搭建Web技术环境。
上述的基于Wi-Fi和PROFIBUS-DP总线的Web嵌入式网关的用户Web浏览器工作原理是：当用户在无线客户端的Web浏览器中输入网关的IP地址后，浏览器页面会自动弹出编写好的用户登录界面。
本实用新型的有益效果是：在Wi-Fi环境下，无线终端(笔记本电脑或手机)与嵌入式Web网关实现网上连接，嵌入式Web网关又与相关PROFIBUS-DP设备(PLC)相连。用户可以通过无线终端接入Wi-Fi网络通过嵌入式Web网关对PROFIBUS-DP总线上的设备进行方便快捷、实时地无线监控。
本实用新型的优点在于：
1)本实用新型可使用无线终端很方便的通过Web浏览器在Wi-Fi环境下接入PROFIBUS-DP总线，通过嵌入式Web网关进而实现Wi-Fi和PROFIBUS-DP总线系统的有效连接，充分利用了现有资源，有效地扩大了监控的灵活性和距离，使对PROFIBUS-DP设备的监控更加灵活、多样，操作更加方便，人性化。
2)通过Web浏览器为界面控制系统，便捷地对PROFIBUS-DP现场总线上的设备进行无线实时监控和管理，这也是无线网络工业化应用发展的必然趋势，顺应了工业自动化发展的潮流，有利于进一步推广。
3)该嵌入式Web网关，能对系统提供一定的安全保障，同时占用资源低，具有广泛的应用价值。
附图说明
通过参考以下结合附图的说明及权利要求书的内容,并且随着对本实用新型的更全面理解,本实用新型的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：
图1为本实验新型中嵌入式Web网关的硬件整体结构示意图。
图2为本实验新型中嵌入式Web网关中央处理单元基于CortexTM-A8内核的S5PV210微处理器模块硬件结构框图。
图3为本实验新型中嵌入式Web网关的软件整体结构示意图。
其中：1-RS-485驱动器，2-高速光电耦合器，3-基于CortexTM-A8内核的S5PV210微处理器模块，4-网络隔离变压器，5-无线网卡，6-S5PV210微处理器，7-USB接口，8-DDR2RAM存储器，9-复位电路，10-电源控件，11-串口单元，12-NANDFLASH存储器。
具体实施方式
为了加深对本实用新型的理解，下面将结合实施例对本实用新型作进一步详述，该实施例仅用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型保护范围的限定。
如图1和图2所示，基于Wi-Fi和PROFIBUS-DP总线互连的嵌入式Web网关，其特征在于：包括RS-485驱动器1、高速光电耦合器2、基于CortexTM-A8内核的S5PV210微处理器模块3、网络隔离变压器4和无线网卡5构成。所述的嵌入式Web网关和通信系统中的PROFIBUS-DP总线及其设备与RS-485驱动器1进行电气连接；而RS-485驱动器1与高速光电耦合器2进行电气连接；高速光电耦合器2又与基于CortexTM-A8内核的S5PV210微处理器模块3进行电气连接；其中S5PV210微处理器模块3主要由S5PV210微处理器6、USB接口7、DDR2RAM存储器8、复位电路9、电源控件10、串口单元11以及NANDFLASH存储器12组成，并且USB接口7、DDR2RAM存储器8、复位电路9、电源控件10、串口单元11以及NANDFLASH存储器12分别和中央处理芯片S5PV210微处理器6进行电气连接；而基于CortexTM-A8内核的S5PV210微处理器模块3与网络隔离变压器4进行电气连接；网络隔离变压器4和无线网卡5进行电气连接；无线网卡5与Wi-Fi网络进行无线连接；Wi-Fi网络和无线终端进行无线连接。
如图3所示嵌入式Web网关服务器软件系统由四大功能模块组成：(a)HTTP引擎；(b)安全模块；(c)配置模块；(d)应用程序接口模块。其中HTTP引擎响应无线客户端发来的设备查询控制请求；安全模块负责系统的安全控制，对用户名，密码以及传输数据信息进行加密保护；配置模块可使系统管理人员设置Web服务器相关的参数；应用程序接口模块实现外部与嵌入式应用系统的数据交换。
由上所述的一种基于Wi-Fi和PROFIBUS-DP总线的嵌入式Web网关接入方法、装置及系统的使用步骤如下：
a).系统网关上电开始工作，并启动系统服务器功能；
b).在无线终端打开Web浏览器，并输入网关网址显示系统的登录界面；
c).在登录界面中输入相应的用户名和密码，经过系统数据库校对信息后显示相应的界面，并根据自己的权限对PROFIBUS-DP设备进行相应操作。
由上述所述具体传输原理与程序进程是：以智能手机或笔记本电脑作为无线终端接入Wi-Fi，通过手机或笔记本电脑上的Web浏览器访问无线网关，在Wi-Fi环境下无线终端连接到嵌入式Web网关中的TP-LINKTL-WN823N无线网卡5。
进一步的进程是：无线网卡5接收到无线信号后调制解调处理后传送给PSGLB网络隔离变压器4。
进一步的进程是：网络隔离变压器4在将数据传送给S5PV210微处理器3。
进一步的进程是：S5PV210微处理器3及外围设备USB接口7、DDR2RAM存储器8、复位电路9、电源控件10、串口单元11以及NANDFLASH存储器12共同处理将Wi-Fi数据进行协议转换成PROFIBUS-DP数据，并传送给TLP116A高速光电耦合器2。
进一步的进程是：高速光电耦合器2将转换数据信号传送给AQMD3608BLS型号的RS-485驱动器1。
进一步的进程是：RS-485驱动器1经过RS-485接口将数据传送到PROFIBUS-DP总线中。
进一步的进程是：PROFIBUS-DP总线将数据传送到总线上挂载的现场设备西门子PLCS7-300上。
进一步的进程是：西门子PLCS7-300最终对无线终端发送的数据作出反应。
同理，现场设备也会实时的将状态数据通过上述逆过程传送到无线终端。由以上步骤即完成了PROFIBUS-DP设备和无线客户端双方的数据交互传输。通过无线的操作方式能很好的摆脱传统的监控束缚，管理人员只要在有无线网络的地方就可以对生产设备的情况进行监控和管理，极大的增强了操作的灵活性。
Claims (8)
1.一种基于Wi-Fi和PROFIBUS-DP总线的嵌入式Web网关，其特征在于：包括RS-485驱动器(1)、高速光电耦合器(2)、基于CortexTM-A8内核的S5PV210微处理器模块(3)、网络隔离变压器(4)和无线网卡(5)构成；所述的嵌入式Web网关和通信系统中的PROFIBUS-DP总线及其设备与RS-485驱动器(1)进行电气连接；而RS-485驱动器(1)与高速光电耦合器(2)进行电气连接；高速光电耦合器(2)又与基于CortexTM-A8内核的S5PV210微处理器模块(3)进行电气连接；其中S5PV210微处理器模块(3)主要由S5PV210微处理器(6)、USB接口(7)、DDR2RAM存储器(8)、复位电路(9)、电源控件(10)、串口单元(11)以及NANDFLASH存储器(12)组成，并且USB接口(7)、DDR2RAM存储器(8)、复位电路(9)、电源控件(10)、串口单元(11)以及NANDFLASH存储器(12)分别和中央处理芯片S5PV210微处理器(6)进行电气连接；而基于CortexTM-A8内核的S5PV210微处理器模块(3)与网络隔离变压器(4)进行电气连接；网络隔离变压器(4)和无线网卡(5)进行电气连接；无线网卡(5)与Wi-Fi网络进行无线连接；Wi-Fi网络和无线终端进行无线连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于Wi-Fi和PROFIBUS-DP总线的嵌入式Web网关，其特征在于：RS-485驱动器(1)采用的型号为AQMD3608BLS。
3.根据权利要求1所述的一种基于Wi-Fi和PROFIBUS-DP总线的嵌入式Web网关，其特征在于：高速光电耦合器(2)采用的型号为TLP116A。
4.根据权利要求1所述的一种基于Wi-Fi和PROFIBUS-DP总线的嵌入式Web网关，其特征在于：基于CortexTM-A8内核的S5PV210微处理器模块采用的是三星公司生产的S5PV210微处理器模块；其中S5PV210微处理器模块(3)主要由S5PV210微处理器(6)、USB接口(7)、DDR2RAM存储器(8)、复位电路(9)、电源控件(10)、串口单元(11)以及NANDFLASH存储器(12)组成；其中所用DDR2RAM存储器(8)是由4块SEC407BCF7K4T1G084QG组成；所用的NANDFLASH存储器(12)为512MSLCNANDFLASH型号是三星公司的SAMSUNG407K9F4G08U0ESCB0；所用电源控件(10)提供给网关电路5V电压；USB接口(7)与串口单元(11)都是通用型结构型号。
5.根据权利要求1所述的一种基于Wi-Fi和PROFIBUS-DP总线的嵌入式Web网关，其特征在于：网络隔离变压器(4)采用的是PSGLB网络隔离变压器。
6.根据权利要求1所述的一种基于Wi-Fi和PROFIBUS-DP总线的嵌入式Web网关，其特征在于：无线网卡(5)采用的是可接入Wi-Fi网络的基于802.11n的EP-N8508GS高速无线网卡。
7.根据权利要求1所述的一种基于Wi-Fi和PROFIBUS-DP总线的嵌入式Web网关，其特征在于：与Web嵌入式网关通过Wi-Fi相连的无线终端采用的是可以连接Wi-Fi的笔记本电脑、平板电脑或手机。
8.根据权利要求1所述的一种基于Wi-Fi和PROFIBUS-DP总线的嵌入式Web网关，其特征在于：与Web嵌入式网关通过RS-485相连的是PROFIBUS-DP总线，总线上挂载西门子PLCS7-300。
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| CN105429871A (zh) * | 2015-12-16 | 2016-03-23 | 吉林大学 | 一种基于Wi-Fi和PROFIBUS-DP总线互连的嵌入式Web网关和通信系统 |
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