CN2879548Y - 一种面向智能楼宇的arm嵌入式串口网关 - Google Patents

一种面向智能楼宇的arm嵌入式串口网关 Download PDF

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Abstract

一种面向智能楼宇的ARM嵌入式串口网关，属楼宇自动化技术领域，其特点是采用嵌入式，包括串口和以太网通讯接口。并有串口硬件设备选择开关输入电路和通信状态LED显示电路。采用本实用新型可以通过硬件开关不同选择，将8种不同通信协议的楼宇自动化串行设备连接到以太网，简化了监控软件设计与维护，并能实现这些串行设备因特网的远程监控。是一个很实用的设计。

Description

一种面向智能楼宇的ARM嵌入式串口网关
技术领域：属楼宇自动化技术领域，确切地说是ARM嵌入式串口网关与楼宇自动化的结合技术。
背景技术：楼字自动化中使用了大量串行通信设备，它们采用了不同的串行通信协议，导致智能建筑管理系统(IBMS)及其他监控中间件在和这些设备通信要分别编写不同的软件接口，使得软件开发、维护和移植工作量大；随着internet的发展，对现场自动化设备进行远程监控的需求越来越迫切，而由于现场设备没有以太网接口，很难实现这些设备的远程监控与管理。
解决上述问题的一种有效方法就是为这些设备开发具有以太网接口的串口网关。传统上这些网关都是采用8位或16位单片机来实现，受到运算能力、存储空间的限制，这些网关仅能提供低速和小数据量的以太网接入，而且实时性差，不能满足楼宇自动化大量监控数据传输要求。此外，这些网关设备只支持特定设备的协议转换，通用性较差，限制了其使用。
发明内容：本实用新型的目的在于要提供能把多种不同串行通信协议的楼宇自动化设备连接到以太网，且具有可靠性高、大数据吞吐、体积小和通用性强的一种面向智能楼宇的ARM嵌入式串口网关。
本实用新型所采取的技术方案是：采用内嵌多个楼宇自动化常用串行设备的通信协议的嵌入式μCLinux操作系统的ARM主控CPU芯片，并采用Samsung公司ARM7TDMI内核的32位处理器S3C4510B，它具有高性能、低功耗和低成本特性，同时外扩大容量SDRAM和Flash存储器，以满足大数据量实时监控要求；并通过硬件开关选择所接入设备对应的串口协议。通过应用软件最终实现串口设备到以太网的协议转换。
本方案包括ARM主控cpu芯片、4MFLASH、32MSDRAM、以太网物理接口、串行接口电平转换电路、通用I/O接口电路、串口硬件设备选择开关输入电路、通信状态LED显示电路。其电路之间的连接为ARM主控芯片分别与4M Flash、32M SDRAM、以太网物理接口、通用I/O接口电路、串行接口电平转换电路相连。以太网物理接口与以太网相连、串行接口电平转换电路与楼宇自动化串行设备相连、通用I/O接口电路分别与串口硬件设备选择开关输入电路和通信状态LED显示电路相连。
本实用新型的有益效果是解决了楼宇自动化监控系统设计时串行通信设备接入以太网的问题，简化了监控软件设计与维护，并能实现这些串行设备因特网的远程监控。
附图说明：
图1是本实用新型硬件结构原理图。
图2是本实用新型的串行硬件设备选择开关。
图3是本实用新型软件互相关系示意图
图4是本实用新型的一个应用实例。
具体实施方式：现结合附图对本实用新型作进一步说明：
该网关包括ARM主控芯片1、4MFLASH2、32MSDRAM3、以太网物理接口4、串行接口电平转换电路5、通用I/O接口电路6、串口硬件设备选择开关输入电路7、通信状态LED显示电路8。其电路之间的连接为ARM主控芯片1分别与4M Flash2、32M SDRAM3、以太网物理接口4、通用I/O接口电路5、串行接口电平转换电路6相连。以太网物理接口4与以太网相连、串行接口电平转换电路5与楼宇自动化串行设备相连、通用I/O接口电路6分别与串口硬件设备选择开关输入电路7和通信状态LED显示电路8相连。硬件使用嵌入式ARM主控芯片，实时操作系统(RTOS)选用μCLinux，它是占先式的实时内核，具有很好的实时性。
主控芯片1选用Samsung公司基于ARM7TDMI内核的32位高速处理器S3C4510B，这款处理器专门针对以太网应用，在片内集成了以太网MAC层控制器，可以简化网络接口电路的设计并提高系统的可靠性。
主控芯片1通过外部总线接口EBI可连接4MFlash2及32MSDRAM3，其中FLASH存储器存放已调试好的用户应用程序、嵌入式操作系统或其他在系统掉电后需要保存的用户数据等；而SDRAM存储器作为系统运行时的主要区域，系统及用户数据、堆栈均位于SDRAM存储器中。
将S3C4510B的可编程的I/O端口设置为不同的工作模式，其中三个口配置成输入，用于设备开关选择；4个口配置成输出，用于LED状态显示输出。
以太网接口电路主要由MAC控制器和物理层接口两部分组成，选用主控芯片S3C4510B内嵌一个以太网控制器，支持媒体独立接口(Media Independent Interface，MII)和带缓冲DMA接口(Buffered DMA Interface，BDI)，可在半双工或全双工模式下提供10M/100Mbps的以太网接入。在半双工模式下，控制器支持CSMA/CD协议，在全双工模式下支持IEEE802.3MAC控制层协议。S3C4510B未提供物理层接口，需外接一片物理层芯片，以提供以太网的接入通道。选用Realtek公司生产的RTL8201芯片作为以太网的物理层接口控制芯片，再通过RJ45连接到以太网。
主控ARM芯片1通过RS232接口连接串行楼宇自动化设备。由于RS232C标准所定义的高、低电平信号与S3C4510B系统的LVTTL电路所定义的高、低电平信号不同，本实用新型使用MAX232芯片来实现电路的电平转换。
图2所示是该实用新型的硬件开关。通过该开关选择不同类型的串行设备，实现不同通信协议串行楼宇自动化设备与以太网间连接。本实用新型串口网关支持8种常用串行楼宇自动化设备。开关编号从左到右为1到3，开关的上位表示OFF，下位表示ON。开关的状态与所选设备的对应关系如表1所示。
   表1开关位置与设备对应关系
  序号  开关1  开关2  开关3   设备代号
  1   OFF   OFF   OFF   1
  2   ON   OFF   OFF   2
  3   OFF   ON   OFF   3
  4   ON   ON   OFF   4
  5   OFF   OFF   ON   5
  6   ON   OFF   ON   6
  7   OFF   ON   ON   7
  8   ON   ON   ON   8
图3是本实用新型应用程序流程示意。对应用程序的任务进行了划分以完成多任务系统的各种功能发挥。系统在初始化过程中首先根据串口设备选择开关调用相应的该类设备对应的串行通信协议配置。根据网关的功能要求和各个任务的重要性，设计了以下具有不同优先级的应用任务：出错管理、缓冲管理、TCP/IP收发管理、串行数据读写管理和时间管理。每个任务有独立的堆栈空间，一旦某任务获得CPU的使用权，就独立运行并完成相应的功能。
图4是本实用新型的一个应用实施。串口楼宇自动化设备1(14)、串口楼宇自动化设备2(15)、串口楼宇自动化设备3(16)分别与本实用新型串口网关(10)、实用新型串口网关(11)和实用新型串口网关(12)连接，这些串口网关的硬件开关具有不同的选择。三个串口网关通过以太网与智能楼宇管理系统(9)相连。这样这些串行楼宇自动化设备就可以像以太网楼宇自动化设备(13)一样与智能楼宇管理系统(9)进行以太网通信。

Claims (3)

1.一种面向智能楼宇的ARM嵌入式串口网关，包含CPU，I/O接口电路和FLASH，RAM存储器，其特征在于：该网关包括ARM主控CPU芯片(1)、4MFLASH(2)、32MSDRAM(3)、以太网物理接口(4)、串行接口电平转换电路(5)、通用I/O接口电路(6)、串口硬件设备选择开关输入电路(7)、通信状态LED显示电路(8)；其电路之间的连接为ARM主控CPU芯片(1)分别与4M Flash(2)、32M SDRAM(3)、以太网物理接口(4)、通用I/O接口电路(5)、串行接口电平转换电路(6)相连；以太网物理接口(4)与以太网相连、串行接口电平转换电路(5)与楼宇自动化串行设备相连、通用I/O接口电路(6)分别与串口硬件设备选择开关输入电路(7)和通信状态LED显示电路(8)相连。
2.根据权利要求1所述的面向智能楼宇的ARM嵌入式串口网关，其特征是：所述的ARM主控CPU芯片为与有内嵌多个楼宇自动化常用串行设备的通信协议的嵌入式μCLinux操作系统的4MFLASH(2)存储器相连接。
3.根据权利要求1所述的面向智能楼宇的ARM嵌入式串口网关，其特征是：所述的ARM主控CPU芯片为SAMSUNG公司ARM7TDMI内核的32位处理器S3C4510B。
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