專利名稱：Profibus-DP總線串口服務器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種Profibus-DP總線串口服務器，是一種協(xié)議轉(zhuǎn)換 接口，屬于現(xiàn)場總線技術領域。
背景技術：
PROFIBUS遵從現(xiàn)場總線的國際標準IEC61158，是一種應用最為廣泛 的連接現(xiàn)場設備和控制系統(tǒng)的工業(yè)網(wǎng)絡。PROFIBUS現(xiàn)場總線由 PROFIBUS-DP、 PROFIBUS-FMS、 PROFIBUS-PA三部分組成。
目前主要應用和研發(fā)的是PROFIBUS—DP總線技術。Profibus-DP主
要用于現(xiàn)場級設備之間的高速數(shù)據(jù)傳輸， 一般是一個高速的主從系統(tǒng)。在 這個系統(tǒng)中， 一般的工作狀態(tài)為一個作為主站的集中控制設備(如PLC) 周期性的和各個分散在系統(tǒng)中的作為從站的I/O控制設備進行監(jiān)控數(shù)據(jù)的 交換。
Profibus-DP技術發(fā)展至今，由于其具有的協(xié)議開放性和網(wǎng)絡應用的縱 向?qū)哟蔚耐该鳎瑥V泛應用于制造業(yè)自動化，流程工業(yè)自動化，樓宇和交通 電力等領域。
Prodibus-DP技術的特點傳輸速率高，最大可支持12Mbps; —個 系統(tǒng)最大支持127個節(jié)點， 一般32個節(jié)點需要增加一個中繼器；主從通 信方式；抗擾性能好，采用RS-485傳輸技術或光纖傳輸技術；具有診斷， 參數(shù)配置功能。
隨著Profibus-DP現(xiàn)場總線產(chǎn)品類型的不斷出現(xiàn)，象主站、各類型從站、 協(xié)議轉(zhuǎn)換接口等產(chǎn)品的不斷出現(xiàn)，其中有Profibus-DP總線到Modbus總線 技術的，也有Profibus-DP到EtherNet/IP網(wǎng)絡轉(zhuǎn)換接口的產(chǎn)品。而這些產(chǎn) 品的出現(xiàn)都是為了現(xiàn)場總線技術的應用提供了更高效、方便的網(wǎng)絡集成方
3案。將Modbus設備接入到Profibus-DP系統(tǒng)網(wǎng)絡中，是Profibus-DP通
信接口的主要應用，也是有效的網(wǎng)絡集成方案。
目前市場上Profibus-DP-Modbus協(xié)議轉(zhuǎn)換的接口很多，實現(xiàn)的方式也 種類繁多，都是實現(xiàn)Modbus設備接入到Profibus-DP網(wǎng)絡的功能。根據(jù)將 Modbus設備接入到Profibus-DP網(wǎng)絡的臺數(shù)分類，可以分成一對一的通信 接口、 一對多的通信接口，而一對多的通信接口中的產(chǎn)品比較少，性能也 很有限制，例如需要限制接入的Modbus設備的數(shù)目；需要限制Modbus 交換指令的數(shù)量等等。以上這些限制使得一對多的DeviceNet通信接口應 用比較繁瑣，也不夠靈活。
在目前市場上已有的一對多的Profibus-DP通信接口中，其工作原理是 逐次訪問所連接的Modbus設備，即先發(fā)送請求給第一個Modbus設備， 等待Modbus設備的響應，獲得正確響應之后發(fā)送訪問第二臺Modbus設 備的請求，重復第一臺Modbus設備的訪問過程， 一直到訪問所有的 Modbus設備，數(shù)據(jù)采集一個周期完成。從上面可以看出，隨著Profibus-DP 通信接口所連接的Modbus設備的增多，其采集Modbus設備數(shù)據(jù)的周期 變得越來越長，對于最后訪問的Modbus設備，其數(shù)據(jù)的更新速度較慢， 數(shù)據(jù)的實時性得不到保證。 發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是提出一種Profibus-DP總線串口服務器，該通信 接口提高Profibus-DP通信接口并發(fā)訪問其所連接的Modbus串口設備，從 而避免了逐次訪問的數(shù)據(jù)采集過程，大大減小了數(shù)據(jù)采集的周期，保證了 數(shù)據(jù)的實時性能。
為達到上述目的，本實用新型的技術方案是Profibus-DP總線串口服 務器包括Profibvis-DP總線從站技術、串口擴展技術、信息配置技術；其硬 件包括CPU模塊、串口擴展模塊、信息配置模塊、SPC3協(xié)議模塊、Profibus-DP硬件接口模塊、電平轉(zhuǎn)換模塊、電源模塊、指示燈與數(shù)碼管顯 示模塊。
CPU模塊與其他各個模塊相連，協(xié)調(diào)與控制各個模塊的工作。CPU
模塊與串口擴展模塊相連，實現(xiàn)串口通道的參數(shù)設置與收發(fā)控制；串口擴
展模塊與電平轉(zhuǎn)換模塊相連，實現(xiàn)RS485電平信號的轉(zhuǎn)換；信息配置模塊 與CPU核心模塊相連，完成上位機配置軟件的配置信息的下載與上傳； SPC3協(xié)議模塊與CPU核心模塊相連，SPC3協(xié)議模塊與Profibus-DP硬件 接口模塊相連，實現(xiàn)Profibus-DP從站功能；指示燈與數(shù)碼管顯示模塊與 CPU核心模塊相連，指示串口服務器的工作狀態(tài)。
串口擴展技術，采用的異步串口組件TL16C554AI (其他類似的串口 擴展組件也可以實現(xiàn))進行串口的擴展。
Profibus-DP從站技術，本部分有兩個模塊組成SPC3協(xié)議模塊和 Profibus-DP硬件接口模塊。 信息配置技術
主要功能是將上位機配置軟件發(fā)送來的數(shù)據(jù)接收并寫入到EEPROM 中。在接收上位機配置軟件的數(shù)據(jù)是采用的協(xié)議是自定義的，具有錯誤處 理功能。信息配置采用RS232接口，直接與電腦的串口相連即可。
本實用新型的有益效果Profibus-DP總線串口服務器是一種并發(fā)訪問 串口設備的Profibus-DP通信接口，具有連接8臺串口設備的能力，是具 有完全意義上的一對多。8個獨立的串口通道，使得連接的串口設備類型 沒有限制，采用的通信波特率可以不同，最主要的是使得完成8臺串口設 備數(shù)據(jù)采集的周期縮短，保證了數(shù)據(jù)的實時性。同時，降低了 Profibus-DP 通信接口在應用過程中的成本，具有一定的經(jīng)濟效益。
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作比較詳細的說明。

圖1為本實用新型Profibus-DP總線串口服務器的硬件結(jié)構(gòu)框圖； 圖2為本實用新型Profibus-DP總線串口服務器的串口擴展電路示 意圖3為本實用新型Profibus-DP總線串口服務器的串口擴展組件的 電路原理圖4為本實用新型Profibus-DP總線串口服務器的Profibus-DP硬件 接口模塊電路圖5為本實用新型Profibus-DP總線串口服務器的Profibus-DP硬件 配置模塊電路圖6為本實用新型Profibus-DP總線串口服務器的Profibus-DP硬件 電源模塊電路圖。
具體實施方式
參照圖1，這是本實用新型Profibus-DP總線串口服務器的硬件結(jié)構(gòu)框圖。
如圖所示，硬件包括CPU模塊(1)、串口擴展模塊(2)、信息配 置模塊(3) 、 SPC3協(xié)議模塊(4) 、 Profibus-DP硬件接口模塊(5)、電 平轉(zhuǎn)換模塊(6)、電源模塊(7)、指示燈與數(shù)碼管顯示模塊(8)。
CPU模塊與其他各個模塊相連，協(xié)調(diào)與控制各個模塊的工作。CPU 模塊與串口擴展模塊相連，實現(xiàn)串口通道的參數(shù)設置與收發(fā)控制；串口擴 展模塊與電平轉(zhuǎn)換模塊相連，實現(xiàn)RS485電平信號的轉(zhuǎn)換；信息配置模塊 與CPU核心模塊相連，完成上位機配置軟件的配置信息的下載與上傳； SPC3協(xié)議模塊與CPU核心模塊相連，SPC3協(xié)議模塊與Profibus-DP硬件 接口模塊相連，實現(xiàn)Profibus-DP從站功能；指示燈與數(shù)碼管顯示模塊與 CPU核心模塊相連，指示串口服務器的工作狀態(tài)。
圖2為本實用新型Profibus-DP總線串口服務器的串口擴展電路示意圖。如圖所示，Profibus-DP總線串口服務器具有8路獨立的串口通道，因 此，其串口的擴展使用了 2片TL16C554AI及相關電路，RS485電平轉(zhuǎn)換 電路采用3.3V的直流電壓，降低硬件電路的功耗。圖3為本實用新型Profibus-DP總線串口服務器的串口擴展組件電路示意圖。如圖所示，本實用實現(xiàn)采用的是TL16C554AI串口擴展組件，其他的 串口擴展組件也可以類似實現(xiàn)。串口擴展最核心的就是如何處理各個串口 通道的中斷。經(jīng)過計算，在處理完其他中斷數(shù)據(jù)的過程中，沒有數(shù)據(jù)溢出 串口擴展芯片的FIFO緩沖區(qū)。TL16C554串口擴展組件其FIFO緩沖區(qū)的 大小是16字節(jié)，設置FIFO的觸發(fā)深度為8字節(jié)，當發(fā)生多個串口通道的 中斷，處理完所有的中斷時，任何一個串口通道沒有數(shù)據(jù)溢出FIFO緩沖 區(qū)。所以串口擴展采用了基于或邏輯的串口擴展技術。具體實現(xiàn)為將2片TL16C554的各個通道的中斷信號，通過或邏輯電路連接到微處 理器的外部中斷0 (INTO)，并且將各個串口通道的中斷信號與微處理器 的IO口線相連接，用來判斷產(chǎn)生中斷的串口通道。圖4為本實用新型Profibus-DP總線串口服務器接口模塊電路圖。 如圖所示，接口模塊，包括485電平轉(zhuǎn)換電路75ALS176,終端電阻 和DB9串口連接器。圖5為本實用新型Pmfibus-DP總線串口服務器信息配置模塊電路圖。 如圖所示，信息配置模塊，將上位機配置軟件發(fā)送來的數(shù)據(jù)接收并寫入 到EEPROM中，信息配置采用RS232接口，直接與電腦的串口相連。 圖6為本實用新型Profibus-DP總線串口服務器電源模塊電路圖。 如圖所示，電源模塊電壓有5VDC， 3.3VDC, 1.8VDC三種，主電源采 用5W的DC-DC模塊，輸出5VDC，通過兩個LDO轉(zhuǎn)換電壓至所需要的電壓范圍。
權利要求1.一種Profibus-DP總線串口服務器，用于工業(yè)控制技術，其特心征在于所述的串口服務器，包括CPU模塊(1)、串口擴展模塊(2)、信息配置模塊(3)、SPC3協(xié)議模塊(4)、Profibus-DP硬件接口模塊(5)、電平轉(zhuǎn)換模塊(6)、指示燈與數(shù)碼管顯示模塊(7)、電源模塊(8)；CPU模塊與各模塊相連，協(xié)調(diào)與控制各個模塊的工作；CPU模塊與串口擴展模塊相連，實現(xiàn)串口通道的參數(shù)設置與收發(fā)控制；串口擴展模塊與電平轉(zhuǎn)換模塊相連，實現(xiàn)RS485電平信號的轉(zhuǎn)換；信息配置模塊與CPU核心模塊相連，完成上位機配置軟件的配置信息的下載與上傳；SPC3協(xié)議模塊與CPU核心模塊相連，SPC3協(xié)議模塊與Profibus-DP硬件接口模塊相連，實現(xiàn)Profibus-DP從站功能；指示燈與數(shù)碼管顯示模塊與CPU核心模塊相連，指示串口服務器的工作狀態(tài)。
2、 根據(jù)權利要求1所述的Profibus-DP總線串口服務器，其特征 在于所述的接口模塊，包括485電平轉(zhuǎn)換電路75ALS176，終端電阻和DB9串口連接器。
3、 根據(jù)權利要求1所述的Proflbus-DP總線串口服務器，其特征在于 所述的信息配置模塊，將上位機配置軟件發(fā)送來的數(shù)據(jù)接收并寫入到 EEPROM中，信息配置采用RS232接口，直接與電腦的串口相連。
4、 根據(jù)權利要求1所述的Profibus-DP總線串口服務器，其特征 在于所述的電源模塊，電壓有5VDC， 3.3VDC， 1.8VDC三種，主電源采用5W的DC-DC模塊，輸出5VDC，通過兩個LDO轉(zhuǎn)換電壓至所需 要的電壓范圍。
專利摘要本實用新型涉及一種Profibus-DP總線串口服務器，包括Profibus-DP總線從站技術、串口擴展技術、信息配置技術，其硬件包括CPU模塊、串口擴展模塊、信息配置模塊、SPC3協(xié)議模塊、Profibus-DP硬件接口模塊、電平轉(zhuǎn)換模塊、電源模塊、指示燈與數(shù)碼管顯示模塊；CPU模塊與其他各個模塊相連，協(xié)調(diào)與控制各個模塊的工作。CPU模塊與串口擴展模塊相連，實現(xiàn)串口通道的參數(shù)設置與收發(fā)控制；串口擴展模塊與電平轉(zhuǎn)換模塊相連，實現(xiàn)RS485電平信號的轉(zhuǎn)換；信息配置模塊與CPU核心模塊相連，完成上位機配置軟件的配置信息的下載與上傳；SPC3協(xié)議模塊與CPU核心模塊相連，SPC3協(xié)議模塊與Profibus-DP硬件接口模塊相連，實現(xiàn)Profibus-DP從站功能；指示燈與數(shù)碼管顯示模塊與CPU核心模塊相連，指示串口服務器的工作狀態(tài)。
文檔編號H04L29/06GK201167335SQ20072019888
公開日2008年12月17日 申請日期2007年12月5日 優(yōu)先權日2007年12月5日
發(fā)明者君 殷, 偉 王, 吉 薛 申請人:上海電器科學研究所(集團)有限公司