專利名稱：一種用于工業(yè)控制的LonWorks網(wǎng)關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于工業(yè)控制的LonWorks網(wǎng)關(guān)，尤其涉及一種將列車等的 速度、位置和海拔等信息傳送到LonWorks總線上的LonWorks網(wǎng)關(guān)。
背景技術(shù)：
近年來，隨著工業(yè)控制技術(shù)的快速發(fā)展，現(xiàn)場(chǎng)總線由于其可靠性高、成本低、故障 率低等優(yōu)點(diǎn)得到越來越廣泛的應(yīng)用。LonWorks是美國(guó)埃施朗(Echelon)公司開發(fā)的一種 完整的、開放的、可互操作的分布式控制網(wǎng)絡(luò)的總稱，技術(shù)已十分成熟。由于LonWorks控制 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)具有高可靠性、開放性和低成本的特點(diǎn)，1999年在IEEE1473-1標(biāo)準(zhǔn)中，LonWorks 現(xiàn)場(chǎng)總線被用于列車通信網(wǎng)絡(luò)，2002年在鐵標(biāo)TB/T3035-2002列車通信網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)中， Lonfforks可用于節(jié)點(diǎn)數(shù)較少、傳輸數(shù)據(jù)量不大、傳送時(shí)限不太短的固定編組的列車中。隨著對(duì)列車控制技術(shù)的要求越來越高，需要實(shí)時(shí)的列車速度、位置和海拔等信息， 目前列車速度的信息是通過在列車上安裝速度傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量獲得的，而海拔和位置 等信息列車上還沒有相應(yīng)的測(cè)量裝置，也沒有參與到控制中。GPS全球定位系統(tǒng)的基本原理是測(cè)量出已知位置的衛(wèi)星到用戶接收機(jī)之間的距 離，然后綜合多顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)就可知道接收機(jī)的具體位置。全球定位系統(tǒng)的主要特點(diǎn)一是 全天候；二是全球覆蓋；三是三維定速定時(shí)高精度；四是快速省時(shí)高效率；五是應(yīng)用廣泛。如果應(yīng)用GPS技術(shù)，則可以直接將列車的速度、位置和海拔等信息通過LonWorks 總線發(fā)給主控單元MPU，并參與到控制中。但是，GPS網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)不能直接與LonWorks總線 互聯(lián)，需要一個(gè)由GPS網(wǎng)絡(luò)到LonWorks總線的一個(gè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換裝置，即GPS-LonWorks網(wǎng)關(guān)， 從而將GPS網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳送到LonWorks總線上。
發(fā)明內(nèi)容為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本實(shí)用新型要設(shè)計(jì)一種將GPS定位技術(shù)獲得的 速度、位置、海拔等信息發(fā)送到LonWorks總線上的用于工業(yè)控制的LonWorks網(wǎng)關(guān)。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下一種用于工業(yè)控制的LonWorks 網(wǎng)關(guān)，包括LonWorks總線隔離變壓器、Lonfforks總線收發(fā)器、Lonfforks總線協(xié)議控制器 和中央處理單元，所述的LonWorks總線收發(fā)器與中央處理單元通過內(nèi)部總線連接，所述的 Lonfforks總線收發(fā)器是LonWorks總線協(xié)議控制器與LonWorks總線隔離變壓器的電氣接 口，所述的中央處理單元與GPS接收模塊通過串行口連接，所述的GPS接收模塊通過天線與 GPS網(wǎng)絡(luò)連接。本實(shí)用新型所述的中央處理單元核心部件采用芯片C8051F040。本實(shí)用新型所述的中央處理單元芯片C8051F040是完全集成的混合信號(hào)片上系 統(tǒng)型MCU，具有64個(gè)數(shù)字I/O引腳，片內(nèi)采用Silicon Lab的專利CIP-51微控制器內(nèi)核。本實(shí)用新型所述的GPS接收模塊采用SkyNav GMlO芯片。本實(shí)用新型所述的LonWorks總線收發(fā)器采用FTT-IO芯片。
3[0012]本實(shí)用新型所述的LonWorks總線協(xié)議控制器采用Neuron 3150芯片，其內(nèi)部有3 個(gè) 8 位的微處理器=MAC processor、NETWORK processor 和 APPLICATION processor。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下有益效果1、由于本實(shí)用新型將通過GPS接收模塊獲得的列車速度、位置、海拔等信息傳送 到中央處理單元進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理后，再經(jīng)過LonWorks總線協(xié)議控制器、LonWorks總線收 發(fā)器和LonWorks總線隔離變壓器將速度、位置和海拔信息傳送到LonWorks總線上，列車 的主控單元MPU從LonWorks總線上獲取信息，可以實(shí)時(shí)地測(cè)得列車的位置、速度、海拔等信 息，可以對(duì)列車的運(yùn)行軌跡進(jìn)行有效跟蹤，也可以對(duì)列車進(jìn)行控制，避免列車追尾、相撞等 事故的發(fā)生。2、由于本實(shí)用新型填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)這一領(lǐng)域的空白，為工業(yè)控制的LonWorks總線和 GPS網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合提供了解決方案，具有設(shè)計(jì)新穎、高可靠性、高靈活性和成本低廉的特點(diǎn)，在 城市輕軌、地鐵、汽車、農(nóng)林機(jī)械等工業(yè)領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。

本實(shí)用新型僅有附圖1張，其中圖1為用于工業(yè)控制的LonWorks網(wǎng)關(guān)的結(jié)構(gòu)框圖。圖中1、中央處理單元，2、GPS接收模塊，3、LonWorks總線收發(fā)器，4、LonWorks總 線隔離變壓器，5、LonWorkS總線協(xié)議控制器。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步地描述。如圖1所示，一種用于工業(yè)控制 的LonWorks網(wǎng)關(guān)，包括LonWorks總線隔離變壓器4、Lonfforks總線收發(fā)器3、Lonfforks總 線協(xié)議控制器5和中央處理單元1，所述的LonWorks總線收發(fā)器3與中央處理單元1通過 內(nèi)部總線連接，所述的LonWorks總線收發(fā)器3是LonWorks總線協(xié)議控制器5與LonWorks 總線隔離變壓器4的電氣接口，所述的中央處理單元1與GPS接收模塊2通過串行口連接， 所述的GPS接收模塊2通過天線與GPS網(wǎng)絡(luò)連接。所述的中央處理單元1核心部件采用芯 片C8051F040。所述的中央處理單元1芯片C8051F040是完全集成的混合信號(hào)片上系統(tǒng)型 MCU，具有64個(gè)數(shù)字I/O引腳，片內(nèi)采用Silicon Lab的專利CIP-51微控制器內(nèi)核。所述 的GPS接收模塊2采用SkyNav GMlO芯片。所述的LonWorks總線收發(fā)器3采用FTT-IO芯 片。所述的LonWorks總線協(xié)議控制器5采用Neuron 3150芯片，其內(nèi)部有3個(gè)8位的微處 理器:MAC processor、NETWORK processor 禾口 APPLICATION processor。下面對(duì)本實(shí)用新型的工作原理進(jìn)行說明本實(shí)用新型所述的中央處理單元1芯片上的每個(gè)MCU都可在-45 +85°C的工業(yè) 溫度范圍內(nèi)工作，工作電壓為2. 7 3. 6V。由于能耗記錄儀的應(yīng)用需要，要求設(shè)備具有存儲(chǔ) 數(shù)據(jù)的功能，當(dāng)系統(tǒng)暫時(shí)掉電時(shí)，F(xiàn)LASH存儲(chǔ)器除了用于存儲(chǔ)程序代碼之外還可以用于非易 失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，這就有效地保證了應(yīng)用的安全可靠；中央處理單元1芯片不僅完成GPS過程 數(shù)據(jù)功能、消息數(shù)據(jù)功能和總線管理功能，也完成LonWorks鏈路層和應(yīng)用層功能。本實(shí)用新型選用的SkyNav GMlO芯片是一款高靈敏度、低成本的GPS接收模塊2， 可同時(shí)接收12顆衛(wèi)星訊息，支持NMEA 0183輸出協(xié)議。GMlO芯片內(nèi)置超低噪聲放大器，支持被動(dòng)天線。其超高的靈敏度在狹窄的天空下，如城市街道中，無論是靜態(tài)定位還是動(dòng)態(tài)導(dǎo) 航都能提供優(yōu)異的性能，并在弱衛(wèi)星訊號(hào)下仍能快速準(zhǔn)確定位。采用間斷睡眠的工作模式 可以大大降低GMlO芯片的功耗，這非常適于手持和電池驅(qū)動(dòng)的設(shè)備。本實(shí)用新型LonWorks總線協(xié)議控制器5選用的Neuron 3150芯片，其內(nèi)部有3個(gè) 8 位的微處理器:MACprocessor,NETWORK processor 和 APPLICATIONprocessor。其中前兩 個(gè)處理器管理通信，后一個(gè)留給用戶開發(fā)應(yīng)用程序。NeUron3150芯片有一個(gè)非常有用的通 信口，它由CP0、CP1、CP2、CP3、CP4等5個(gè)管腳組成。這五個(gè)管腳可以配置為與各種通信介 質(zhì)接口或網(wǎng)絡(luò)收發(fā)器。NeUron3150芯片可以擴(kuò)展64k外部存儲(chǔ)空間，處理器可以對(duì)其中58k 尋址，其余6k地址空間映射到內(nèi)部存儲(chǔ)器。本實(shí)用新型LonWorks總線收發(fā)器3選用的FTT-IO芯片作為L(zhǎng)onWorks協(xié)議控制 器5和LonWorks總線隔離變壓器4的電氣接口，它將LonWorks協(xié)議控制器5送來的數(shù)字 信號(hào)轉(zhuǎn)換后送至光電隔離器件，或者將光電隔離器件送來的網(wǎng)絡(luò)信號(hào)解碼成數(shù)字信號(hào)，送 入LonWorks協(xié)議控制器5。本實(shí)用新型工作時(shí)，所述的GPS接收模塊2將接收到的速度、位置和海拔等信息傳 送到中央處理單元進(jìn)數(shù)據(jù)處理后，再經(jīng)過LonWorks總線協(xié)議控制器5、Lonfforks總線收發(fā) 器3和LonWorks總線隔離變壓器4將速度、位置和海拔信息傳送到LonWorks總線上。所 述的LonWorks總線協(xié)議控制器5根據(jù)LonWorks總線通訊協(xié)議規(guī)定，接收LonWorks數(shù)據(jù) 幀，經(jīng)過解碼處理后存入存儲(chǔ)器中；讀取中央處理單元1寫入存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)，經(jīng)過編碼生 成LonWorks過程數(shù)據(jù)幀發(fā)送到LonWorks總線。所述的中央處理單元1 一方面要讀取GPS 接收模塊2接收到的數(shù)據(jù)，還要通過標(biāo)準(zhǔn)的總線讀寫來控制LonWorks總線協(xié)議控制器5發(fā) 送或者接收LonWorks總線的數(shù)據(jù)。所述的LonWorks總線隔離變壓器4是LonWorks總線 的接口電路，用于LonWorks總線收發(fā)器3與LonWorks總線的隔離，保護(hù)LonWorks總線收 發(fā)器3以及周邊電路，并起到抵抗來自LonWorks總線的電磁干擾的作用。以上所述，僅為本實(shí)用新型較佳的一種具體實(shí)施方式
。
權(quán)利要求一種用于工業(yè)控制的LonWorks網(wǎng)關(guān)，包括LonWorks總線隔離變壓器(4)、LonWorks總線收發(fā)器(3)、LonWorks總線協(xié)議控制器(5)和中央處理單元(1)，所述的LonWorks總線收發(fā)器(3)與中央處理單元(1)通過內(nèi)部總線連接，所述的LonWorks總線收發(fā)器(3)是LonWorks總線協(xié)議控制器(5)與LonWorks總線隔離變壓器(4)的電氣接口，其特征在于所述的中央處理單元(1)與GPS接收模塊(2)通過串行口連接，所述的GPS接收模塊(2)通過天線與GPS網(wǎng)絡(luò)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于工業(yè)控制的LonWorks網(wǎng)關(guān)，其特征在于所述的中 央處理單元(1)核心部件采用芯片C8051F040。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于工業(yè)控制的LonWorks網(wǎng)關(guān)，其特征在于所述的中 央處理單元(1)芯片C8051F040是完全集成的混合信號(hào)片上系統(tǒng)型MCU，具有64個(gè)數(shù)字I/ O引腳，片內(nèi)采用Silicon Lab的專利CIP-51微控制器內(nèi)核。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于工業(yè)控制的LonWorks網(wǎng)關(guān)，其特征在于所述的 GPS接收模塊(2)采用SkyNav GMlO芯片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于工業(yè)控制的LonWorks網(wǎng)關(guān)，其特征在于所述的 Lonfforks總線收發(fā)器(3)采用FTT-IO芯片。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于工業(yè)控制的LonWorks網(wǎng)關(guān)，其特征在于所述的 Lonfforks總線協(xié)議控制器(5)采用Neuron 3150芯片，其內(nèi)部有3個(gè)8位的微處理器MAC processor、NETWORK processor 禾口 APPLICATIONprocessor。專利摘要本實(shí)用新型公開了一種用于工業(yè)控制的LonWorks網(wǎng)關(guān)，包括LonWorks總線隔離變壓器、LonWorks總線收發(fā)器、LonWorks總線協(xié)議控制器、中央處理單元和GPS接收模塊，所述的LonWorks總線協(xié)議控制器與中央處理單元通過內(nèi)部總線連接，所述的中央處理單元與GPS接收模塊通過串行口連接，所述的GPS接收模塊通過天線與GPS網(wǎng)絡(luò)連接。由于本實(shí)用新型將通過GPS接收模塊獲得的速度、位置、海拔等信息經(jīng)轉(zhuǎn)換處理后送到LonWorks總線上，具有高可靠性、高靈活性和成本低廉的特點(diǎn)，在列車、輕軌、地鐵、汽車、農(nóng)林機(jī)械等采用LonWorks作為系統(tǒng)總線的工業(yè)領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)H04L12/66GK201754242SQ201020246550
公開日2011年3月2日 申請(qǐng)日期2010年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月2日
發(fā)明者王曉鵬, 金曉宇, 閆寧 申請(qǐng)人:中國(guó)北車股份有限公司大連電力牽引研發(fā)中心