專利名稱：一種無線Zigbee和工業(yè)以太網(wǎng)總線協(xié)議轉(zhuǎn)換適配模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及無線Zigbee網(wǎng)絡(luò)與有線以太網(wǎng)傳輸技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種無線Zigbee和工業(yè)以太網(wǎng)總線協(xié)議轉(zhuǎn)換適配模塊，該模塊具有Zigbee協(xié)議和工業(yè)以太網(wǎng) TCP/IP、UDP/IP協(xié)議的解析和轉(zhuǎn)換功能，能夠?qū)崿F(xiàn)無線Zigbee設(shè)備與有線工業(yè)以太網(wǎng)、無線Zigbee網(wǎng)絡(luò)與有線以太網(wǎng)設(shè)備共存，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和傳輸。
背景技術(shù)：
Zigbee是近年來的一種新型技術(shù)，集計算機(jī)技術(shù)、無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和傳感器技術(shù)于一體的新技術(shù)，其核心芯片CC2530是一款具有自組網(wǎng)、成本低、可擴(kuò)展性好、嵌入式強(qiáng)、抗干擾、可靠性高、功耗低等特點。目前利用Zigbee (CC2530)的優(yōu)越性和廉價特點實現(xiàn)了很多自組織網(wǎng)絡(luò)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中被感知對象的信組成工業(yè)無線傳感網(wǎng)絡(luò)。同時當(dāng)前隨著IT技術(shù)的發(fā)展，以太網(wǎng)技術(shù)具有價格低廉、穩(wěn)定可靠、通信速率高、 軟硬件產(chǎn)品豐富、應(yīng)用廣泛以及支持技術(shù)成熟等優(yōu)點，已成為最受歡迎的通信網(wǎng)絡(luò)之一。近些年來，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，以太網(wǎng)進(jìn)入了控制領(lǐng)域，形成了新型的以太網(wǎng)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。為了提高整個工業(yè)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)性能，將無線網(wǎng)絡(luò)與有線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行融合是工業(yè)自動化控制領(lǐng)域的一個發(fā)展趨勢。
發(fā)明內(nèi)容鑒于上述分析，本實用新型設(shè)計一種具有Zigbee協(xié)議、以太網(wǎng)TCP/IP、UDP/IP協(xié)議轉(zhuǎn)換功能、且體積小巧易于安裝的新型模塊，使目前工業(yè)以太網(wǎng)控制系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠芰凸ぷ餍噬隙加休^大提升。本實用新型是通過這樣的技術(shù)方案實現(xiàn)的一種無線Zigbee和工業(yè)以太網(wǎng)總線協(xié)議轉(zhuǎn)換適配模塊，其特征在于，所述適配模塊硬件由ARM控制器芯片AT91SAM7x256、集成有PHY層的網(wǎng)絡(luò)芯片DM9161BIEP、網(wǎng)絡(luò)變壓器HR911105A、Zigbee無線協(xié)議芯片CC2530和標(biāo)準(zhǔn)JTAG電路構(gòu)成；所述適配模塊的工作電壓是3. 3V ；ARM控制器芯片AT91SAM7x256外接8. 432MHz晶體、LED指示燈和標(biāo)準(zhǔn)JTAG電路；ARM控制器芯片AT91SAM7x256與網(wǎng)絡(luò)芯片DM9161BIEP通過MII接口實現(xiàn)通信連接；網(wǎng)絡(luò)芯片 DM9161BIEP 外接 25MHz 晶振；網(wǎng)絡(luò)芯片 DM9161BIEP 通過 TX+、TX_、RX+、 RX-與RJ45網(wǎng)絡(luò)接口連接網(wǎng)絡(luò)變壓器HR911105A ；ARM控制器芯片AT91SAM7x256與Zigbee無線協(xié)議芯片CC2530通過USART進(jìn)行通信連接。ARM控制器芯片AT91SAM7X256預(yù)制軟件系統(tǒng)移植有嵌入式操作系統(tǒng)uC/OS-II 和嵌入式網(wǎng)絡(luò)TCP/IP協(xié)議，并在此基礎(chǔ)上添加應(yīng)用層代碼，實現(xiàn)與Zigbee無線協(xié)議芯片 CC2530的通信功能。[0011]將無線Zigbee技術(shù)與工業(yè)以太網(wǎng)有線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)融合，實現(xiàn)無線Zigbee設(shè)備與有線工業(yè)以太網(wǎng)、無線Zigbee網(wǎng)絡(luò)與有線以太網(wǎng)設(shè)備共存，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和傳輸本實用新型的有益效果是在工業(yè)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中，無線Zigbee通信設(shè)備通過該協(xié)議轉(zhuǎn)換適配模塊與有線工業(yè)自動化網(wǎng)絡(luò)連接實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信和信號采集，工業(yè)以太網(wǎng)有線設(shè)備通過該協(xié)議轉(zhuǎn)換適配模塊與無線網(wǎng)絡(luò)連接實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信和信號采集。

圖1是本實用新型的電路結(jié)構(gòu)框圖；圖2是ARM控制器芯片及其外圍電路；圖3是網(wǎng)絡(luò)芯片DM9161BIEP及其外圍電路；圖4是無線協(xié)議芯片CC2530及其外圍電路；圖5是本實用新型的軟件流程圖。
具體實施方式
為了更清楚的理解本實用新型，結(jié)合附圖和實施例詳細(xì)描述本實用新型如圖1至5所示，該模塊的核心電路部分主要由ATMEL公司一款以太網(wǎng)專用ARM 控制器芯片AT91SAM7x256、網(wǎng)絡(luò)芯片DM9161BIEP、RJ45采用HR911105A，Zigbee無線協(xié)議芯片CC2530，標(biāo)準(zhǔn)JTAG電路及外圍電路構(gòu)成。硬件由以下幾部分組成1) CPU 及其外圍器件AT91SAM7x256、PLL (18. 432MHz 晶體等)、LED 指示燈、Jtag 電路；2)以太網(wǎng)控制器部分網(wǎng)絡(luò)芯片DM9161BIEP、RJ45插座(內(nèi)置隔離變壓器)、25MHz 晶體；3) Zigbee 通信部分ZIGBEE 無線協(xié)議芯片 CC2530、32MHz 晶體、32. 768KHz 晶體；AT91SAM7x256軟件資源豐富，支持uCOS-II實時操作系統(tǒng)，TCP/IP協(xié)議棧，IP/ ICMP/TCP/UDP/DHCP等協(xié)議，動態(tài)獲取IP，支持標(biāo)準(zhǔn)socket編程；最高工作頻率為55MHz， 工作溫度為_40°C +85°C。提供豐富的外圍接口，主要有64KB SRAM，256K高速Flash、1 路 10/100Mbps 以太網(wǎng)接口、1 路 CAN接口、3 路 UART、RS-232/RS-485、l 路 USB Device、4 路模擬輸入、4路模擬輸出、EEPROM存儲器。且穩(wěn)定可靠，已有多處應(yīng)用實例網(wǎng)絡(luò)芯片DM9161BIEP是一款低功率、收發(fā)在100兆-TX和10BASE - T的以太網(wǎng)物理層協(xié)議芯片。網(wǎng)絡(luò)芯片DM9161BIEP穿過媒體獨立接口(MII)或精簡的媒體獨立接口 (RMII)的連接CPU單元，這里采用網(wǎng)絡(luò)芯片DM9161BIEP的RMII接口與AT91SAM7x256的 MAC層控制器相連確保芯片之間的快速通信與高互操作性。TI 公司的新型 CC2530 是一款真正針對 IEEE802. 15. 4、ZigBee、ZigBee RF4CE 和智能能源應(yīng)用的片上系統(tǒng)解決方案。由于具有高達(dá)256KB的大容量閃存，CC2530非常適合ZigBee PRO應(yīng)用。并且更大容量的內(nèi)存將允許片上空中下載以支持系統(tǒng)內(nèi)重新編程。此外，CC2530還結(jié)合了 1個完全集成的高性能射頻收發(fā)器，帶有8051MCU、8KB RAM、 32/64/128/256KB閃存以及其它強(qiáng)勁的支持功能與外設(shè)。ARM控制器芯片AT91SAM7x256預(yù)制軟件系統(tǒng)移植有嵌入式操作系統(tǒng)uC/OS-II和嵌入式網(wǎng)絡(luò)TCP/IP協(xié)議，并在此基礎(chǔ)上添加應(yīng)用層代碼，實現(xiàn)了與Zigbee無線協(xié)議芯片 CC2530的通信功能。如圖1所示，主電路模塊的工作電壓是3. 3V，CPU的晶振采用的頻率為18. 432MHz ； ARM控制器芯片AT91SAM7x256與網(wǎng)絡(luò)芯片DM9161BIEP通過MII接口實現(xiàn)通信；網(wǎng)絡(luò)芯片 DM9161BIEP 其外接晶振為 25MHz，然后通過 TX+、TX-、RX+、RX-與 RJ45 網(wǎng)絡(luò)接口 HR911105A 連接；主電路模塊通過以太網(wǎng)接口 RJ45直接連接工業(yè)以太網(wǎng)控制器的上層網(wǎng)絡(luò)中， AT91SAM7x256 與 CC2530 通過 USART 進(jìn)行通信。圖2所示是Zigbee和工業(yè)以太網(wǎng)總線協(xié)議轉(zhuǎn)換適配模塊的PU部分，采用愛特梅爾公司的AT91SAM7x256屬于ARM7系列芯片，是一款低功耗的芯片，能通過可編程的方式設(shè)置工作電壓和工作頻率、外設(shè)時鐘活動，并采用DMA來替代CPU完成數(shù)據(jù)傳輸，從而優(yōu)化功耗。主電路模塊的工作電壓是3. 3V，ARM控制器芯片VDDIO端輸入電壓為3. 3V; CPU的晶振采用的頻率為18. 432MHz ；標(biāo)準(zhǔn)JTAG電路通過連接ARM控制器芯片AT91SAM7x256實現(xiàn)仿真調(diào)試和程序下載；ARM控制器芯片CPU與網(wǎng)絡(luò)芯片DM9161BIEP通過MII接口實現(xiàn)通信；如圖3所示為Zigbee和工業(yè)以太網(wǎng)總線協(xié)議轉(zhuǎn)換適配模塊的網(wǎng)絡(luò)部分，其中網(wǎng)絡(luò)芯片DM9161BIEP為集成PHY層的網(wǎng)絡(luò)芯片，其外接晶振為25MHz，其通過MII接口與 AT91SAM7x256連接。HR911105A為網(wǎng)絡(luò)變壓器，并內(nèi)置網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器，這樣便大大節(jié)省了電路板的空間，對于控制電路板體積有很大幫助。最終HR911105A直接連接工業(yè)以太網(wǎng)控制器的上層網(wǎng)絡(luò)中，實現(xiàn)系統(tǒng)的構(gòu)成。如圖4示為Zigbee和工業(yè)以太網(wǎng)總線協(xié)議轉(zhuǎn)換適配模塊的無線協(xié)議芯片CC2530 及其外圍電路，其中CC2530與AT91SAM7x256之間采用USART通信，通信管腳為T)(D和RXD。 CC2530本身有兩個時鐘晶體非別為32MHz和32. 768KHz。如圖5示為以太網(wǎng)數(shù)據(jù)報文管理過濾器的軟件流程，整個軟件系統(tǒng)移植有嵌入式操作系統(tǒng)UC/OS-II和嵌入式網(wǎng)絡(luò)TCP/IP協(xié)議，并在此基礎(chǔ)上編寫應(yīng)用層代碼，實現(xiàn)了有線工業(yè)自動化網(wǎng)絡(luò)與無線Zigbee網(wǎng)絡(luò)之間數(shù)據(jù)采集和交換。在該模塊上電后，程序首先進(jìn)行整個硬件系統(tǒng)的初始化，使能ARM控制器芯片、 CC2530和網(wǎng)絡(luò)芯片，設(shè)置時鐘和外圍控制器，然后初始化嵌入式操作系統(tǒng)uC/OS-II和嵌入式TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，并檢測網(wǎng)絡(luò)(有線和無線)連接是否正常并可以實用、然后設(shè)置Zigbee 設(shè)備和有線網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)參數(shù)。完成以上工作后操作系統(tǒng)創(chuàng)建任務(wù)用于處理網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)報文。根據(jù)上述說明，結(jié)合本領(lǐng)域技術(shù)可實現(xiàn)本實用新型的方案。
權(quán)利要求1. 一種無線Zigbee和工業(yè)以太網(wǎng)總線協(xié)議轉(zhuǎn)換適配模塊，其特征在于，所述適配模塊硬件由ARM控制器芯片AT91SAM7x256、集成有PHY層的網(wǎng)絡(luò)芯片DM9161BIEP、網(wǎng)絡(luò)變壓器 HR911105A、Zigbee無線協(xié)議芯片CC2530和標(biāo)準(zhǔn)JTAG電路構(gòu)成；所述適配模塊的工作電壓是3. 3V ；ARM控制器芯片AT91SAM7x256外接8. 432MHz晶體、LED指示燈和標(biāo)準(zhǔn)JTAG電路； ARM控制器芯片AT91SAM7x256與網(wǎng)絡(luò)芯片DM9161BIEP通過MII接口實現(xiàn)通信連接；網(wǎng)絡(luò)芯片 DM9161BIEP 外接 25MHz 晶振；網(wǎng)絡(luò)芯片 DM9161BIEP 通過 TX+、TX-、RX+、RX-與 RJ45 網(wǎng)絡(luò)接口連接網(wǎng)絡(luò)變壓器HR911105A ；ARM控制器芯片AT91SAM7x256與Zigbee無線協(xié)議芯片CC2530通過USART進(jìn)行通信連接。
專利摘要本實用新型涉及一種無線Zigbee和工業(yè)以太網(wǎng)總線協(xié)議轉(zhuǎn)換適配模塊，所述適配模塊硬件由ARM控制器芯片AT91SAM7x256、集成有PHY層的網(wǎng)絡(luò)芯片DM9161BIEP、網(wǎng)絡(luò)變壓器HR911105A、Zigbee無線協(xié)議芯片CC2530和標(biāo)準(zhǔn)JTAG電路構(gòu)成；ARM控制器芯片AT91SAM7x256與網(wǎng)絡(luò)芯片DM9161BIEP通過MII接口實現(xiàn)通信；與Zigbee無線協(xié)議芯片CC2530通過USART進(jìn)行通信；無線Zigbee通信設(shè)備通過該協(xié)議轉(zhuǎn)換適配模塊與有線工業(yè)自動化網(wǎng)絡(luò)連接實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信和信號采集，工業(yè)以太網(wǎng)有線設(shè)備通過該協(xié)議轉(zhuǎn)換適配模塊與無線網(wǎng)絡(luò)連接實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信和信號采集。
文檔編號H04L29/06GK202178781SQ201120262608
公開日2012年3月28日 申請日期2011年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月22日
發(fā)明者冀青, 李東輝, 楊彬, 邴哲松 申請人:中環(huán)天儀股份有限公司