專利名稱：EtherCAT工業(yè)以太網(wǎng)與無線Zigbee間的網(wǎng)關(guān)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域的裝置及其方法，尤其是一種KherCat工業(yè)以太網(wǎng)與無線Zigbee間的網(wǎng)關(guān)裝置，屬于通信技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
實時工業(yè)以太網(wǎng)EtherCAT技術(shù)是一種近年發(fā)展起來的通用超高速以太網(wǎng)現(xiàn)場總線技術(shù)，用于替代PROFIBUS、CANopen, MODBUS工業(yè)總線技術(shù)。所謂工業(yè)現(xiàn)場總線就是使數(shù)據(jù)采集裝置也即現(xiàn)場儀表和控制單元通過總線互聯(lián)起來，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、分析與自動控制。EtherCAT協(xié)議是根據(jù)IEEE802. 3標準的擴展的以太網(wǎng)系統(tǒng)，使得數(shù)據(jù)傳輸中具有可預(yù)測性定時及高精度同步等特點。傳統(tǒng)以太網(wǎng)的介質(zhì)訪問控制方式即帶有沖突檢測的載波偵聽多路訪問機制是一種非確定性的介質(zhì)訪問控制方式，不能滿足工業(yè)現(xiàn)場的實時性要求，因此KherCAT可以替換原有的以太網(wǎng)星型拓撲結(jié)構(gòu)，可以非常容易地建立線型拓撲，作為主站，標準以太網(wǎng)控制器就可以滿足，不需要特定的硬件設(shè)備。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的感知層技術(shù)，在其發(fā)展中起著至關(guān)重要的作用，因Zigbee技術(shù)特有的低功耗、低復(fù)雜度和低成本的優(yōu)勢，其無疑成為無線傳感網(wǎng)絡(luò)通信的首先技術(shù)，成功地應(yīng)用到工業(yè)自動控制、智能電網(wǎng)等多個領(lǐng)域之中。Zigbee網(wǎng)絡(luò)由三種網(wǎng)絡(luò)節(jié)點組成網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器、路由節(jié)點、終端節(jié)點。網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器包含所有的網(wǎng)絡(luò)消息，存儲容量大、計算能力最強，發(fā)送網(wǎng)絡(luò)信標、建立一個網(wǎng)絡(luò)、管理網(wǎng)絡(luò)節(jié)點、存儲網(wǎng)絡(luò)節(jié)點信息、尋找一對節(jié)點間的路由消息、不間斷地接收消息；路由節(jié)點是網(wǎng)絡(luò)中的中繼，連接網(wǎng)絡(luò)各個節(jié)點，延伸和擴展網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍和網(wǎng)絡(luò)規(guī)模。終端節(jié)點是只能直接發(fā)消息給網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器和路由節(jié)點，所有采集的數(shù)據(jù)信息都經(jīng)過該節(jié)點而進入Zigbee 通信網(wǎng)絡(luò)。將基于Zigbee技術(shù)的無線傳感網(wǎng)絡(luò)與EtherCAT工業(yè)以太網(wǎng)結(jié)合使用，共同形成各控制領(lǐng)域中儀器儀表或電氣設(shè)備和分布式控制單元的骨干總線網(wǎng)絡(luò)，隨著實時EtherCAT 工業(yè)現(xiàn)場總線技術(shù)與Zigbee技術(shù)的普及，兩者協(xié)議轉(zhuǎn)換的網(wǎng)關(guān)裝置勢在必行。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)在KherCAT有線總線網(wǎng)絡(luò)和Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)兼容上的缺失，提供實時工業(yè)以太網(wǎng)EtherCAT與無線傳感網(wǎng)絡(luò)Zigbee技術(shù)協(xié)議的規(guī)約轉(zhuǎn)換裝置。通過增加該網(wǎng)關(guān)設(shè)備，實現(xiàn)KherCAT有線網(wǎng)絡(luò)和Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)之間的互聯(lián)互通，其中主站處于分布式控制單元上，從站位于網(wǎng)關(guān)裝置端。本實用新型采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)一種EtherCAT工業(yè)以太網(wǎng)與無線Zigbee間的網(wǎng)關(guān)裝置，包括=Zigbee無線模塊、 EtherCAT模塊以及中心處理模塊，其中Zigbee無線模塊主要負責(zé)接收各種傳感收據(jù)和發(fā)送各種自動控制命令給儀器儀表，中心處理模塊主要負責(zé)EtherCAT驅(qū)動、與Zigbee無線模塊和EtherCAT模塊的數(shù)據(jù)與控制交互處理、應(yīng)用程序的實現(xiàn)，EtherCAT模塊實現(xiàn)從站功能并實現(xiàn)與分布式控制單元中主站數(shù)據(jù)與控制的交互處理。前述的EtherCAT工業(yè)以太網(wǎng)與無線Zigbee間的網(wǎng)關(guān)裝置，其特征在于所述 Zigbee無線模塊包括Zigbee無線芯片和射頻天線，在Zigbee無線芯片上實現(xiàn)Zigbee無線技術(shù)標準協(xié)議棧、無線協(xié)議數(shù)據(jù)幀的處理與封裝。前述的EtherCAT工業(yè)以太網(wǎng)與無線Zigbee間的網(wǎng)關(guān)裝置，其特征在于所述 Zigbee無線模塊還包括射頻功率放大電路，所述射頻功率放大電路與Zigbee無線芯片相連。射頻功率放大電路為可裁減部分，根據(jù)實際應(yīng)用的距離要求，確實是否裁減，該功率放大電路主要對信號進行線性放大，提高信號發(fā)送到空口的信號強度；射頻天線增加信號增益，實現(xiàn)信號的全方位或定向發(fā)送。所述的EtherCAT模塊，包括EtherCAT技術(shù)芯片、以太網(wǎng)收發(fā)器芯片、網(wǎng)絡(luò)變壓器以及網(wǎng)口，其中=EtherCAT技術(shù)芯片實現(xiàn)從站功能，遵循EtherCAT標準協(xié)議，并負責(zé)與主站進行通信；以太網(wǎng)收發(fā)器芯片負責(zé)實現(xiàn)物理層以太網(wǎng)報文的收發(fā)控制，同時提供對介質(zhì)訪問控制層的接口 ；網(wǎng)絡(luò)變壓器用于信號電平耦合，可以增強信號，提高傳輸距離，同時使芯片與外部隔離，增強抗干擾能力；網(wǎng)口可以通用的RJ45接口，也可以是通過光電轉(zhuǎn)換的光纖以太網(wǎng)接口。所述的中心處理模塊，包括中央處理單元、RAM內(nèi)存、只讀儲存器ROM、Flash以及外圍電路組成，該模塊上可以運行各種操作系統(tǒng)，如linux、vxworks等，在該模塊上實現(xiàn) EtherCAT模塊驅(qū)動，并同時負責(zé)Zigbee無線模塊和EtherCAT模塊的數(shù)據(jù)交互處理。本實用新型技術(shù)方案的顯著性進步和特點主要體現(xiàn)在通過EtherCAT工業(yè)以太網(wǎng)與無線Zigbee間的網(wǎng)關(guān)裝置，可方便實現(xiàn)實時有線高速以太網(wǎng)EtherCAT和Zigbee無線傳感技術(shù)的結(jié)合，在傳輸通道的部署和規(guī)劃上帶了極大的便利，也減少了大量電纜施工所帶來的困擾與代價。該網(wǎng)關(guān)裝置特別適合用于電廠分布式控制系統(tǒng)中分布式控制單元與儀器儀表或電氣設(shè)備的對接控制、工業(yè)自動化控制等。

圖1為本發(fā)明的EtherCAT工業(yè)以太網(wǎng)與Zigbee無線技術(shù)結(jié)合的總線網(wǎng)絡(luò)；圖2為本發(fā)明的網(wǎng)關(guān)裝置模塊結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實用新型的網(wǎng)關(guān)裝置電路原理示意圖。
具體實施方式
EtherCAT工業(yè)以太網(wǎng)與無線Zigbee間的網(wǎng)關(guān)裝置及其方法，涉及Zigbee無線模塊、EtherCAT模塊以及中心處理模塊，其中Zigbee無線模塊主要負責(zé)接收各種傳感收據(jù)和發(fā)送各種自動控制命令給儀器儀表，中心處理模塊主要負責(zé)EtherCAT驅(qū)動、與Zigbee無線模塊和EtherCAT模塊的數(shù)據(jù)與控制交互處理、應(yīng)用程序的實現(xiàn)，EtherCAT模塊實現(xiàn)從站功能并實現(xiàn)與分布式控制單元中主站數(shù)據(jù)與控制的交互處理。所述的Zigbee無線模塊，采用JermiC5148芯片來實現(xiàn)Zigbee協(xié)議棧，根據(jù)傳輸距離的需求可以加上或去掉功率放大電路，天線可采用2. 4GHz的吸盤天線，使得網(wǎng)關(guān)的封裝以及屏柜的擺放更加靈活。所述的中心處理模塊，采用ARM Cortex A8內(nèi)核CPU，選用飛思卡爾公司的iMX515芯片，并在該CPU上裁減Iinux操作系統(tǒng)，實現(xiàn)應(yīng)用程序以及各協(xié)議數(shù)據(jù)和控制命令的處理，只讀存儲器選用SUMSUNG公司NAND芯片以及AMD公司的NOR芯片，RAM采用SUMSUNG公司DDR SDRAM芯片。所述的EtherCAT模塊，采用ET1100芯片來實現(xiàn)EtherCAT從站功能，KS8721芯片來實現(xiàn)以太網(wǎng)物理層數(shù)據(jù)的收發(fā)，網(wǎng)絡(luò)變壓器選用H1102芯片來進行隔離與信號恢復(fù)處理等，網(wǎng)口選用RJ45連接頭。綜上所述，采用本實用新型后，將KherCAT工業(yè)以太網(wǎng)和無線Zigbee技術(shù)有機結(jié)合起來，給自動控制以及各種傳輸數(shù)據(jù)的傳輸通道靈活布置，數(shù)據(jù)的實時傳輸提供很強大的保障，通過KherCAT工業(yè)以太網(wǎng)和無線Zigbee間的網(wǎng)關(guān)裝置，傳輸通道的靈活部署大大減少有線電纜的施工量，也彌補了有線和無線技術(shù)的不足，特別適用于工業(yè)自動化控制、電廠自動化控制以及各種大量儀器儀表的在線監(jiān)視與控制系統(tǒng)。由此可見，本實用新型具有顯著性進步和優(yōu)化提高的特點，其應(yīng)用前景非常廣闊。以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例子而已，并非對本實用新型作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本實用新型的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與裝飾，均仍屬于本實用新型技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種EtherCAT工業(yè)以太網(wǎng)與無線Zigbee間的網(wǎng)關(guān)裝置，包括Zigbee無線模塊、 EtherCAT模塊以及中心處理模塊，其特征在于所述Zigbee無線模塊負責(zé)接收各種傳感收據(jù)和發(fā)送各種自動控制命令給儀器儀表，中心處理模塊負責(zé)EtherCAT驅(qū)動、與Zigbee無線模塊和EtherCAT模塊的數(shù)據(jù)與控制交互處理、應(yīng)用程序的實現(xiàn)，EtherCAT模塊實現(xiàn)從站功能并實現(xiàn)與分布式控制單元中主站數(shù)據(jù)與控制的交互處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的KherCAT工業(yè)以太網(wǎng)與無線Zigbee間的網(wǎng)關(guān)裝置，其特征在于所述Zigbee無線模塊包括Zigbee無線芯片和射頻天線，在Zigbee無線芯片上實現(xiàn) Zigbee無線技術(shù)標準協(xié)議棧、無線協(xié)議數(shù)據(jù)幀的處理與封裝。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的KherCAT工業(yè)以太網(wǎng)與無線Zigbee間的網(wǎng)關(guān)裝置，其特征在于所述Zigbee無線模塊還包括射頻功率放大電路，所述射頻功率放大電路與Zigbee無線芯片相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的KherCAT工業(yè)以太網(wǎng)與無線Zigbee間的網(wǎng)關(guān)裝置，其特征在于所述的KherCAT模塊包括KherCAT技術(shù)芯片、以太網(wǎng)收發(fā)器芯片、網(wǎng)絡(luò)變壓器以及網(wǎng)口，所述EtherCAT技術(shù)芯片實現(xiàn)從站功能，遵循EtherCAT標準協(xié)議，并負責(zé)與主站進行通信；以太網(wǎng)收發(fā)器芯片負責(zé)實現(xiàn)物理層以太網(wǎng)報文的收發(fā)控制，同時提供對介質(zhì)訪問控制層的接口；網(wǎng)絡(luò)變壓器用于信號電平耦合；網(wǎng)口為通用的RJ45接口或通過光電轉(zhuǎn)換的光纖以太網(wǎng)接口。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的KherCAT工業(yè)以太網(wǎng)與無線Zigbee間的網(wǎng)關(guān)裝置，其特征在于所述的中心處理模塊包括中央處理單元、RAM內(nèi)存、只讀儲存器ROM、Flash以及外圍電路，中心處理模塊上實現(xiàn)EtherCAT模塊驅(qū)動，并同時負責(zé)Zigbee無線模塊和EtherCAT 模塊的數(shù)據(jù)交互處理。
專利摘要本實用新型公開了一種EtherCAT工業(yè)以太網(wǎng)與無線Zigbee間的網(wǎng)關(guān)裝置，包括Zigbee無線模塊、EtherCAT模塊以及中心處理模塊，其特征在于所述Zigbee無線模塊負責(zé)接收各種傳感收據(jù)和發(fā)送各種自動控制命令給儀器儀表，中心處理模塊負責(zé)EtherCAT驅(qū)動、與Zigbee無線模塊和EtherCAT模塊的數(shù)據(jù)與控制交互處理、應(yīng)用程序的實現(xiàn)，EtherCAT模塊實現(xiàn)從站功能并實現(xiàn)與分布式控制單元中主站數(shù)據(jù)與控制的交互處理。本實用新型可實現(xiàn)實時有線高速以太網(wǎng)EtherCAT和Zigbee無線傳感技術(shù)的結(jié)合，在傳輸通道的部署和規(guī)劃上帶了極大的便利，也減少了大量電纜施工所帶來的困擾與代價。
文檔編號H04L12/66GK202268908SQ201120330548
公開日2012年6月6日 申請日期2011年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月5日
發(fā)明者劉亮, 張笑天, 張雷, 徐大可, 楊衛(wèi)民, 楊春瑜, 王文強, 鄔東曉 申請人:國電南京自動化股份有限公司