一种工业无线网关装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及本实用新型专利技术公开了一种工业无线网关装置，涉及工业通信技术领域。所述装置包括双CPU微处理器模块、Profibus‑DP总线通信模块、ZigBee通信模块和电源管理模块，所述双CPU微处理器模块由CPU1微处理器、CPU2微处理器和双口RAM存储器组成，所述Profibus‑DP总线通信模块由SPC3协议芯片、光耦隔离电路和RS485驱动器组成，所述ZigBee通信模块由CC2530芯片和相关外围电路组成。CPU1微处理器和CPU2微处理器并行工作，分别对Profibus‑DP总线通信模块和ZigBee通信模块的数据进行控制与处理，并通过双口RAM连接，实现两种网络的数据交换和协议转换。本实用新型专利技术采用双CPU的硬件结构，具有可靠性高、实时性强、软件编程简单，很好的实现了无线网络和有线工业网络技术的相互融合。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及工业通信
，尤其涉及一种工业无线网关装置。
技术介绍
随着工业自动化的飞速发展，现场总线技术在工业通信领域发挥着举足轻重的作用，特别是Profibus现场总线以其实时性好、稳定性高等优点在我国成为发展速度最快的现场总线之一。但当工业环境恶劣或现场终端设备过于分散时，布线困难成为现场总线技术中不可避免的问题。近年来，物联网技术快速发展，与此相关的无线传感器网络ZigBee技术也得到了飞速发展，ZigBee技术以其可靠性高、低成本、低功耗、布局灵活等众多优势，越来越受到工业通信领域的重视。如果将ZigBee无线终端节点代替传统的执行器或传感器，接入Profibus现场总线网络组成可移动的混合网络，便可以解决上述现场总线布线困难等问题。因此为了解决这种兼容性，研究Profibus现场总线与ZigBee之间协议转换的工业无线网关是非常有必要的。现有技术中，如专利为“PROFIBUS-DP工业现场总线与无线ZIGBEE之间的协议转换装置和方法”和论文“Profibus总线的无线网关设计”都介绍了Profibus-DP现场总线与ZigBee无线传感器网络之间的协议转换方法，但这些技术研究都采用单CPU的硬件结构，单个CPU不仅要完成对两种通信网络的控制，还要完成两种网络的数据交换及协议转换，使得CPU负担过重，软件嵌套复杂，这样必然影响网关协议转换的速率，不能满足现场总线的实时性要求。
技术实现思路
本技术的目的是为了克服现有技术的不足，提供了一种工业无线网关装置，该装置内置两个CPU微处理器，分别对Profibus-Dp现场总线网络和ZigBee无现场感器网络的数据进行控制与处理，并通过双口RAM连接，实现数据的共享和交换。本技术可靠性高、实时性强、软件编程简单，很好的实现了无线网络和有线工业网络技术的相互融合。本技术是通过以下技术方案实现：一种工业无线网关装置，包括双CPU微处理器模块、Profibus-DP总线通信模块、ZigBee通信模块和电源管理模块；所述双CPU微处理器模块由CPU1微处理器、CPU2微处理器和双口RAM存储器组成，所述Profibus-DP总线通信模块由SPC3协议芯片、光耦隔离电路和RS485驱动器组成，所述ZigBee通信模块由CC2530芯片和相关外围电路组成。进一步地，所述双CPU微处理器模块为中心，所述双CPU微处理器模块两端分别与Profibus-DP总线通信模块和ZigBee通信模块连接；所述CPU1微处理器通过数据/地址总线及读写控制总线与SPC3协议芯片连接；所述SPC3协议芯片通过光耦隔离电路与RS485驱动器连接，所述RS485驱动器与Profibus-DP现场总线网络连接，所述Profibus-DP总线通信模块作为Profibus网络的DP从站，可以与Profibus-DP主站进行通信；所述CPU2微处理器通过UART串口与CC2530芯片连接，所述ZigBee通信模块作为ZigBee无线传感器网络的协调器，负责组建ZigBee网络，可以与ZigBee路由器节点或终端节点进行无线通信，所述CPU1微处理器与CPU2微处理器通过各自的数据/地址总线及读写控制总线与双口RAM存储器的两端连接，实现两种网络的数据交换和协议转换；所述电源管理模块分别与双CPU处理器模块、Profibus-DP总线通信模块和ZigBee通信模块连接，为三个模块提供所需的工作电源。进一步地，CPU1微处理器与CPU2微处理器选用SOC单片机C8051F021，这种单片机与标准的8051结构相比，指令执行速度有很大的提高；标准的8051单片机执行一个单周期指令需要12个系统 时钟周期，而C8051F021执行一个单周期指令只需要一个系统时钟周期。该网关在Profibus-DP网络一侧作为DP从站，在ZigBee网络一侧作为协调器，其工作原理是CPU1微处理器和CPU2微处理器并行工作，分别对Profibus-DP总线通信模块和ZigBee通信模块的数据进行控制与处理，并通过双口RAM连接，实现两种网络的数据交换和协议转换。其中，双口RAM被划分为两个区域，包括数据发送缓冲区和数据接收缓冲区，数据发送缓冲区存放的是Profibus-DP网络向ZigBee网络发送的数据，数据接收缓冲区存放的是ZigBee网络向Profibus-DP网络发送的数据。CPU1微处理器只能对双口RAM的数据发送缓冲区进行写操作，对数据接收缓冲区进行读操作，而CPU2微处理器只能对双口RAM的数据发送缓冲区进行读操作，对数据接收缓冲区进行写操作，因此数据发送缓冲区和接收缓冲区都是单输入单输出的缓冲区，这样把双口RAM划分成为不同的数据区域可以避免双方存取数据时发生冲突；双口RAM一般通过硬件仲裁或中断仲裁方式来避免数据冒险问题，为了保证系统的实时性，本技术采用双口RAM的中断仲裁方式来通知对方CPU进行数据交换和协议转换。其方法包括步骤一：对CPU1微处理器、CPU2微处理器、Profibus总线通信模块和ZigBee通信模块初始化。步骤二：CPU2微处理器内建立地址映射表。步骤三：SPC3协议芯片等待Profibus-DP主站对其进行参数设置、组态设置，新地址设置等。步骤四：进入数据交换阶段，CPU1微处理器与CPU2处理器以中断仲裁的方式通过双口RAM实现数据交换和协议转换。本技术与现有技术相比，具有以下突出特点和显著进步：1、面对现场总线技术因工业现场环境恶劣而无法布线时，引入了ZigBee无线传感器技术，很好的实现了ZigBee无线网络和有线工业网络技术的相互结合。 2、本技术采用双CPU的硬件结构，使得两个CPU并行工作，互不干扰，既减轻了CPU的工作负担，也简化了软件编程的复杂程度，大大提高了系统的工作效率。3、通过双口RAM的中断冲裁方式实现两个CPU的高速通信，有效的解决了因Profibus-DP网络与ZigBee网络速率不匹配而产生数据丢失、通信中断等问题。附图说明图1是本专利技术一种工业无线网关装置的硬件结构图。图2是图1中Profibus-DP总线通信模块10的电路连接图。图3是图1中双CPU微处理器模块8和ZigBee通信接口模块7的电路连接图。图中：1、RS485驱动器，2、光耦隔离电路，3、SPC3协议芯片，4、CPU1微处理器，5、双口RAM存储器，6、CPU2，7、ZigBee通信模块，8、双CPU微处理器模块，9、电源管理模块，10、Profibus-DP总线通信模块。具体实施方式 为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。请参阅图1-3，图1是本专利技术一种工业无线网关装置的硬件结构图；图2是图1中Profibus-DP总线通信接口模块10的电路连接图；图3是图1中双CPU微处理器模块8和ZigBee通信接口模块7的电路连接图。一种工业无线网关装置，包括双CPU微处理器模块8、Profibus-DP总线通信模块10、ZigB本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种工业无线网关装置，其特征在于：包括双CPU微处理器模块、Profibus‑DP总线通信模块、ZigBee通信模块和电源管理模块；所述双CPU微处理器模块由CPU1微处理器、CPU2微处理器和双口RAM存储器组成，所述Profibus‑DP总线通信模块由SPC3协议芯片、光耦隔离电路和RS485驱动器组成，所述ZigBee通信模块由CC2530芯片和相关外围电路组成。

【技术特征摘要】
1.一种工业无线网关装置，其特征在于：包括双CPU微处理器模块、Profibus-DP总线通信模块、ZigBee通信模块和电源管理模块；所述双CPU微处理器模块由CPU1微处理器、CPU2微处理器和双口RAM存储器组成，所述Profibus-DP总线通信模块由SPC3协议芯片、光耦隔离电路和RS485驱动器组成，所述ZigBee通信模块由CC2530芯片和相关外围电路组成。2.根据权利要求1所述的一种工业无线网关装置，其特征在于：所述双CPU微处理器模块为中心，所述双CPU微处理器模块两端分别与Profibus-DP总线通信模块和ZigBee通信模块连接；所述CPU1微处理器通过数据/地址总线及读写控制总线与SPC3协议芯片连接，所述SPC3协议芯片通过光耦隔离电路与RS485驱动器连接，所述RS485驱动器与Profibus-DP现场总线网络连接，所述Profibus-DP总线通信模块作为Profibus网络的DP从站，可以与Profibus-DP主站进行通信；所述CPU2微处理器通过UART串口与CC2530芯片连接，所述ZigBee通信模块作为ZigBee无线传感器网络的协调器，负责组建ZigBee网络，可以与ZigBee路由器节点或终端节点进行无线通信；所述CPU1微处理器与CPU2微处理器通过各自的数据/地址总线及读写控制总线与双口RAM存储器的两端连接，实现两种网络的数据交换和协议转换；所述电源管理模块分别与双CPU处理器模块、Profibus-DP总线通信模块和ZigBee通信模块连接，为三个模块提供所需的工作电源。3.根据权利要求1所述的一种工业无线网关装置，其特征在于：所述的CPU1微处理器与CPU2微处理器为SOC单片机C8051F021。4.根据权利要求1所述的一种工业无线网关装置，其特征在于：所述的双口RAM存储器选用高速1K*8双口静态RAM的IDT7130芯片，所述SPC3协议芯片是西门子公司生产的Profibus-DP协议芯片，所述CC2530芯片是TI公司生产的支持ZigBee协议栈的片上系统芯片。5.根据权利要求1所述的一种工业无线网关装置，其特征在于：所述的Profibus-DP总线通信模块由SPC3协议芯片、光耦隔离电路和RS485驱动器组成；所述SPC3协议芯片的8位数据/低8位地址端DB[7…0]、高8位地址端AB[7…0]和中断信号端X/INT与CPU1微处理器相对应的8位数据/低8位地址端P3[7…0]、高8位地址端P2[7…0]和中断信号端/INT0连接，所述SPC3协议芯片的读信号端XRD、写信号端XWR和地址锁存信号端ALE与CPU1微处理器相对应的读信号端/RD、写信号端/WR和地址锁存信号端ALE连接，SPC3协议芯片的串行发送端TXD、接收端RXD和请求发送端RTS与光耦隔离电路相对应的串行接收端RXD、发送端TXD和请...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶杨婷，谭翠兰，王莉，吴向成，
申请(专利权)人：江汉大学，
类型：新型
国别省市：湖北;42