基于ＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ协议的具有短路保护自诊断功能的远程Ｉ／Ｏ模块制造技术

本发明专利技术公开了一种基于Ｅｔｈｅｒｎｅｔ／ＩＰ工业以太网协议的具有短路保护自诊断功能的远程Ｉ／Ｏ模块，包括：核心板单元，用于提供整个系统平台的核心微处理器以及内存和闪存，保证实时操作系统和Ｅｔｈｅｒｎｅｔ／ＩＰ协议程序的正常运行；底板单元，用于与Ｅｔｈｅｒｎｅｔ／ＩＰ工业以太网之间进行数据通信，与Ｉ／Ｏ短路保护与自诊断单元之间进行现场数据的通信，并采集Ｉ／Ｏ接口状态诊断数据，并在Ｉ／Ｏ接口电路短路时，断开电源给予短路保护，并显示Ｉ／Ｏ接口状态；本发明专利技术的Ｅｔｈｅｒｎｅｔ／ＩＰ远程Ｉ／Ｏ模块具有短路保护与自诊断功能，可在接口电源发生短路时切断电源并提供自诊断信息，当短路故障排除后自动恢复工作。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及通信以及嵌入式系统应用
，特别是涉及一种具有短路保护与 自诊断功能的基于Khernet/IP工业以太网协议的I/O模块。
技术介绍
近年来，随着以太网技术在工业控制领域的广泛应用，Ethernet/IP作为解决网络 中数据传输速率低、缺乏透明度、软件和维护费用高等问题的工业以太网新方案，得到越来 越多的关注。Ethernet/IP是一个完全开放的技术，这种开放性使其很快的在世界范围内得 以推广，国内外的许多大公司和研究机构看到这方面的商机，纷纷着手进行研究。国内，对于Khernet/IP通信接口的研究工作尚处于起步阶段，方法和手段都在 摸索。因此仍面临研究成本高、数据通信报文利用率低、实时性和稳定性差等诸多问题。EtherNet/IP采用标准的KherNet和TCP/IP技术来传送CIP通信包，以UDP/IP 和TCP/IP分别封装I/O信息和显式信息，可以保证提供不同网络性能要求的数据通信服 务，还使工业自动化和控制设备具有互操作性和互换性，因此KherNet/IP是一种理想的 自动化的以太网标准。通用并且开放的应用层协议CIP加上已经被广泛使用的KherNet 和TCP/IP协议就构成EtherNet/IP协议的体系结构。目前，为了进行设备之间的通信，传统的I/O模块需要通过导线将设备外部端点 与控制器端点一对一连接，这种硬接线的连接方式需要耗费大量的精力进行现场组装与调 试，且随着系统的复杂程度会增加大量的硬接线成本。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术存在的上述不足，提供一种基于EtherNet/IP协议 的具有短路保护自诊断功能的远程I/O模块。由于S3C2440是BGA封装，其实际布线需要6层以上板才能实现，而和ARM连接的 其他芯片一般都只需要两层板就能实现，所以在硬件布线的时候为了节省成本分为核心板 和底板两块。本专利技术提供的基于KherNet/IP协议的具有短路保护自诊断功能的远程I/O模块 包括核心板单元，用于提供整个系统平台的核心微处理器以及内存和闪存；底板单元，是平台的外围电路，用于与外联设备进行通信，在I/O接口电路短路 时，断开电源给予短路保护，并显示I/O接口状态；所述核心板单元包括微处理器S3C2440A，是基于ARM920T内核的16/32位RISC嵌入式微处理器，运行 在400MHz，是一款多用途的通用芯片，其内部集成了微处理器和常用外围组件；FLASH，是一种在系统编程期间存储的信息不会在系统掉电后丢失的程序存储器，具有低功耗、大容量、擦写速度快、可整片或分扇编程(烧写)和擦除的特点，且可由内部嵌 入的算法完成对芯片的操作；三星K9F2G08U0B-PCB0是NAND型FLASH，数据存储容量为256MB，预留存测试数 据，写快读慢，还有2M的NOR型FLASH，构成双FLASH启动。SDRAM，是同步动态随机存储器，工作时需要同步时钟，内部的命令的发送与数据 的传输都以它为基准，需要不断的刷新存储阵列来保证数据不丢失，并且其数据不是线性 依次存储，而是自由指定地址进行数据读写，与FLASH存储期相比，不具备掉电保持数据的 特性，但其存取速度大大高于FLASH存储器，且具有读、写属性，用于在系统中做程序的运 行空间、数据及堆栈区。MT48LC16M16A2P 是 64MB 的 SDRAM 芯片。电源电路，S3CM40微处理器，包括有电源开关和指示灯，经可带载1. 5A的低压差 线性稳压源AS1117AR-3.3IC芯片稳压，提供模块所需要的3.3V电源。核心板上微处理器 内核电压(1.25V)采用低噪声、低压差线性稳压源MAX8860EUA稳压芯片。它工作在300MHz 时内核工作电压为1.2V，工作在400MHz时内核工作电压为1.3V，但其片内功能模块的工 作电压为1.8V*3.3V。外接的是5V直流电源，所以需要完成5V到3. 3V，3. 3V到1. 8V和 1. 2V电压的转换；系统复位电路，MAX811是一款连接比较简单的手动复位芯片，nMR引脚接开关， nRESET引脚接微处理器的复位引脚。系统复位电路第一功能是上电复位。一般微机电路正 常工作需要供电电源为5V士5%，即4. 75 5. 25V。由于微机电路是时序数字电路，它需要 稳定的时钟信号，因此在电源上电时，只有当VCC超过4. 75V低于5. 25V以及晶体振荡器稳 定工作时，复位信号才被撤除，微机电路开始正常工作；所述底板单元包括有JTAG接口电路，采用2. Omm间距的10引脚调试接口电路，减少了底板的占用面积， 方便用户二次开发，S3C2440芯片内部有JTAG核，因此，可以通过外部JTAG调试电缆或仿 真器与开发板系统连接调试。JTAG接口是4线TMS、TCK、TDI、TD0，分别为模式选择、时钟、 数据输入和数据输出线，S3C2440处理器内部已提供了对JTAG的支持，因此只需要按照电 气规范直接连接即可；串口电路，即通用的异步收发器(UART)的接口电路，用于数据间基于串行数据 总线标准的数据传输；它将TTL到RS232的电平转换实现RS232接口，使用电子工业协会 (EIA)推荐的RS-232-C串行数据总线传输标准，其采用的接头是9芯的D型插头，采用负逻 辑方式，通信时使用MAX232电平转换电路。以太网接口电路，包括有DM9000以太网处理芯片，以太网模块有下面三个主要构 件组成硬件电缆、接头以及与数据包交换计算机网络传送数据的电路；一个以太网包，即 在网络中被传送的数据单元，通过RJ45网络接口传送到硬件电缆上，然后在以太网中由以 太网访问秩序协议(CSMA/⑶)来控制数据包的传送和流动；核心板接口电路，与核心板相连接，用于核心板和底板的连接，该电路连通后，核 心板和底板将构成一个整体。输入接口电路，可为外联对象的输入接口进行供电，向微处理器提供所输入的现 场数据，并在发生短路时，切断电源，而在短路故障排除后恢复供电；用于接收核心板上的微处理器下发的数据，并根据这些数据为外联设备的输出口 供电，在发生短路时，切断电源，在短路故障完全排除后恢复正常运行状态；输入状态诊断电路，用于诊断输入接口电路是否发生短路，并在发生短路故障的 时候输出诊断信号。输出状态诊断电路，用于诊断输出接口电路是否发生短路，并在发生短路故障的 时候输出诊断信号。优选地，所述输入接口电路包括有功率开关芯片TS4141，该功率开关芯片TS4141 一端接输入接口，另一端连接核心板上的电源电路，所述输入接口可接传感器或机械开 关模块，所述输入接口接光耦PC817，所述光耦PC817的输出端接三态双向总线收发器 74LSM5，所述三态双向总线收发器74LS245的输出端接核心板上的微处理器S3C2440。优选地，所述输出接口电路包括有三态双向总线收发器74LS273，所述三态双向 总线收发器74LS273的输入端接核心板上的微处理器S3C2440，其输出端接三极管Ql的 基极，所述三极管Ql的发射极接地，集电极接光耦PC817，所述光耦PC817的输出端接功率 开关芯片TS4141，该功率开关芯片TS4141 —端接输出接口，另一端与核心板上的电源相连 接，所述输出接口可接多种执本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于ＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ协议的具有短路保护自诊断功能的远程Ｉ／Ｏ模块，其特征在于，包括：核心板单元，用于提供整个系统平台的核心微处理器以及存储器电路和电源及系统复位电路，保证实时操作系统和Ｅｔｈｅｒｎｅｔ／ＩＰ协议程序的正常运行；底板单元，是平台的外围电路，通过其上的核心板接口电路与核心板单元相连接，用于与现场设备进行数据通信，采集Ｉ／Ｏ接口状态诊断数据，Ｉ／Ｏ接口电路短路时，切断电源并保护接口，并显示Ｉ／Ｏ接口状态。

【技术特征摘要】
1.一种基协议的具有短路保护自诊断功能的远程I/O模块，其特征在 于，包括核心板单元，用于提供整个系统平台的核心微处理器以及存储器电路和电源及系统复 位电路，保证实时操作系统和Ethernet/IP协议程序的正常运行；底板单元，是平台的外围电路，通过其上的核心板接口电路与核心板单元相连接，用于 与现场设备进行数据通信，采集I/O接口状态诊断数据，I/O接口电路短路时，切断电源并 保护接口，并显示I/O接口状态。2.如权利要求1所述的模块，其特征在于，所述的核心板单元包括微处理器，内部集成了微处理器和常用外围组件，用于支持实时多任务操作系统，具有 功能很强的存储区保护功能，同时也有利于软件诊断；FLASH，是程序存储器，与微处理器相连接，可由内部嵌入的算法完成对芯片的操作，用 于存储系统编程期间的信息，并保证在系统掉电后所存储的信息不会丢失；三星K9F2G08U0B-PCB0是NAND型FLASH，数据存储容量为256MB，预留存测试数据，写 快读慢，还有2M的NOR型FLASH，构成双FLASH启动；SDRAM，是同步动态随机存储器，与微处理器相连接，需要不断的刷新存储阵列来保证 数据不丢失，用于在系统中做程序的运行空间、数据及堆栈区； MT48LC16M16A2P 是 64MB 的 SDRAM 芯片；电源电路，与微处理器相连接，用于为整个平台提供稳定的电源，保证平台可以正常工作；系统复位电路，与微处理器相连接，用于确保微机系统中电路稳定可靠工作。3.如权利要求2所述的模块，其特征在于，所述电源电路，采用5V供电，包括有电源 开关和指示灯，经可带载1. 5A的低压差线性稳压源AS1117AR-3. 3IC芯片稳压，提供模块 所需要的3. 3V电源；核心板上微处理器内核1. 25V电压采用低噪声、低压差线性稳压源 MAX8860EUA稳压芯片。4.如权利要求2所述的模块，其特征在于，所述系统复位电路，包括有MAX811，是一款 连接比较简单的手动复位芯片，nMR引脚接开关，nRESET引脚接微处理器的复位引脚。5.如权利要求1所述的模块，其特征在于，所述的底板单元包括JTAG电路，采用2. Omm间距的10引脚调试接口电路，减少了底板的占用面积，方便用户 二次开发，S3C2440芯片内部有JTAG核，因此，可以通过外部JTAG调试电缆或仿真器与开 发板系统连接调试；串口电路，用于数据间基于串行数据总线标准的数据传输；以太网接口电路，起到网卡的作用，用于使整个硬件平台系统运行于以太网络中，从而 可以和网络中的其他节点完整数据通信传输，通过以太网进行通信的速度较快，可以实现 NFS文件共享和TFTP网络文件传输；核心板接口电路，用于核心板和底板的连接，该电路连通后，核心板和底板将构成一个 整体；输入接...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈在平，贾超，倪建云，董恩增，邵夏，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]