專利名稱：一種無線Zigbee和工業以太網總線協議轉換適配模塊的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及無線Zigbee網絡與有線以太網傳輸技術領域，特別涉及一種無線Zigbee和工業以太網總線協議轉換適配模塊，該模塊具有Zigbee協議和工業以太網 TCP/IP、UDP/IP協議的解析和轉換功能，能夠實現無線Zigbee設備與有線工業以太網、無線Zigbee網絡與有線以太網設備共存，實現數據的采集和傳輸。
背景技術：
Zigbee是近年來的一種新型技術，集計算機技術、無線網絡技術和傳感器技術于一體的新技術，其核心芯片CC2530是一款具有自組網、成本低、可擴展性好、嵌入式強、抗干擾、可靠性高、功耗低等特點。目前利用Zigbee (CC2530)的優越性和廉價特點實現了很多自組織網絡，其目的是協作地感知、采集和處理網絡覆蓋區域中被感知對象的信組成工業無線傳感網絡。同時當前隨著IT技術的發展，以太網技術具有價格低廉、穩定可靠、通信速率高、 軟硬件產品豐富、應用廣泛以及支持技術成熟等優點，已成為最受歡迎的通信網絡之一。近些年來，隨著網絡技術的發展，以太網進入了控制領域，形成了新型的以太網控制網絡技術。為了提高整個工業網絡控制系統性能，將無線網絡與有線網絡進行融合是工業自動化控制領域的一個發展趨勢。
發明內容鑒于上述分析，本實用新型設計一種具有Zigbee協議、以太網TCP/IP、UDP/IP協議轉換功能、且體積小巧易于安裝的新型模塊，使目前工業以太網控制系統中的網絡拓撲能力和工作效率上都有較大提升。本實用新型是通過這樣的技術方案實現的一種無線Zigbee和工業以太網總線協議轉換適配模塊，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層的網絡芯片DM9161BIEP、網絡變壓器HR911105A、Zigbee無線協議芯片CC2530和標準JTAG電路構成；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指示燈和標準JTAG電路；ARM控制器芯片AT91SAM7x256與網絡芯片DM9161BIEP通過MII接口實現通信連接；網絡芯片 DM9161BIEP 外接 25MHz 晶振；網絡芯片 DM9161BIEP 通過 TX+、TX_、RX+、 RX-與RJ45網絡接口連接網絡變壓器HR911105A ；ARM控制器芯片AT91SAM7x256與Zigbee無線協議芯片CC2530通過USART進行通信連接。ARM控制器芯片AT91SAM7X256預制軟件系統移植有嵌入式操作系統uC/OS-II 和嵌入式網絡TCP/IP協議，并在此基礎上添加應用層代碼，實現與Zigbee無線協議芯片 CC2530的通信功能。[0011]將無線Zigbee技術與工業以太網有線網絡實現融合，實現無線Zigbee設備與有線工業以太網、無線Zigbee網絡與有線以太網設備共存，實現數據的采集和傳輸本實用新型的有益效果是在工業網絡控制系統中，無線Zigbee通信設備通過該協議轉換適配模塊與有線工業自動化網絡連接實現數據通信和信號采集，工業以太網有線設備通過該協議轉換適配模塊與無線網絡連接實現數據通信和信號采集。
圖1是本實用新型的電路結構框圖；圖2是ARM控制器芯片及其外圍電路；圖3是網絡芯片DM9161BIEP及其外圍電路；圖4是無線協議芯片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，結合附圖和實施例詳細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公司一款以太網專用ARM 控制器芯片AT91SAM7x256、網絡芯片DM9161BIEP、RJ45采用HR911105A，Zigbee無線協議芯片CC2530，標準JTAG電路及外圍電路構成。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)以太網控制器部分網絡芯片DM9161BIEP、RJ45插座(內置隔離變壓器)、25MHz 晶體；3) Zigbee 通信部分ZIGBEE 無線協議芯片 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，TCP/IP協議棧，IP/ ICMP/TCP/UDP/DHCP等協議，動態獲取IP，支持標準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。且穩定可靠，已有多處應用實例網絡芯片DM9161BIEP是一款低功率、收發在100兆-TX和10BASE - T的以太網物理層協議芯片。網絡芯片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，這里采用網絡芯片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 和智能能源應用的片上系統解決方案。由于具有高達256KB的大容量閃存，CC2530非常適合ZigBee PRO應用。并且更大容量的內存將允許片上空中下載以支持系統內重新編程。此外，CC2530還結合了 1個完全集成的高性能射頻收發器，帶有8051MCU、8KB RAM、 32/64/128/256KB閃存以及其它強勁的支持功能與外設。ARM控制器芯片AT91SAM7x256預制軟件系統移植有嵌入式操作系統uC/OS-II和嵌入式網絡TCP/IP協議，并在此基礎上添加應用層代碼，實現了與Zigbee無線協議芯片 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與網絡芯片DM9161BIEP通過MII接口實現通信；網絡芯片 DM9161BIEP 其外接晶振為 25MHz，然后通過 TX+、TX-、RX+、RX-與 RJ45 網絡接口 HR911105A 連接；主電路模塊通過以太網接口 RJ45直接連接工業以太網控制器的上層網絡中， AT91SAM7x256 與 CC2530 通過 USART 進行通信。圖2所示是Zigbee和工業以太網總線協議轉換適配模塊的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置工作電壓和工作頻率、外設時鐘活動，并采用DMA來替代CPU完成數據傳輸，從而優化功耗。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 ；標準JTAG電路通過連接ARM控制器芯片AT91SAM7x256實現仿真調試和程序下載；ARM控制器芯片CPU與網絡芯片DM9161BIEP通過MII接口實現通信；如圖3所示為Zigbee和工業以太網總線協議轉換適配模塊的網絡部分，其中網絡芯片DM9161BIEP為集成PHY層的網絡芯片，其外接晶振為25MHz，其通過MII接口與 AT91SAM7x256連接。HR911105A為網絡變壓器，并內置網絡隔離變壓器，這樣便大大節省了電路板的空間，對于控制電路板體積有很大幫助。最終HR911105A直接連接工業以太網控制器的上層網絡中，實現系統的構成。如圖4示為Zigbee和工業以太網總線協議轉換適配模塊的無線協議芯片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示為以太網數據報文管理過濾器的軟件流程，整個軟件系統移植有嵌入式操作系統UC/OS-II和嵌入式網絡TCP/IP協議，并在此基礎上編寫應用層代碼，實現了有線工業自動化網絡與無線Zigbee網絡之間數據采集和交換。在該模塊上電后，程序首先進行整個硬件系統的初始化，使能ARM控制器芯片、 CC2530和網絡芯片，設置時鐘和外圍控制器，然后初始化嵌入式操作系統uC/OS-II和嵌入式TCP/IP網絡協議，并檢測網絡(有線和無線)連接是否正常并可以實用、然后設置Zigbee 設備和有線網絡的相關參數。完成以上工作后操作系統創建任務用于處理網絡的數據報文。根據上述說明，結合本領域技術可實現本實用新型的方案。
權利要求1. 一種無線Zigbee和工業以太網總線協議轉換適配模塊，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層的網絡芯片DM9161BIEP、網絡變壓器 HR911105A、Zigbee無線協議芯片CC2530和標準JTAG電路構成；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指示燈和標準JTAG電路； ARM控制器芯片AT91SAM7x256與網絡芯片DM9161BIEP通過MII接口實現通信連接；網絡芯片 DM9161BIEP 外接 25MHz 晶振；網絡芯片 DM9161BIEP 通過 TX+、TX-、RX+、RX-與 RJ45 網絡接口連接網絡變壓器HR911105A ；ARM控制器芯片AT91SAM7x256與Zigbee無線協議芯片CC2530通過USART進行通信連接。
專利摘要本實用新型涉及一種無線Zigbee和工業以太網總線協議轉換適配模塊，所述適配模塊硬件由ARM控制器芯片AT91SAM7x256、集成有PHY層的網絡芯片DM9161BIEP、網絡變壓器HR911105A、Zigbee無線協議芯片CC2530和標準JTAG電路構成；ARM控制器芯片AT91SAM7x256與網絡芯片DM9161BIEP通過MII接口實現通信；與Zigbee無線協議芯片CC2530通過USART進行通信；無線Zigbee通信設備通過該協議轉換適配模塊與有線工業自動化網絡連接實現數據通信和信號采集，工業以太網有線設備通過該協議轉換適配模塊與無線網絡連接實現數據通信和信號采集。
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 優先權日2011年7月22日
發明者冀青, 李東輝, 楊彬, 邴哲松 申請人:中環天儀股份有限公司