EtherCAT工業(yè)以太網(wǎng)與無(wú)線Zigbee間的網(wǎng)關(guān)裝置及其協(xié)議轉(zhuǎn)換方法制造方法及圖紙

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種EtherCAT工業(yè)以太網(wǎng)與無(wú)線Zigbee間的網(wǎng)關(guān)裝置及其協(xié)議轉(zhuǎn)換方法，包括Zigbee無(wú)線模塊、EtherCAT模塊以及中心處理模塊，其特征在于：所述Zigbee無(wú)線模塊負(fù)責(zé)接收各種傳感收據(jù)和發(fā)送各種自動(dòng)控制命令給儀器儀表，中心處理模塊負(fù)責(zé)EtherCAT驅(qū)動(dòng)、與Zigbee無(wú)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(shí)現(xiàn)，EtherCAT模塊實(shí)現(xiàn)從站功能并實(shí)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。本發(fā)明專利技術(shù)可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)有線高速以太網(wǎng)EtherCAT和Zigbee無(wú)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(lái)的困擾與代價(jià)。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種網(wǎng)絡(luò)
的裝置及其方法，尤其是一種KherCat工業(yè)以太網(wǎng)與無(wú)線Zigbee間的網(wǎng)關(guān)裝置及其協(xié)議轉(zhuǎn)換方法，屬于通信

技術(shù)介紹
實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)EtherCAT技術(shù)是一種近年發(fā)展起來(lái)的通用超高速以太網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)總線就是使數(shù)據(jù)采集裝置也即現(xiàn)場(chǎng)儀表和控制單元通過(guò)總線互聯(lián)起來(lái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、分析與自動(dòng)控制。EtherCAT協(xié)議是根據(jù)IEEE802. 3標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)展的以太網(wǎng)系統(tǒng)，使得數(shù)據(jù)傳輸中具有可預(yù)測(cè)性定時(shí)及高精度同步等特點(diǎn)。傳統(tǒng)以太網(wǎng)的介質(zhì)訪問(wèn)控制方式即帶有沖突檢測(cè)的載波偵聽多路訪問(wèn)機(jī)制是一種非確定性的介質(zhì)訪問(wèn)控制方式，不能滿足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)性要求，因此EtherCAT可以替換原有的以太網(wǎng)星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可以非常容易地建立線型拓?fù)?，作為主站，?biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)控制器就可以滿足，不需要特定的硬件設(shè)備。無(wú)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(shì)，其無(wú)疑成為無(wú)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(dòng)控制、智能電網(wǎng)等多個(gè)領(lǐng)域之中。Zigbee網(wǎng)絡(luò)由三種網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)組成網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器、路由節(jié)點(diǎn)、終端節(jié)點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器包含所有的網(wǎng)絡(luò)消息，存儲(chǔ)容量大、計(jì)算能力最強(qiáng)，發(fā)送網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)、建立一個(gè)網(wǎng)絡(luò)、管理網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)信息、尋找一對(duì)節(jié)點(diǎn)間的路由消息、不間斷地接收消息；路由節(jié)點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)中的中繼，連接網(wǎng)絡(luò)各個(gè)節(jié)點(diǎn)，延伸和擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍和網(wǎng)絡(luò)規(guī)模。終端節(jié)點(diǎn)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(diǎn)，所有采集的數(shù)據(jù)信息都經(jīng)過(guò)該節(jié)點(diǎn)而進(jìn)入Zigbee 通信網(wǎng)絡(luò)。將基于Zigbee技術(shù)的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)與EtherCAT工業(yè)以網(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(shí)時(shí)KherCAT 工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)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(shì)在必行。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)在EtherCAT有線總線網(wǎng)絡(luò)和Zigbee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)兼容上的缺失，提供實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)EtherCAT與無(wú)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(guò)增加該網(wǎng)關(guān)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)KherCAT有線網(wǎng)絡(luò)和Zigbee無(wú)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。本專利技術(shù)采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)一種EtherCAT工業(yè)以太網(wǎng)與無(wú)線Zigbee間的網(wǎng)關(guān)裝置，包括=Zigbee無(wú)線模塊、 EtherCAT模塊以及中心處理模塊，其中Zigbee無(wú)線模塊主要負(fù)責(zé)接收各種傳感收據(jù)和發(fā)送各種自動(dòng)控制命令給儀器儀表，中心處理模塊主要負(fù)責(zé)EtherCAT驅(qū)動(dòng)、與Zigbee無(wú)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(shí)現(xiàn)，EtherCAT模塊實(shí)現(xiàn)從站功能并實(shí)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(wú)線Zigbee間的網(wǎng)關(guān)裝置，其特征在于所述 Zigbee無(wú)線模塊包括Zigbee無(wú)線芯片和射頻天線，在Zigbee無(wú)線芯片上實(shí)現(xiàn)Zigbee無(wú)線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議棧、無(wú)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(wú)線Zigbee間的網(wǎng)關(guān)裝置，其特征在于所述 Zigbee無(wú)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(wú)線芯片相連。射頻功率放大電路為可裁減部分，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的距離要求，確實(shí)是否裁減，該功率放大電路主要對(duì)信號(hào)進(jìn)行線性放大，提高信號(hào)發(fā)送到空口的信號(hào)強(qiáng)度；射頻天線增加信號(hào)增益，實(shí)現(xiàn)信號(hào)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(shí)現(xiàn)從站功能，遵循EtherCAT標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，并負(fù)責(zé)與主站進(jìn)行通信；以太網(wǎng)收發(fā)器芯片負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)物理層以太網(wǎng)報(bào)文的收發(fā)控制，同時(shí)提供對(duì)介質(zhì)訪問(wèn)控制層的接口 ；網(wǎng)絡(luò)變壓器用于信號(hào)電平耦合，可以增強(qiáng)信號(hào)，提高傳輸距離，同時(shí)使芯片與外部隔離，增強(qiáng)抗干擾能力；網(wǎng)口可以通用的RJ45接口，也可以是通過(guò)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(chǔ)存器ROM、Flash以及外圍電路組成，該模塊上可以運(yùn)行各種操作系統(tǒng)，如linux、vxworks等，在該模塊上實(shí)現(xiàn) EtherCAT模塊驅(qū)動(dòng)，并同時(shí)負(fù)責(zé)Zigbee無(wú)線模塊和EtherCAT模塊的數(shù)據(jù)交互處理。本專利技術(shù)涉及的KherCAT工業(yè)以太網(wǎng)與無(wú)線Zigbee間的協(xié)議轉(zhuǎn)換方法包括以下步驟DKherCAT模塊作為從站讀取來(lái)自主站的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)解碼，從而得到發(fā)往該網(wǎng)關(guān)下的儀器儀表或電氣設(shè)備的數(shù)據(jù)報(bào)文；2)中心處理模塊對(duì)數(shù)據(jù)報(bào)文進(jìn)行處理并進(jìn)行拆包或組包等處理，將處理后的數(shù)據(jù)報(bào)文發(fā)送Zigbee無(wú)線模塊；3)Zigbee無(wú)線模塊將數(shù)據(jù)報(bào)文封裝成Zigbee無(wú)線數(shù)據(jù)幀，然后通過(guò)空口發(fā)送給儀器儀表或電氣設(shè)備上的Zigbee無(wú)線裝置；4)儀器儀表或電氣設(shè)備上送采集數(shù)據(jù)的過(guò)程是上述過(guò)程的逆過(guò)程，即由儀器儀表采集數(shù)據(jù)，并將采集后的數(shù)據(jù)交給Zigbee無(wú)線裝置通過(guò)空口發(fā)送給協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置上，協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置中的Zigbee無(wú)線模塊解碼來(lái)自空口的Zigbee數(shù)據(jù)包，解析出采集的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)交給中心處理模塊進(jìn)行緩存、組包等處理，并將處理后的數(shù)據(jù)包發(fā)送給EtherCAT模塊，由 EtherCAT模塊進(jìn)行KherCAT報(bào)文封裝，并將報(bào)文送入以太網(wǎng)總線發(fā)送給主站。本專利技術(shù)技術(shù)方案的顯著性進(jìn)步和特點(diǎn)主要體現(xiàn)在通過(guò)肚herCAT工業(yè)以太網(wǎng)與無(wú)線Zigbee間的網(wǎng)關(guān)裝置，可方便實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)有線高速以太網(wǎng)EtherCAT和Zigbee無(wú)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(lái)的困擾與代價(jià)。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(duì)接控制、工業(yè)自動(dòng)化控制等。附圖說(shuō)明圖1為本專利技術(shù)的EtherCAT工業(yè)以太網(wǎng)與Zigbee無(wú)線技術(shù)結(jié)合的總線網(wǎng)絡(luò)； 圖2為本專利技術(shù)的網(wǎng)關(guān)裝置模塊結(jié)構(gòu)示意圖3為本專利技術(shù)的網(wǎng)關(guān)裝置電路原理示意圖4為本專利技術(shù)的EtherCAT與Zigbee協(xié)議數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換示意圖5為本專利技術(shù)的儀器儀表采集數(shù)據(jù)經(jīng)由網(wǎng)關(guān)上送監(jiān)控系統(tǒng)順序流程圖。具體實(shí)施例方式EtherCAT工業(yè)以太網(wǎng)與無(wú)線Zigbee間的網(wǎng)關(guān)裝置及其方法，涉及Zigbee無(wú)線模塊、EtherCAT模塊以及中心處理模塊，其中Zigbee無(wú)線模塊主要負(fù)責(zé)接收各種傳感收據(jù)和發(fā)送各種自動(dòng)控制命令給儀器儀表，中心處理模塊主要負(fù)責(zé)EtherCAT驅(qū)動(dòng)、與Zigbee無(wú)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(shí)現(xiàn)，EtherCAT模塊實(shí)現(xiàn)從站功能并實(shí)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(wú)線模塊，采用JermiC5148芯片來(lái)實(shí)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，并在該CPU上裁減Iinux操作系統(tǒng)，實(shí)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。所述本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
１．一種ＥｔｈｅｒＣＡＴ工業(yè)以太網(wǎng)與無(wú)線Ｚｉｇｂｅｅ間的網(wǎng)關(guān)裝置，包括Ｚｉｇｂｅｅ無(wú)線模塊、ＥｔｈｅｒＣＡＴ模塊以及中心處理模塊，其特征在于：所述Ｚｉｇｂｅｅ無(wú)線模塊負(fù)責(zé)接收各種傳感收據(jù)和發(fā)送各種自動(dòng)控制命令給儀器儀表，中心處理模塊負(fù)責(zé)ＥｔｈｅｒＣＡＴ驅(qū)動(dòng)、與Ｚｉｇｂｅｅ無(wú)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(shí)現(xiàn)，ＥｔｈｅｒＣＡＴ模塊實(shí)現(xiàn)從站功能并實(shí)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。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種EtherCAT工業(yè)以太網(wǎng)與無(wú)線Zigbee間的網(wǎng)關(guān)裝置，包括Zigbee無(wú)線模塊、 EtherCAT模塊以及中心處理模塊，其特征在于所述Zigbee無(wú)線模塊負(fù)責(zé)接收各種傳感收據(jù)和發(fā)送各種自動(dòng)控制命令給儀器儀表，中心處理模塊負(fù)責(zé)EtherCAT驅(qū)動(dòng)、與Zigbee無(wú)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(shí)現(xiàn)，EtherCAT模塊實(shí)現(xiàn)從站功能并實(shí)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(wú)線Zigbee間的網(wǎng)關(guān)裝置，其特征在于所述Zigbee無(wú)線模塊包括Zigbee無(wú)線芯片和射頻天線，在Zigbee無(wú)線芯片上實(shí)現(xiàn) Zigbee無(wú)線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議棧、無(wú)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(wú)線Zigbee間的網(wǎng)關(guān)裝置，其特征在于所述Zigbee無(wú)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(wú)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(wú)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(shí)現(xiàn)從站功能，遵循EtherCAT標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，并負(fù)責(zé)與主站進(jìn)行通信；以太網(wǎng)收發(fā)器芯片負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)物理層以太網(wǎng)報(bào)文的收發(fā)控制，同時(shí)提供對(duì)介質(zhì)訪問(wèn)控制層的接口；網(wǎng)絡(luò)...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張雷，鄔東曉，徐大可，楊春瑜，劉亮，張笑天，王文強(qiáng)，楊為民，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：國(guó)電南京自動(dòng)化股份有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：84