专利名称：基于802.11无线网协议的嵌入式控制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种嵌入式控制器，特别涉及基于802.11标准的用于实现工业 控制领域智能设备与无线局域网相通信连接的嵌入式控制器。
背景技术：
随着网络技术和嵌入式技术的快速发展，网络技术、嵌入式技术及控制技 术的相互渗透，推动着检测与控制系统向着网络化的方向发展，越来越多的传 统控制系统正在被网络控制系统所取代，这已成为一种必然趋势。因此通过基 于TCP/IP协议的嵌入式控制器，实现嵌入式设备的网络化，可以解决原有的工 业控制网络标准不统一、设备分散、功能专一的缺点，具有广泛的应用前景。
现有的网络的传输媒介主要依赖铜缆或光缆，有线网络在某些场合要受到 布线的限制，如化工、工矿企业，辅设专用通信线路的布线施工难度大、费用 高、耗时长，不能满足正在迅速扩大的工业控制应用领域的联网需求，而通过 采用无线局网技术的嵌入式控制器实现智能控制设备的网络化则可以满足这一 需求。
无线局域网(Wireless local—area network, WLAN)是计算机网络与无线 通信技术相结合的产物，具有传统局域网无法比拟的灵活性。在有线局域网中， 两个站点的距离在使用铜缆时被限制在500米，即使采用单模光纤也只能达到 3000米，而无线局域网中两个站点间的距离目前可达到50公里，距离数公里的 建筑物中的网络可以集成为同一个局域网。此外，无线局域网的抗干扰性强、 网络保密性好。对于有线局域网中的诸多安全问题，在无线局域网中基本上可 以避免。而且相对于有线网络，无线局域网的组建、配置和维护较为容易。
最早的WLAN产品运行在900MHz的频段上，速度大约只有l~2Mbps。1992 年，工作在2.4GHz频段上的WLAN产品问世，之后的大多数WLAN产品也都 在此频段上运行。目前的WLAN产品所采用的技术标准主要包括IEEE 802.11 系列标准、HomeRF (家庭网络)、IrDA和蓝牙。上述技术标准中，IEEE 802.11 系列标准比较适于企业无线网络，因此也越来越多地被应用。
目前基于以太网的10/100Mbps嵌入式控制器，在工业控制等领域得到了广 泛的应用。在公开的信息中，实用新型专利"采用嵌入式系统的无线多通道环
境参数实时测控仪"(申请号CN200620026526.8)公开了一种采用嵌入式系统 的无线多通道环境参数实时测控仪，提供一种可同时完成各种不同参数的数据 采集，实时测控的测控仪。发明专利"基于嵌入式系统的无线局域网接入点设 备"(申请号200310117489.2)公开了 一种基于嵌入式系统的无线局域网接入 点设备，其至少包括以下的四个模块物理层硬件模块、MAC层硬件模块和 MAC软件模块和自定义PCMCIA接口；所述物理层硬件模块、MAC层硬件模 块和MAC层软件模块之间有硬件接口和软件接口来完成相互的通信协作过程， 该MAC层软件模块完成软件系统调度和网络协议的处理；所述自定义PCMCIA 接口模块完成所述物理层硬件模块和所述MAC层硬件模块的信号连接和时序 匹配过程。发明专利"基于工厂自动化工业以太网现场总线的无线嵌入式控制 器"(申请号200510046868.6)则公开了 一种基于工厂自动化工业以太网现场 总线的无线嵌入式控制器。包括主控器模块和无线通信模块两部分，其中主 控器模块运行EPA工业以太网现场总线通信协议栈，无线通信模块负责与其他 的无线现场设备进行通信，并提供与以太网的无缝连接，通过USB接口电路与 主控器模块相连，共同构成EPA控制网络。
目前基于802.11系列标准尤其是802.11b/g的无线局域网技术已经在计算机 网络通信中得到较为广泛的应用，但是基于802.11的无线局域网技术在工业控 制等领域没有得到相应的应用。这主要是因为没有实现相应的核心组件一一基 于IEEE 802.11协议的通用嵌入式控制器。
发明内容
本发明目的就是为解决现有技术的不足而提供一种实施更灵活和简单的用 于连接工业现场和无线网络从而实现远程控制的基于802.11协议的通用嵌入式 控制器。
为解决上述技术问题本发明的技术方案为 一种基于802.11无线网协议的 嵌入式控制器，所述的无线嵌入式控制器用于实现智能设备与无线网络的连接， 所述的智能设备通过现场总线构成现场控制网络，它包括
微控制器模块，所述的微控制器模块具有多个通信接口，所述的微控制器 模块用于执行核心控制；
现场总线接入模块，所述现场总线接入模块包括多个现场总线控制器，所述的多个现场总线控制器用于连接在所述微控制器模块与现场控制网络之间进 行数据交换；
网络接入模块，所述网络接入模块包括支持IEEE 802.11标准的无线网络模块，所述的无线网络模块与所述微控制器模块相连接；
所述的微控制器模块通过网络接入模块接收来自无线局域网监控主机的数 据并经由现场总线接入模块输入至现场控制网络中的智能设备或所述的微控制 器模块通过现场总线接入模块将从现场控制网络中的智能设备中接收到的数据 通过网络接入模块发送到无线局域网，从而实现智能设备的无线接入。
更进一步地，它还包括与所述的微控制器模块相连接的现场数据采集与控 制模块，所述的现场数据采集与控制模块包括数据采集单元和执行单元，数据 采集单元将采集到的现场数据通过网络接入模块发送出去，微控制器模块通过 网络接入模块接收数据输出至执行单元并驱动所述执行单元工作从而实现对智 能设备的远程监控。
所述的网络接入模块还包括与所述的微控制器模块的通信接口相连接的以 太网接入模块，所述的以太网接入模块用于实现现场控制网络的智能设备接入 到以太网中从而进行数据通信。
所述的无线网络模块为支持IEEE 802.11b/g协议标准的嵌入式模块。
所述的现场总线控制器包括RS232/485控制器、CAN控制器、LIN控制器、 ModBus控制器。
所述的微控制器模块还包括将数据写入到所述微控制器模块中或将数据从 所述微控制器模块中读出的数据读写接口，其中，数据读写接口可为SD卡接口 或MMC卡接口，从而扩大信息存储容量。
由于采用了上述的技术方案，本发明的优点为由于设置有无线网络模块， 该嵌入式控制器可作为无线嵌入式网关，实现了与IEEE 802.11无线网络的连接， 从而可以充分利用802.11无线局域网技术的优点，使得对现场智能设备的配置 更加方便灵活，且能实现多种现场总线通信网关的功能及异构协议的互联，实 现对远程设备及控制网络的无线监控，并将远程设备及控制网络状态数据记录、 分析、调整，实现控制网络的智能化。
附图l为本发明无线嵌入式控制器电原理框附图2为本发明无线嵌入式控制器应用示意图； 附图3为本发明无线嵌入式控制器工作原理流程其中
1、微控制器模块；
2、 现场总线接入模块；
3、 网络接入模块；31、以太网接入模块；
4、 现场数据采集与控制模块；41、现场数据采集单元；42、执行
单元；
5、 现场控制网络；
10、嵌入式控制器；20、智能设备；30、无线接入点；50、远程
监控主机；
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步详细的说明 如图l所示的无线嵌入式控制器，其主要包括微控制器模块l，受控于所述的 微控制器模块1且与所述的微控制器模块1进行信息交互的网络接入模块3、现场 总线接入模块2、现场数据采集与控制模块4，下面先对各模块的组成及其相互
作用具体介绍如下
在本实施例中，微控制器模块1主要以ARM核或MIPS核的32位微控制器 MCU (如Intel XSCALE 255或BROADCOM公司的BCM4702)为核心，并配置 2/4 MB NAND FLASH (用作程序存储器)、8/16 MB SDRAM所组成的核心控制模块。
现场总线接入模块2包括多个现场总线控制器，所述现场总线控制器主要包 括CAN控制器、LIN控制器、ModBus控制器、RS232/485控制器，这些控制器 与相应的基于CAN、 LIN、 ModBus 、 RS232/485等协议的现场控制网络5进行 通信，且这些现场总线控制器还与微控制器MCU双向连接，从而实现微控制器 MCU与各种现场控制网络之间的数据转换。
网络接入模块3提供802.11b/g无线接入和以太网接入两种方式。其中，无线 网络接入模块可采用支持IEEE的802.11b/g标准的Mini PCI无线网卡，该模块支 持TCP/IP协议，内建Web服务器，通过无线接入点AP (Access Point)或无线路 由器便可使该嵌入式控制器接入Intraiiet/Internet，从而实现对智能设备的远程 监控和配置管理。
且为了能够实现嵌入式控制器与现有的以太网的连接，该网络接入模块3还 设置了与微控制器MCU相电连接的以太网接入模块31，通过该以太网接入模块 31便可使嵌入式控制器接入以太网，从而同样可实现对智能设备的远程监控和 配置管理。
本发明的无线嵌入式控制器还包括现场数据采集与控制模块4，该现场数据 采集与控制模块4包括数据采集单元41和执行单元42,所述数据采集单元41通过 A/D转换器实现，该A/D转换器可设置在微控制器MCU内部也单独设置在微控制 器外部，数据采集单元41采集现场数据，将采集的数据输入至微控制器后再经 过网络接入模块3发送至远端，远端将控制信号依次通过网络接入模块3、微控 制器模块1输入至执行单元42从而驱动和控制执行单元42工作，实现对现场的远 程控制。
微控制器模块还包括将数据写入微控制器中或将数据从微控制器中读出的
数据读写接口，该数据读写接口可为SD卡接口或MMC接口 。通过数据读写接口，
微控制器可将现场数据存储在SD卡或MMC卡上，也可将数据从SD卡或MMC卡
上读入至微控制器，目前的SD卡的容量已经达到4GB，因此可以实现大容量信
息的存储，以便事后对数据进行分析或转储。
图2为本实施例的具体应用示例，在本示例中应用了多个本发明的嵌入式控
制器IO、与每个嵌入式控制器10相电连接是由多个智能设备20通过现场总线构 成的现场控制网络，该智能设备20通常为工业控制领域设备，嵌入式控制器IO 通过无线接入点或无线路由器接入企业局域网(intranet)并接入到internet, 通过intranet/interiiet，远程监控主机50可实现对各智能设备的远程监控。因此， 本发明的基于802.11无线网的嵌入式控制器可作为无线局域网中的一个节点，通 过该节点，向上连接以太网，向下与各类现场智能设备(网)相连，是一个现 场总线网关，同时，由于无线嵌入式控制器还包括现场数据采集与控制模块， 因此可直接完成现场数据的采集与设备的控制。
上述对本发明基于802.11无线网的嵌入式控制器的电原理作了具体的介绍， 在具有此结构的基础上需设置相应的软件以完成相应的控制功能，下面简要介 绍一下本发明嵌入式控制器工作原理，具体流程见图3，当将嵌入式控制器上电 后，首先进行初始化程序，加载各种通信接口的驱动程序，包括RS232/485网络 驱动、CAN网络驱动、LIN网络驱动、ModBus网络驱动、无线网络接口驱动、
以太网驱动、A/D接口驱动、SD/MMC接口驱动等；加载TCP/IP协议栈，读入
配置文件，并根据配置文件设置嵌入式控制器的工作模式、初始化各种现场总 线通信协议模块并使其工作在中断方式。
初始化完成后，等待以下事件的发生并进行处理
(1) 、远程客户通过网络(无线局域网或以太网模块)发出HTTP协议请求， 以便对嵌入式控制器进行配置、远程客户利用Web服务器上的公共网关界面 CGI程序，以交互方式设置控制器的工作方式，对控制器中的通用输入/输出端 口 GPIO、各种现场总线通信协议进行配置，修改配置后，使用远程重启功能，
重启嵌入式控制器；
(2) 、远程客户通过网络(无线局域网)发出HTTP协议请求，获取控制网 络中现场设备的数据，或通过CGI方式与现场设备进行交互，下达控制命令等， 实现通过802.11b/g协议对现场设备监测和控制；
(3) 、现场总线接入模块产生中断。当中断发后，分析中断原因，进入相应 的现场总线通信协议处理程序，完成现场总线协议数据之间或现场总线协议与 TCP/IP协议数据的相互转换。
此外，在TCP/IP协议栈中，还可以通过加入QoS、 WEP加密等功能，以满 足不同应用场合的应用需求，实现安全、可靠、高效的服务要求。
本流程图并不能理解为对本发明的限制，本领域技术人员根据上述嵌入式 控制器的结构框图即可实现对其工作原理的软件设置，
本发明的通用嵌入式控制器，具有配置方便灵活、能实现多种现场总线通 信网关的功能，支持802.11b/g协议，可以充分利用802.11b/g无线局域网技 术的有点，解决在现场较为复杂(如楼宇、化工企业)或需经常改变通信节点 位置(如移动销售)的情况下，工程实施较为困难、实现费用较为昂贵的问题。 工业控制领域中采用该控制器，可以使控制系统的工程实施简单、灵活、方便， 具有广阔的应用前景，可应用于智能楼宇、门禁/安防/考勤系统、工业控制、 医疗仪器、智能家电等领域。
权利要求
1、一种基于802.11无线网协议的嵌入式控制器，所述的无线嵌入式控制器用于实现智能设备与无线网络的连接，所述的智能设备通过现场总线构成现场控制网络(5)，其特征在于它包括微控制器模块(1)，所述的微控制器模块(1)具有多个通信接口，所述的微控制器模块(1)用于执行核心控制；现场总线接入模块(2)，所述现场总线接入模块(2)包括多个现场总线控制器，所述的多个现场总线控制器用于连接在所述微控制器模块(1)与现场控制网络(5)之间进行数据交换；网络接入模块(3)，所述网络接入模块(3)包括支持IEEE 802.11标准的无线网络模块，所述的无线网络模块与所述微控制器模块(1)相连接；所述的微控制器模块(1)通过网络接入模块(3)接收来自无线局域网监控主机的数据并经由现场总线接入模块(2)输入至现场控制网络中的智能设备或所述的微控制器模块(1)通过现场总线接入模块(2)将从现场控制网络的智能设备中接收到的数据通过网络接入模块(3)发送到无线局域网，从而实现智能设备的无线接入。
2、 根据权利要求1所述的基于802.11无线网协议的嵌入式控制器，其特征 在于它还包括与所述的微控制器模块(1)相连接的现场数据采集与控制模块(4)，所述的现场数据采集与控制模块(4)包括数据采集单元(41)和执行单 元(42)，数据采集单元(41)将采集到的现场数据通过网络接入模块(3)发 送出去，微控制器模块(1)通过网络接入模块(3)接收数据输出至执行单元 并驱动所述执行单元(42)工作从而实现对智能设备的远程监控。
3、 根据权利要求1所述的基于802.11无线网协议的嵌入式控制器，其特征 在于所述的网络接入模块(3)还包括与所述的微控制器模块(1)的通信接 口相连接的以太网接入模块(31)，所述的以太网接入模块(31)用于实现现场 控制网络的智能设备接入到以太网中从而进行数据通信。
4、 根据权利要求1所述的基于802.11无线网协议的嵌入式控制器，其特征 在于所述的无线网络模块为支持IEEE 802.11b/g协议标准嵌入式模块。
5、 根据权利要求1所述的基于802.11无线网协议的嵌入式控制器，其特征 在于所述的现场总线控制器包括RS232/485控制器、CAN控制器、LIN控制器、 ModBus控制器。
6、 根据权利要求1所述的基于802.11无线网协议的嵌入式控制器，其特征在于所述的微控制器模块(1)还包括将数据写入到所述微控制器模块(1)中或将数据从所述微控制器模块(1)中读出的数据读写接口。
7、根据权利要求6所述的基于802.11无线网协议的嵌入式控制器，其特征在于所述的数据读写接口为SD卡接口或MMC卡接口 。
全文摘要
本发明涉及一种基于802.11无线网协议的嵌入式控制器，包括用于执行核心控制的微控制器模块，连接在所述微控制器模块与现场控制网络之间进行数据交换的现场总线接入模块，支持IEEE802.11标准的无线网络模块的网络接入模块，微控制器模块通过网络接入模块接收来自无线局域网监控主机的数据并经由现场总线接入模块输入至现场控制网络中的智能设备或微控制器模块通过现场总线接入模块将从现场控制网络中的智能设备中接收到的数据通过网络接入模块发送到无线局域网，从而实现智能设备的无线接入。因此，通过将嵌入式控制器作为无线嵌入式网关可实现异构协议互联，实现对设备及控制网络的远程无线监控。
文档编号G05B19/418GK101201620SQ20071017207
公开日2008年6月18日 申请日期2007年12月11日 优先权日2007年12月11日
发明者付保川, 奚雪峰, 班建民, 陆卫忠 申请人:苏州科技学院