一种用于多态无线监控网络的多态无线网关的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种用于多态无线监控网络的多态无线网关，包括主控模块、WIFI模块、3G模块、无线射频模块、以太网通信模块、外部存储器、电源管理模块、Profibus总线处理模块以及串口通信模块；所述WIFI模块、3G模块、无线射频模块、以太网通信模块、外部存储器、电源管理模块、Profibus总线处理模块以及串口通信模块均与主控模块连接。本实用新型的多态网关具有标准数据通信接口和物理接口，兼容现有测控系统，底层通信支持433MHz、470MHz、2.4GHz等多个射频频段，外部接口支持以太网、RS232、RS485等标准接口，实现异构网络的物理连接和互操作，解决当前异构网络难以实现互联互通的技术难题。
【专利说明】一种用于多态无线监控网络的多态无线网关
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及无线监控的研宄领域，特别涉及一种用于多态无线监控网络的多态无线网关。
【背景技术】
[0002]生产过程智能化程度低是影响我国工业节能减排的重要因素之一，目前，生产过程智能化已经成为国际工业自动化领域新的研宄热点和发展方向。以低成本工业无线技术为代表的新一代工业测控系统的出现，使得传统不可实现的大规模部署传感器监测成为可能，为过程智能化的实现提供了重要使能技术。过程智能化需求的多样性导致无线监控网络呈现多态特征，迫切需要发展多态无线监控技术与系统。由于多环节应用需求多种多样，相应无线监控网络呈现多态性。当前，基于工业无线的新型测控技术的发展还处于初级阶段，技术往往只侧重于解决某一问题，导致技术的单一性，无法同时满足新型测控系统的多态需求。随着过程智能化应用的快速发展，迫切需要研发多态的无线监控网络技术和系统。作为多态无线监控网络系统的信息处理和转运中枢的多态无线监控网关在系统中起着关键的作用。
实用新型内容
[0003]本实用新型的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种用于多态无线监控网络的多态无线网关。
[0004]为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案:
[0005]一种用于多态无线监控网络的多态无线网关，包括主控模块、WIFI模块、3G模块、无线射频模块、以太网通信模块、外部存储器、电源管理模块、Profibus总线处理模块以及串口通信模块；所述WIFI模块、3G模块、无线射频模块、以太网通信模块、外部存储器、电源管理模块、Profibus总线处理模块以及串口通信模块均与主控模块连接。
[0006]优选的，所述串口通信模块包括RS485串口和RS232串口 ；所述RS485串口和RS232串口均与主控模块连接。
[0007]优选的，所述主控模块采用STM32F407IGT6芯片。
[0008]优选的，所述WIFI模块采用CC3000芯片，所述CC3000芯片与主控模块通过SPI
串行总线连接。
[0009]优选的，所述3G模块采用SM5320芯片，SM5320芯片与主控模块通过串口连接进行数据交换，主控模块通过I/o 口输出复位、唤醒控制信号对3G模块进行控制；所述SIM5320芯片包括USIM接口、UART接口、USB接口以及音频接口。
[0010]优选的，所述无线射频模块为頂470/WIA无线模块，所述頂470/WIA无线模块通过串口与主控模块进行数据通信。
[0011]优选的，所述Profibus总线处理模块采用VPC3+C芯片，所述VPC3+C芯片与主控模块MCU之间通过MCU的I/O 口来模拟Profibus的地址总线和数据总线进行连接，实现总线通信。
[0012]优选的，所述外部存储器包括SRAM和NAND FLASH，所述SRAM和NAND FLASH分别与主控模块连接。
[0013]优选的，所述以太网通信模块与主控模块MCU之间通过RMII方式连接进行通信
[0014]优选的，所述电源管理模块采用两路DC/DC进行降压转换，一路DC/DC作为网关系统的主电源，进行供电；另一路DC/DC为3G模块供电。
[0015]本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果:
[0016]1、本实用新型多态网关具有标准数据通信接口和物理接口，兼容现有测控系统，底层通信支持433MHz、470MHz、2.4GHz等多个射频频段，外部接口支持以太网、RS232、RS485等标准接口，实现异构网络的物理连接和互操作，解决当前异构网络难以实现互联互通的技术难题。
[0017]2、本实用新型的WIFI模块采用高性能低成本芯片CC3000，该芯片只需很少的外围电路设计，即可进行工作，大大降低了网关的制作成本，且可以有效提高SPI总线通信的可靠性以及降低整体的EMI噪声干扰
[0018]3、本实用新型的3G模块采用SM5320作为3G通信芯片，其传输速度快，且外部接口丰富，可以连接多种外部设备。
[0019]4、本实用新型的电源采用工业上常用的24V直流电源供电，也可兼容12V直流电源供电，并采用两路DC/DC降压转换，其中一路专门为3G模块供电，若不需要3G模块工作的话，可让该电源进行休眠，节约能量。
[0020]5、本实用新型的Profibus总线处理模块采用VPC3+C芯片，其具有超低功耗的特征，同时配合其他外围电路可以有效抑制共模干扰信号，并且在输出端通过二极管实现对输出端进行隔离电压过压保护处理，防止静电损坏板级电路。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1本实用新型多态无线网关整体架构图；
[0022]图2本实用新型多态无线网关电路图；
[0023]图3本实用新型以太网通信模块与主控模块MCU之间的连接逻辑框图；
[0024]图4本实用新型WIFI模块内部接口连接框图；
[0025]图5本实用新型WIFI模块的电路原理图；
[0026]图6本实用新型3G模块内部接口连接框图；
[0027]图7本实用新型3G模块的电路原理图；
[0028]图8本实用新型无线射频模块内部接口连接框图；
[0029]图9本实用新型无线射频模块的电路原理图；
[0030]图10本实用新型Profibus总线处理模块电路图；
[0031]图11本实用新型电源管理模块电路图。
【具体实施方式】
[0032]下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。
[0033]实施例
[0034]如图1、图2所示，本实施例一种用于多态无线监控网络的多态无线网关，包括主控模块、WIFI模块、3G模块、无线射频模块、以太网通信模块、外部存储器、电源管理模块、Profibus总线处理模块以及串口通信模块；所述WIFI模块、3G模块、无线射频模块、以太网通信模块、外部存储器、电源管理模块、Profibus总线处理模块以及串口通信模块均与主控模块连接。
[0035]所述主控模块选择ST公司的高性能C0RTEX-M4ARM处理器STM32F4XX系列，并通过FSMC总线外扩16MB的SDRAM和128MB的FLASH，以满足程序开发需求。STM32F4通过并口总线访问VPC3+C芯片，从而控制协议数据的收发。主控模块通过串口与IM系列无线数传模块进行通信，实现2.4GHz,433MHz或470MHz无线网络管理功能，同时通过与WIFI无线模块进行相连，实现WIFI接入功能。通过串口与3G模块相连，通过AT指令对模块进行配置及驱动，实现数据以3G方式传输。
[0036]如图3所示，以太网通信模块与主控模块MCU之间通过RMII方式连接进行通信，该通信方式只占有MCU少量的I/O 口。
[0037]如图4、图5所示，所述WIFI模块采用TI公司的一款高性能低成本芯片CC3000，该芯片只需很少的外围电路设计，即可进行工作。该芯片通过SPI串行总线与主控芯片STM32F407IGT6进行连接。CC3000有测试和功能模式两种工作模式，为了确保CC3000工作在功能模式，需要将其内部的EEPROM和WLAN使能引脚通过O欧电阻连接，如图5中的R1，R2，R4连接所示，电阻R6?RlO起到降低信号反射的作用，提高SPI总线通信的可靠性以及降低整体的EMI噪声干扰。
[0038]如图6、图7所示，3G模块采用芯讯通无线科技公司的SM5320作为3G通信芯片，主控模块通过AT指令对模块进行配置及驱动，实现数据以3G方式传输。该芯片是一款高性价比的WCDMA/HSDPA模块，支持下行速率达3.6Mbps，外部接口丰富，包含US頂接口、UART接口、USB以及音频等接口。通过串口与主控模块进行数据交换，图中电阻R75，R77与三极管Q2组成复位电路，通过主控芯片的I/O输出高低电平来控制三极管Q2的导通与关闭，当三极管导通时3G模块进行复位操作。
[0039]如图8、图9所示，所述无线射频模块为IM470/WIA无线模块，用于实现网关的无线网络通信和管理功能；其采用Silicon Labs公司的一款基于IEEE802.15.4d射频芯片，工作频段范围在240MHz?930MHz之间，可实现全双工无线收发。頂470模块设计工作频率为470MHz，最大通信距离可达2Km，最大发射功率20dBm，通过串口与主控芯片STM32F407IGT6进行数据交换。
[0040]如图10所示，Profibus总线处理模块采用西门子公司的VPC3+C芯片来设计，与主控模块MCU之间通过MCU的I/O 口来模拟Profibus的地址总线和数据总线进行连接，实现总线通信。该芯片支持PROFIBUS DP-V0，DP-V1和DP-V2协议栈，具有超低功耗。主控芯片STM32F407IGT6的I/O 口模拟并口与PROFIBUS模块进行连接。PROFIBUS的输出信号经过带隔离控制芯片ADM2486的电平转换成RS485电平输出。在RS485输出端添加电阻R51、R58、R59的主要作用是对输出端进行阻抗匹配，抑制共模信号干扰，保持差分信号的完整性。并通过输出端TVS 二极管D16对输出端进行隔离电压过压保护处理，防止静电损坏板级电路。
[0041]所述串口通信模块包括RS485串口和RS232串口 ；所述RS485串口和RS232串口均与主控模块连接；RS485和RS232与MCU主要是通过串口 I和串口 4进行连接，可实现RS485和RS232数据传输。所述串口 RS232作为测试和调试的接口，用来辅助开发人员调试和配置参数；所述串口 RS485用作Modbus RTU协议和Profibus总线协议的物理接口。
[0042]所述外部存储器包括SRAM和NAND FLASH，所述SRAM和NAND FLASH分别与主控模块连接，可以扩充存储容量，用于存储数据。
[0043]如图11所示，电源管理模块主要实现将工业24V直流电源转化为系统电源，也可兼容12V直流电源供电。通过TI公司的TPS5430高性能DC/DC降压芯片进行电压转换。该电源系统有两路DC/DC降压转换，一路作为网关系统的主电源，进行供电。另外一路专门为3G模块供电，该路可通过主控芯片STM32F407IGT6来控制是否进行电压转换，若不需要3G模块工作的话，可让该电源进行休眠，节约能量。图中电阻R43与R44，R45与46的比值可实现输出电压值得调节。
[0044]上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种用于多态无线监控网络的多态无线网关，其特征在于，包括主控模块、WIFI模±夬、3G模块、无线射频模块、以太网通信模块、外部存储器、电源管理模块、Profibus总线处理模块以及串口通信模块；所述WIFI模块、3G模块、无线射频模块、以太网通信模块、外部存储器、电源管理模块、Profibus总线处理模块以及串口通信模块均与主控模块连接。
2.根据权利要求1所述用于多态无线监控网络的多态无线网关，其特征在于，所述串口通信模块包括RS485串口和RS232串口 ；所述RS485串口和RS232串口均与主控模块连接。
3.根据权利要求1所述用于多态无线监控网络的多态无线网关，其特征在于，所述主控模块采用STM32F407IGT6芯片。
4.根据权利要求1所述用于多态无线监控网络的多态无线网关，其特征在于，所述WIFI模块采用CC3000芯片，所述CC3000芯片与主控模块通过SPI串行总线连接。
5.根据权利要求1所述用于多态无线监控网络的多态无线网关，其特征在于，所述3G模块采用SM5320芯片，SM5320芯片与主控模块通过串口连接进行数据交换，主控模块通过I/O 口输出复位、唤醒控制信号对3G模块进行控制；所述SM5320芯片包括USM接口、UART接口、USB接口以及音频接口。
6.根据权利要求1所述用于多态无线监控网络的多态无线网关，其特征在于，所述无线射频模块为頂470/WIA无线模块，所述頂470/WIA无线模块通过串口与主控模块进行数据通信。
7.根据权利要求1所述用于多态无线监控网络的多态无线网关，其特征在于，所述Profibus总线处理模块采用VPC3+C芯片，所述VPC3+C芯片与主控模块MCU之间通过MCU的I/O 口来模拟Profibus的地址总线和数据总线进行连接，实现总线通信。
8.根据权利要求1所述用于多态无线监控网络的多态无线网关，其特征在于，所述外部存储器包括SRAM和NAND FLASH，所述SRAM和NAND FLASH分别与主控模块连接。
9.根据权利要求1所述用于多态无线监控网络的多态无线网关，其特征在于，所述以太网通信模块与主控模块之间通过RMII方式连接进行通信。
10.根据权利要求1所述用于多态无线监控网络的多态无线网关，其特征在于，所述电源管理模块采用两路DC/DC进行降压转换，一路DC/DC作为网关系统的主电源，进行供电；另一路DC/DC为3G模块供电。
【文档编号】H04W88/16GK204231673SQ201420805160
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月17日 优先权日:2014年12月17日
【发明者】肖金超, 蒋健波, 程海梅, 邓龙辉, 曾鹏 申请人:广州中国科学院沈阳自动化研究所分所, 中国科学院沈阳自动化研究所