一种带有EtherCAT协议接口的ARM核心板的制作方法

一种带有ethercat协议接口的arm核心板
技术领域
1.本实用新型涉及嵌入式核心板技术领域，尤其涉及一种带有ethercat协议接口的arm核心板。


背景技术：

2.目前，嵌入式技术在通讯、网络、工控、医疗、电子等领域发挥着越来越重要的作用。arm核心板有着丰富的功能和超高的性价比，适合众多嵌入式开发者学习和研究，在工业控制、通讯、物联网、车联网等行业应用广泛。
3.然而，现有的arm核心板功能较单一，不能根据实际使用需求提供相应的功能。运用到工业控制场景时，由于没有兼容ethercat协议，导致将arm核心板集成到工业控制产品中时需要进行协议兼容的相关处理，工业设备相互之间通信的实时性和可靠性不高，arm核心板没有在工业控制领域发挥出自身应有的优势。
4.因此，需要设计一种带有ethercat协议接口的arm核心板，降低arm核心板在工业控制中应用的复杂程度，提高工业设备数据交互的实时性和可靠性。


技术实现要素：

5.有鉴于此，有必要提供一种带有ethercat协议接口的arm核心板，用以解决现有技术中arm核心板在工业控制中存在的集成难度高、通信效率低的问题。
6.为达到上述技术目的，本实用新型采取了以下技术方案：
7.本实用新型提供了一种带有ethercat协议接口的arm核心板，应用于工业设备控制系统中，包括：数据采集接口、主控芯片、静态存储器和从站控制器；所述主控芯片与所述数据采集接口、所述从站控制器和所述静态存储器连接；
8.所述数据采集接口，用于获取实时监测数据，并将所述实时监测数据发送给所述主控芯片；
9.所述主控芯片，用于接收所述数据采集接口发送的实时监测数据，根据所述实时监测数据发送实时分析数据给所述从站控制器、接收所述从站控制器返回的操作指令，根据所述操作指令发送控制信号给所述从站控制器，在所述静态存储器中写入或读取存储数据；
10.所述从站控制器，用于接收所述主控芯片发送的实时分析数据，将所述实时分析数据发送给主站工业设备，接收所述主站工业设备发送的操作指令，并将所述操作指令发送给所述主控芯片，接收所述主控芯片发送的控制信号，并将所述控制信号发送给从站工业设备；
11.所述静态存储器，用于对存储数据进行保存。
12.进一步地，还包括地址译码器，所述地址译码器与所述主控芯片和所述静态存储器连接；
13.所述地址译码器，用于接收所述主控芯片发送的地址信息，对所述地址信息进行
译码，得到存储单元信息，将所述存储单元信息发送给所述主控芯片，并对所述静态存储器进行使能控制；
14.所述主控芯片，还用于发送地址信息给所述地址译码器、接收所述地址译码器发送的存储单元信息，根据所述存储单元信息在所述静态存储器中写入或读取存储数据。
15.进一步地，所述从站控制器包括多个以太网端口和多个phy芯片。
16.进一步地，所述从站控制器包括hbi接口。
17.进一步地，所述数据采集接口包括温湿度传感器和数模转换电路。
18.进一步地，还包括下载电路；所述下载电路与所述主控芯片连接；
19.所述下载电路用于更新所述主控芯片的控制程序。
20.进一步地，还包括复位电路；所述复位电路与所述主控芯片连接；
21.所述复位电路用于对所述主控芯片进行重启。
22.进一步地，还包括状态指示电路；所述状态指示电路与所述主控芯片连接；
23.所述状态指示电路用于显示所述主控芯片的工作状态。
24.进一步地，所述主控芯片包括fsmc接口。
25.进一步地，所述主控芯片包括哈希处理模块。
26.与现有技术相比，本实用新型的有益效果包括：通过数据采集接口获取设备运行环境的实时监测数据，通过所述主控芯片对所述实时监测数据进行分析，得到实时分析数据，并将所述实时分析数据发送给所述从站控制器；所述从站控制器将实时分析数据发送给主站工业设备，并接收所述主站工业设备发送的操作指令，将所述操作指令发送给主控芯片；所述主控芯片接收到操作指令后发送控制信号给从站控制器，所述从站控制器将所述控制信号发送给从站工业设备。本实用新型通过主控芯片和从站控制器使主站工业设备能够快速获取设备运行状态的变化，及时对从站工业设备发出控制信息，调整从站工业设备的运行模式，避免出现设备运行异常的状况；极大地减少了主站工业设备和从站工业设备之间通信存在的传输延时，充分利用ethercat全双工的特性，使通信实时性得到了提升，通信稳定性、可靠性以及有效数据利用率也显著提高，降低了arm核心板在工业控制中应用的复杂程度。通过静态存储器对数据进行存储，为后续的数据分析和工业设备管理优化提供了数据基础，并且能够防止历史数据在系统出现故障时被误删。
附图说明
27.图1为本实用新型提供的一种带有ethercat协议接口的arm核心板的一实施例的结构框架图；
28.图2为本实用新型提供的一种带有ethercat协议接口的arm核心板的另一实施例的结构框架图；
29.图3为本实用新型提供的从站控制器的一实施例的电路结构图；
30.图4为本实用新型提供的静态存储器的一实施例的电路结构图；
31.图5为本实用新型提供的地址译码器的一实施例的电路结构图。
具体实施方式
32.下面结合附图来具体描述本实用新型的优选实施例，其中，附图构成本技术一部
分，并与本实用新型的实施例一起用于阐释本实用新型的原理，并非用于限定本实用新型的范围。
33.在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
34.在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本实用新型的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
35.本实用新型提供了一种带有ethercat协议接口的arm核心板，请参阅图1，图1为本实施例提供的带有ethercat协议接口的arm核心板的结构框架图，包括：数据采集接口101、主控芯片102、静态存储器104和从站控制器103；所述主控芯片102与所述数据采集接口101、所述从站控制器103和所述静态存储器104连接。
36.所述数据采集接口101，用于获取实时监测数据，并将所述实时监测数据发送给所述主控芯片102；
37.所述主控芯片102，用于接收所述数据采集接口101发送的实时监测数据，根据所述实时监测数据发送实时分析数据给所述从站控制器103、接收所述从站控制器103返回的操作指令，根据所述操作指令发送控制信号给所述从站控制器103，在所述静态存储器104中写入或读取存储数据；
38.所述从站控制器103，用于接收所述主控芯片102发送的实时分析数据，将所述实时分析数据发送给主站工业设备，接收所述主站工业设备发送的操作指令，并将所述操作指令发送给所述主控芯片102，接收所述主控芯片102发送的控制信号，并将所述控制信号发送给从站工业设备；
39.所述静态存储器104，用于对存储数据进行保存。
40.本实用新型实施例提供的一种带有ethercat协议接口的arm核心板，通过数据采集接口获取设备运行环境的实时监测数据，通过所述主控芯片对所述实时监测数据进行分析，得到实时分析数据，并将所述实时分析数据发送给所述从站控制器；所述从站控制器将实时分析数据发送给主站工业设备，并接收所述主站工业设备发送的操作指令，将所述操作指令发送给主控芯片；所述主控芯片接收到操作指令后发送控制信号给从站控制器，所述从站控制器将所述控制信号发送给从站工业设备。本实用新型通过主控芯片和从站控制器使主站工业设备能够快速获取设备运行状态的变化，及时对从站工业设备发出控制信息，调整从站工业设备的运行模式，避免出现设备运行异常的状况；极大地减少了主站工业设备和从站工业设备之间通信存在的传输延时，充分利用ethercat全双工的特性，使通信实时性得到了提升，通信稳定性、可靠性以及有效数据利用率也显著提高，降低了arm核心板在工业控制中应用的复杂程度。通过静态存储器对数据进行存储，为后续的数据分析和工业设备管理优化提供了数据基础，防止历史数据在系统出现故障时被误删。
41.为了对静态存储器的存储空间进行充分的利用，提高数据读写速率，如图2所示，作为优选的实施例，还包括地址译码器105，所述地址译码器105与所述主控芯片102和所述静态存储器104连接；
42.所述地址译码器105，用于接收所述主控芯片102发送的地址信息，对所述地址信息进行译码，得到存储单元信息，将所述存储单元信息发送给所述主控芯片102，并对所述
静态存储器104进行使能控制；
43.所述主控芯片102，还用于发送地址信息给所述地址译码器105、接收所述地址译码器105发送的存储单元信息，根据所述存储单元信息在所述静态存储器104中写入或读取存储数据。
44.所述主控芯片主要完成ethercat通信中的应用层功能，而所述从站控制器主要实现ethercat通信方式中的数据链路层功能，负责对主站工业设备和从站工业设备间的协议进行处理。作为优选的实施例，所述从站控制器包括多个以太网端口和多个phy芯片；通过多个以太网端口可以实现工业设备的线性连接、星形连接以及树形连接等多种拓扑结构；多个phy芯片可以对传输方式进行配置，为开发人员的功能开发提供极大的便利。
45.作为优选的实施例，所述从站控制器包括hbi接口。通过hbi接口可实现数据的高速通信。
46.作为优选的实施例，所述数据采集接口包括温湿度传感器和数模转换电路。通过温湿度传感器可以对工业设备的温度和湿度进行实时监测，并根据预设温湿度阈值判断工业设备运行的状态。通过数模转换电路，可以将所述数据采集接口所连接的外设发送的模拟信号转换为数字信号，为工业设备系统控制提供基础的监测数据。
47.作为优选的实施例，还包括下载电路；所述下载电路与所述主控芯片连接；
48.所述下载电路用于更新所述主控芯片的控制程序。
49.根据不同的工业设备运行要求，对主控芯片的控制程序进行更新，满足了工业设备控制系统的实际需求。
50.作为优选的实施例，还包括复位电路；所述复位电路与所述主控芯片连接；
51.所述复位电路用于对所述主控芯片进行重启。
52.通过复位电路在主控芯片出现故障时进行重启，保障所述arm核心板运行的稳定性。
53.作为优选的实施例，还包括状态指示电路；所述状态指示电路与所述主控芯片连接；
54.所述状态指示电路用于显示所述主控芯片的工作状态。
55.作为优选的实施例，所述主控芯片包括fsmc接口。通过fsmc接口与所述从站控制器进行通信，实现了对不同型号从站控制器的兼容，并且具有较高的数据通信效率。
56.作为一个具体的实施例，所述带有ethercat协议接口的arm核心板由5v直流电源供电，可方便集成到工业控制等产品中，适用于于嵌入式的学习、原型开发以及智能系统的控制模块。
57.下面结合图3-图5对上述技术方案进行详细说明。
58.所述主控芯片的型号为stm32f407igt6，所述主控芯片包括32位带fpu浮点cortex-m4内核，具有性能高、实时性好和功耗低的优点。所述主控芯片具有1mb的内部flash、并行总线fsmc，其中所述flash有1万次的擦写寿命；所述并行总线fsmc支持cf、sram、psram、nor和nand存储器lcd并口，8080/6800等模式。采用stm32f407igt6作为主控芯片可以满足工业控制中的数据处理精度和效率，提高工业数据通信的实时性。
59.如图3所示，所述从站控制器的型号为lan9252，图3是所述从站控制器的电路结构图。lan9252内部集成了两个phy芯片，可以配置为全双100mbps铜缆(100base-tx)或者
100mbps光纤(100base-fx)传输方式。lan9252具有低引脚数与小尺寸封装的优点，且含有两个以太网phy，极大的方便开发人员进行开发。lan9252带有4kb的dpram、3个现场总线存储器管理接口fmmu及4个sm通道管理器。此外，lan9252还支持hp auto-mdix功能，带有3个以太网端口，可以实现线性连接、星形连接以及树形连接等多种拓扑结构。
60.所述主控芯片stm32f407igt6通过fsmc接口与所述从站控制器lan9252的hbi接口进行数据交互，保证了通信的实时性和可靠性。
61.如图4所示，图4为所述静态存储器的电路结构图，所述静态存储器的型号为is61wv102416bll。通过静态存储器对数据进行存储，为后续的数据分析和工业设备管理优化提供了数据基础，并且能够防止历史数据在系统出现故障时被误删。
62.如图5所示，图5为所述地址译码器的电路结构图，通过所述地址译码器，实现了16位单阶段锁存的地址与数据复用的寻址方式，提高了数据读取和写入的速率。
63.作为优选的实施例，所述主控芯片包括哈希处理模块。通过哈希处理模块对数据进行加密，保证了工业数据通信的安全性。
64.作为一个具体的实施例，所述主控芯片的型号为stm32f415或stm32f417。stm32f415/417具有哈希处理模块，可对工业设备通信数据进行加密，保证数据传输的安全性。
65.本实用新型提供了一种带有ethercat协议接口的arm核心板，通过数据采集接口获取设备运行环境的实时监测数据，通过所述主控芯片对所述实时监测数据进行分析，得到实时分析数据，并将所述实时分析数据发送给所述从站控制器；所述从站控制器将实时分析数据发送给主站工业设备，并接收所述主站工业设备发送的操作指令，将所述操作指令发送给主控芯片；所述主控芯片接收到操作指令后发送控制信号给从站控制器，所述从站控制器将所述控制信号发送给从站工业设备。本实用新型通过主控芯片和从站控制器使主站工业设备能够快速获取设备运行状态的变化，及时对从站工业设备发出控制信息，调整从站工业设备的运行模式，避免出现设备运行异常的状况；极大地减少了主站工业设备和从站工业设备之间通信存在的传输延时，充分利用ethercat全双工的特性，使通信实时性得到了提升，通信稳定性、可靠性以及有效数据利用率也显著提高，降低了arm核心板在工业控制中应用的复杂程度。通过静态存储器对数据进行存储，为后续的数据分析和工业设备管理优化提供了数据基础，并且能够防止历史数据在系统出现故障时被误删。
66.以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。