一种基于Cortex-M处理器的KNX-BACnet/IP协议转换网关的制作方法
【技术领域】
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[0001]本发明属于楼宇自控技术领域，特别涉及基于KNX和BACnet/IP协议的楼宇自动化控制技术领域。
【背景技术】
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[0002]KNX是Konnex的缩写，1999年5月，欧洲三大总线协议EIB、BatiBus和HlSA合并成立了 Konnex协会，推出了 KNX协议。该协议以EIB为基础，兼顾了 BatiBus和HlSA的物理层规范并吸收了 BatiBus和HlSA中配置模式等优点，提供了家庭、楼宇自动化的完整解决方案。KNX是被正式批准的住宅和楼宇控制领域的开放式国际标准，同时KNX在2013年5月成为了中国国家推荐性标准GB/T 20965-2013《控制网络HBES技术规范——住宅和楼宇控制系统》。
[0003]BACnet 是 A Data Communicat1n Protocol for Building Automat1n andControl Network的简称，1987年，美国暖通空调工程师协会组织(ASHARE)的标准项目委员会调集了全球多位业内著名专家，经过8年半时间，在1995年6月，ASHARE正式通过全球首个楼宇自控行业通讯标准BACnet，标准编号为ANSI/ASHAREStandardl35_1995，同年12月成为美国国家标准，同时也是欧洲标准。BACnet是一个标准通讯和数据交换协议，定义了一系列的对象类型和服务，使不同厂家的楼宇设备能够实现交互，并能为这些设备提供统一的数据通信服务和协议操作平台。由于BACnet支持多种通信介质，并且数据定义采用基于对象的形式，BACnet在欧洲和北美使用非常广泛。
[0004]虽然KNX与BACnet各自的相关产品都已经很丰富，但对于这两种通信系统的集成网关设备则并不多见，目前使用的集成网关几乎都是国外产品，价格昂贵，而且维护难度较大，国内尚无厂家推出此类产品或服务。
【发明内容】
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[0005]为解决【背景技术】所存在的问题，实现KNX系统和BACnet/IP系统的集成和服务共享，本发明公开了一种基于Cortex-M处理器的易于配置、方便维护、可靠性高的KNX-BACnet/IP协议转换网关。
[0006]本发明从功能上划分，主要包括KNX通信模块，网关配置模块，BACnet/IP通信模块，协议转换模块。
[0007]本发明的KNX通信模块采用总线供电方式，网关配置模块，BACnet/IP通信模块，协议转换模块通过外部电源供电，支持直流9-30VDC供电或者交流24VAC供电。
[0008]本发明的KNX通信模块与网关配置模块、BACnet/IP协议模块、协议转换模块电气隔离。
[0009]本发明的网关配置模块接收上位机的配置服务，实现与上位机配置软件的数据传输。
[0010]本发明的KNX通信模块支持标准的KNX协议，实现对已配置的KNX设备进行监听和操作，支持的KNX数据类型包括:开关量(Switch，I比特)、驱动控制(Drive control，I比特)、优先级(Pr1rity，2比特)、ASC码字符(8比特)、调光(Dimming，4比特)、百分数(Scaling，8 比特)、浮点(Float，16 比特)、计数器(Counter，8/16/32 比特)。
[0011]本发明的BACnet/IP通信模块支持标BACnet/IP协议和TCP/IP协议，支持的对象类型包括:Device type (设备类型)、Analog Input (模拟量输入)、Analog Output (模拟量输出)、Analog Value (模拟量值)、Binary Input (开关量输入)、Binary Output (开关量输出)、Binary Value (开关量值)、Multistate Input (多状态输入)、MultistateOutput (多状态输出)、Multistate Value (多状态值)，支持的服务包括:读属性(ReadProperty)、写属性(Write Property)、读多重属性(Read Property Multiple)、写多重属性(Write Property Multiple)、订阅 COV (Subscribe COV)、确认 COV (Confirmed COVNotificat1n)、非确认 COV (Unconfirmed COV Notificat1n)，同时还支持 BACnet 数值变化COV(Change of Value)有确认通知的超时重传功能。
[0012]本发明的协议转换模块通过管理映射点的集合数据内存池来管理KNX系统与BACnet/IP系统的映射和双向通信功能。
【附图说明】
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[0013]图1为本发明的功能框架示意图。
[0014]图2为本发明的硬件框架示意图。
[0015]图3为本发明的BACnet/IP通信模块示意图。
[0016]图4为本发明的协议映射模块示意图。
[0017]图5为本发明的数据双向交互示意图。
【具体实施方式】
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[0018]参见图1本发明的功能框架示意图，本发明从功能划分，主要包括KNX通信模块，网关配置模块，BACnet/IP通信模块，协议转换模块；其中网关配置模块负责与上位机配置软件通信，定义通信规则、模块参数；KNX通信模块实现了标准的KNX协议，数据报文的接收采用DMA方式，支持最大的KNX设备数取决于本发明自身的内存大小；BACnet/IP通信模块在传统的UDP服务的基础之上实现了 BACnet虚拟数据链路层和BACnet应用层服务，本发明在未配置前，只具有模块本身的BACnet对象属性；网关配置模块通过简洁的共享内存管理和任务调度实现了 BACnet与KNX两种协议的设备映射和数据映射；模块中的关键数据与运行信息都可以通过本发明扩展的RS232串口打印输出。
[0019]参见图2本发明的硬件架构示意图，本发明需要同时接入两种供电方式，一种是通过KNX的直流30VDC完成对KNX通信模块供电，另外一种是通过直流9-30VDC或者交流24VAC完成对本发明的其它部分供电；外接的直流9-30VDC供电或者交流24VAC供电，依次通过本发明中的整流电路部分(I)、滤波电路部分(2)、转5V电路部分(3)、转3.3V电路部分(4)满足对本发明中不同器件的供电。
[0020]进一步，本发明的核心处理器使用ARM架构的Cortex-M处理器(5)，通过RMII接口与以太网802.3的PHY芯片连接(7) ;Cortex-M处理器(5)通过并行的地址与数据总线与外部扩展的SRAM芯片(8)连接；Cortex-M处理器(5)通过SPI接口与外部扩展的EEPROM芯片(9)连接；Cortex-M处理器(5)通过USART接口与RS232电平转换芯片(6)连接；KNX收发电路部分(11)通过磁耦隔离(10)实现与Cortex-M处理器(5)的通信。
[0021]进一步，本发明的地设计分为系统地，模拟地，KNX地以及保护地:系统地包括MCU、存储芯片、以太网芯片等系统电源侧的部分；模拟地为以太网物理层芯片使用；KNX地为KNX总线的地