专利名称：ZigBee网以太网数据转换小型基站的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种数据转换小型基站，尤其涉及ZigBee网以太网数据转换小型基站。
背景技术：
目前，在工业现场的智能化管理中，大部分运用的是单一的工业现场总线或以太 网的方式将各个设备互联起来，实现各个设备之间的通讯和管理。但是随着工业规模的增 大，线缆的数目，线缆的连接点的数目都在爆炸式的增长，这使得现有的有线总线的通讯方 式在工业现场的铺设难度也在急剧地增大，而且当工厂要更新设备或者增加设备的时候， 工业现场的通信电缆可能就需要重新铺设，这就造成人力物力的浪费，所以传统的与有线 通讯方式在可重用性和可升级性方面很差。随着通讯技术的飞速发展，短距离无线通讯技术成为通讯领域的一大热点。由于 工业自动化、家庭自动化、遥测自动化、汽车自动化、农业自动化等的需要都迫切渴望有一 种低成本，近距离，低功耗，组网能力强等优点的无线互联技术标准，在这样的背景下产生 了 ZigBee无线传感器网络。ZigBee技术是一种近距离，低成本，低复杂度的双向无线通讯 技术。因此将ZigBee技术应用于工业现场的各个设备的通讯，可以克服传统的有线通讯方 式的铺设难度大，可重用性差，可升级性差等缺点。由于ZigBee技术是一种近距离的双向无线通讯技术，因此工业现场如果使用 ZigBee技术作为通讯手段，那么工业现场的控制不能实现远程控制，例如，对于大规模的工 业生产现场的厂区(例如矿井，炼钢厂等等)由于面积广阔，使用短距离的无线控制根本无 法满足需求。综上所述，现有的技术有待进一步改进。
发明内容
本发明的目的是提供ZigBee网以太网数据转换小型基站，它能在工业现场任意 临时的添加各种设备，可以工业现场的远程控制和数据交换，而且节点可以重复利用，减小 了工业现场的布线成本和线缆铺设成本。为了解决背景技术所存在的问题，本发明是采用以下技术方案它由FPGA并行处 理单元1、存储单元2、数据备份中心3、串口转以太网模块4、外扩IO 口 5、MG2455收发单元 6和电源管理部分7组成，FPGA并行处理单元1与存储系统2和数据备份中心3相连，FPGA 并行处理单元1的外面接有外扩IO 口 5，MG2455收发单元6通过SPI接口与FPGA并行处 理单元1相连，串口转以太网模块4通过RS232串口与FPGA并行处理单元1相连，电源管 理部分7分别与FPGA并行处理单元1、存储单元2、数据备份中心3、串口转以太网模块4、 外扩IO 口 5和MG2455收发单元6相连。本发明是基站通过无线环境收集相关终端的数据和控制信息，经过FPGA的打包 成特定的帧结构后通过以太网完成和上位机PC的信息交互。上位机PC通过发送指定的 控制帧来通过广播的方式来实现对各个移动或者固定终端的控制功能。其中FPGA并行处理单元1是用来完成数据帧和控制帧的编解码，实现数据链路和控制链路的信息转发(从 有线到有线、从无线到无线)，数据存储，以及网络的唤醒功能；MG2455收发单元2完成 ZigBee网络数据的接收和发送，并通过SPI与FPGA并行处理单元进行数据交换，以及与各 种受控设备的ZigBee节点进行通讯，电源管理模块向MG2455 ZigBee收发单元供电；数据 备份中心(SD卡电路单元)3实现当以太网线路中断时候将上行链路的数据暂时保存。读 写SD卡的功能是由FPGA的软核nios以程序代码的方式实现；串口转以太网模块4:实现以 太网数据的接收和发送功能，并以串口的方式与FPGA并行处理单元进行接口 ；存储器单元 包括NAND Flash芯片和SDRAM芯片，其中NAND Flash芯片与FPGA的接口是8位的，SDRAM 芯片与FPGA的接口是16位的。NAND Flash用于固化nios的程序，SDRAM主要是存储nios 程序中的变量，堆栈并作为内存使用；电源管理部分7电源部分分别输出3. 3V和1. 2V的电 压，3. 3V供给所有的数字IO电压，1.2V是FPGA的内核电压和PLL电压。 本发明与以往的单独的以太网，ZigBee，传统的有线通讯方案相比，使得工业现 场的控制变得更加智能，系统的升级更加灵活，通讯系统的安装更加简单，而且可重用性加 强。此外，本发明的设计上也具有新颖的地方，基站本身具有采用了 FPGA并行处理的方式， 使得系统具有双工的工作方式，此外系统还具有自动修复链路，数据存储，备份数据发送功 能，使得系统能够更加安全可靠的运行，保证工业现场可靠的数据通讯。
图1为本发明系统硬件结构图；图2为本发明硬件系统软件总体结构图。
具体实施例方式参照图1-2，本发明采用以下技术方案它由FPGA并行处理单元1、存储单元2、数 据备份中心3、串口转以太网模块4、外扩IO 口 5、MG2455收发单元6和电源管理部分7组 成，FPGA并行处理单元1与存储系统2和数据备份中心3相连，FPGA并行处理单元1的外 面接有外扩IO 口 5，MG2455收发单元6通过SPI接口与FPGA并行处理单元1相连，串口转 以太网模块4通过RS232串口与FPGA并行处理单元1相连，电源管理部分7分别与FPGA 并行处理单元1、存储单元2、数据备份中心3、串口转以太网模块4、外扩IO 口 5和MG2455 收发单元6相连。本具体实施方式
是基站通过无线环境收集相关终端的数据和控制信息，经过FPGA 的打包成特定的帧结构后通过以太网完成和上位机PC的信息交互。上位机PC通过发送指 定的控制帧来通过广播的方式来实现对各个移动或者固定终端的控制功能。其中FPGA并 行处理单元1是用来完成数据帧和控制帧的编解码，实现数据链路和控制链路的信息转发 (从有线到有线、从无线到无线)，数据存储，以及网络的唤醒功能；MG2455收发单元2完成 ZigBee网络数据的接收和发送，并通过SPI与FPGA并行处理单元进行数据交换，以及与各 种受控设备的ZigBee节点进行通讯，电源管理模块向MG2455 ZigBee收发单元供电；数据 备份中心(SD卡电路单元)3实现当以太网线路中断时候将上行链路的数据暂时保存。读 写SD卡的功能是由FPGA的软核nios以程序代码的方式实现；串口转以太网模块4:实现以 太网数据的接收和发送功能，并以串口的方式与FPGA并行处理单元进行接口 ；存储器单元包括NAND Flash芯片和SDRAM芯片，其中NAND Flash芯片与FPGA的接口是8位的，SDRAM芯片与FPGA的接口是16位的。NAND Flash用于固化nios的程序，SDRAM主要是存储nios 程序中的变量，堆栈并作为内存使用；电源管理部分7电源部分分别输出3. 3V和1. 2V的电 压，3. 3V供给所有的数字IO电压，1. 2V是FPGA的内核电压和PLL电压。
本具体实施方式
与以往的单独的以太网，ZigBee，传统的有线通讯方案相比，使得 工业现场的控制变得更加智能，系统的升级更加灵活，通讯系统的安装更加简单，而且可重 用性加强。此外，本项发明的设计上也具有新颖的地方，基站本身具有采用了 FPGA并行处 理的方式，使得系统具有双工的工作方式，此外系统还具有自动修复链路，数据存储，备份 数据发送功能，使得系统能够更加安全可靠的运行，保证工业现场可靠的数据通讯。
权利要求
ZigBee网以太网数据转换小型基站，其特征在于它由FPGA并行处理单元(1)、存储单元(2)、数据备份中心(3)、串口转以太网模块(4)、外扩IO口(5)、MG2455收发单元(6)和电源管理部分(7)组成，FPGA并行处理单元(1)与存储系统(2)和数据备份中心(3)相连，FPGA并行处理单元(1)的外面接有外扩IO口(5)，MG2455收发单元(6)通过SPI接口与FPGA并行处理单元(1)相连，串口转以太网模块(4)通过RS232串口与FPGA并行处理单元(1)相连，电源管理部分(7)分别与FPGA并行处理单元(1)、存储单元(2)、数据备份中心(3)、串口转以太网模块(4)、外扩IO口(5)和MG2455收发单元(6)相连。
全文摘要
ZigBee网以太网数据转换小型基站，它涉及一种数据转换小型基站，它由FPGA并行处理单元(1)与存储系统(2)和数据备份中心(3)相连，FPGA并行处理单元(1)的外面接有外扩IO口(5)，MG2455收发单元(6)通过SPI接口与FPGA并行处理单元(1)相连，串口转以太网模块(4)通过RS232串口与FPGA并行处理单元(1)相连，电源管理部分(7)分别与FPGA并行处理单元(1)、存储单元(2)、数据备份中心(3)、串口转以太网模块(4)、外扩IO口(5)和MG2455收发单元(6)相连。它使工业现场的控制变得更加智能，系统的升级更加灵活，通讯系统的安装更加简单，而且可重用性加强。
文档编号H04W88/08GK101815367SQ200910266158
公开日2010年8月25日 申请日期2009年12月30日 优先权日2009年12月30日
发明者万洪涛, 任龙博, 唐小勇, 孙卫东, 张德军, 李明璋, 李汉杰, 王超, 穆海军, 郭东东, 陆振华, 陈刚 申请人:青岛三同数字科技有限责任公司