专利名称：一种用于工业控制的GPS-WorldFIP网关的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于工业控制的GPS-WorldFIP网关，尤其涉及一种将列车 的速度、位置和海拔等信息传送到WorldFIP总线上的GPS-WorldFIP网关。
背景技术：
WorldFIP网络是一种专门为工业现场总线设计的网络，由于它的实时性、同步性、 可靠性的特点，目前已成为一种在国内外大量使用的高可靠性现场总线网络。与TCN网络 类似，WorldFIP使用差分曼彻斯特码传输，并采用主从方式，网络由仲裁器和若干用户站组 成。WorldFIP使用信息生产者和消费者的概念，每个用户站可以有多个生产者/消费者变 量。任何时候，生产者只能有一个，而消费者可以是1个或多个。 WorldFIP控制技术也被广泛应用于列车控制，随着对列车控制技术的要求越来 越高，需要实时的列车速度、位置和海拔等信息，目前列车速度的信息是通过在列车上安装 速度传感器进行实时测量获得的，而列车的海拔和位置等信息列车上还没有相应的测量装 置，也没有参与到控制中。 GPS全球定位系统的基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距 离，然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。全球定位系统的主要特点一是 全天候；二是全球覆盖；三是三维定速定时高精度；四是快速省时高效率；五是应用广泛。 如果应用GPS技术，可以直接将列车的速度、位置和海拔等信息通过WorldFIP发给列车的 主控单元MPU，并参与到控制中。 但是，GPS网络的数据不能直接与WorldFIP总线互联，需要一个由GPS网络到 WorldFIP总线之间的数据转换装置，即GPS-WorldFIP网关，以便将GPS网络的数据传送到 WorldFIP上。 中国专利ZL200920014076. 4公开了一种用于工业控制的GPS-RS485网关，但由于 RS485总线也不同于WorldFIP总线，因此不能直接用作GPS-WorldFIP网关。
发明内容为解决现有技术存在的上述问题，本实用新型要设计一种将GPS定位技术获得的 速度、位置、海拔等信息发送到WorldFIP总线上的用于工业控制的GPS-WorldFIP网关。 为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下一种用于工业控制的 GPS-WorldFIP网关，包括WorldFIP总线隔离变压器、WorldFIP总线驱动器、WorldFIP协 议控制器和中央处理单元，还包括GPS接收模块，所述的GPS接收模块与中央处理单元通 过串行口连接，所述的WorldFIP协议控制器与中央处理单元通过内部总线连接，所述的 WorldFIP总线隔离变压器是WorldFIP总线驱动器与WorldFIP物理层的电气接口 ，所述的 GPS接收模块通过天线与GPS网络连接，所述的中央处理单元安装有将GPS网络数据转换为 WorldFIP总线数据的程序软件。 本实用新型所述的中央处理单元核心部件采用C8051F040芯片。[0010] 本实用新型所述的GPS接收模块采用SkyNav GM10接收模块。本实用新型所述的WorldFIP协议控制器选用FULLFIP2控制器。本实用新型WorldFIP总线隔离变压器选用FIELDTR变压器，WorldFIP总线驱动
器选用FIELDRIVE驱动器。 与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果 1、由于本实用新型将通过GPS接收模块获得的速度、位置、海拔等信息送到 WorldFIP总线上，列车主控单元MPU从WorldFIP上获取信息，可以实时地测得列车的位置、 速度、海拔等信息，可以对列车的运行轨迹进行有效跟踪，也可以对列车进行控制，避免列 车追尾、相撞等事故的发生，并且具有高可靠性、高信息量、高灵活性以及安装方便、易于使 用的特点。 2、由于本实用新型填补了国内这一领域的空白，为工业控制的WorldFIP总线和 GPS网络的结合提供了解决方案，具有设计新颖、高可靠性、高灵活性和成本低廉的特点，在 列车、高速动车组、城市轻轨、地铁、汽车、农林机械等工业领域有广泛的应用前景。
本实用新型仅有附图1张，其中 图1为用于工业控制的GPS-WorldFIP网关的结构框图。 图中1 、中央处理单元，2、 GPS接收模块，3、 WorldFIP协议控制器，4、 WorldFIP总 线驱动器，5、 WorldFIP总线隔离变压器。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型进行进一步地描述。如图1所示，一种用于工业控制 的GPS-WorldFIP网关，包括WorldFIP总线隔离变压器5、WorldFIP总线驱动器4、WorldFIP 协议控制器3、中央处理单元1和GPS接收模块2，还包括图中未表示的MAX232电平转换与 DB9接口电路，所述的GPS接收模块2与中央处理单元1通过串行口连接，所述的WorldFIP 协议控制器3与中央处理单元1通过内部总线连接，所述的WorldFIP总线隔离变压器5是 WorldFIP总线驱动器4与WorldFIP物理层的电气接口，所述的GPS接收模块2通过天线 与GPS网络连接，所述的中央处理单元1安装有将GPS网络数据转换为WorldFIP总线数据 的程序软件。所述的中央处理单元1核心部件采用C8051F040芯片。所述的中央处理单元 1的C8051F040芯片是完全集成的混合信号片上系统型MCU，具有64个数字1/0引脚，片内 采用Silicon Lab的专利CIP-51微控制器内核。所述的GPS接收模块2采用SkyNav GM10 接收模块。 本实用新型所述的中央处理单元1的芯片上的每个MCU都可在-45 +851:的工 业温度范围内工作，工作电压为2.7 3. 6V。由于能耗记录仪的应用需要，要求设备具有存 储数据的功能，当系统暂时掉电时，FLASH存储器除了用于存储程序代码之外还可以用于非 易失性数据存储，这就有效地保证了应用的安全可靠；中央处理单元芯片不仅完成GPS过 程数据功能、消息数据功能和总线管理功能，也完成WorldFIP总线链路层和应用层功能。 本实用新型选用的WorldFIP协议控制器是WorldFIP网络的核心部件，选用 FULLFIP2控制器，它可以实现WorldFIP现场总线绝大多数的设备联接和应用协议，包括数据链路层的周期和非周期的缓冲传送和信息服务、具有总线仲裁功能，包括提示、刷新和同 步机制。该芯片一旦配置成功，它将能独自完成相关的网络功能，并将相关数据存入自有的 存储器，供用户调用，FIP隔离变压器的任务是将WorldFIP外电路信号经过磁隔离送入FIP 总线驱动器和/或将FIP总线驱动器的信号经高频变压器送入WorldFIP网络。 本实用新型工作时，所述的GPS接收模块2将接收到的列车速度、位置和海拔等 信息传送到中央处理单元1进数据处理后，再经过WorldFIP协议控制器3、 WorldFIP总线 驱动器4和WorldFIP总线隔离变压器5将速度、位置和海拔信息传送到WorldFIP上。所 述的WorldFIP协议控制器3根据WorldFIP通讯协议规定，接收WorldFIP过程数据帧，经 过解码处理后存入存储器中；读取中央处理单元1写入存储器中的过程数据，经过编码生 成WorldFIP过程数据帧发送到WorldFIP。所述的中央处理单元1 一方面要读取GPS接收 模块2接收到的数据，还要通过标准的总线读写来控制WorldFIP协议控制器3发送或者接 收WorldFIP的数据。所述的WorldFIP总线隔离变压器4是WorldFIP的接口电路，用于 WorldFIP总线驱动器4与WorldFIP总线的隔离，保护WorldFIP协议控制器3以及周边电 路，并起到抵抗来自WorldFIP总线电磁干扰的作用。 以上所述，仅为本实用新型较佳的一种具体实施方式
。
权利要求一种用于工业控制的GPS-WorldFIP网关，包括WorldFIP总线隔离变压器(5)、WorldFIP总线驱动器(4)、WorldFIP协议控制器(3)和中央处理单元(1)，其特征在于还包括GPS接收模块(2)，所述的GPS接收模块(2)与中央处理单元(1)通过串行口连接，所述的WorldFIP协议控制器(3)与中央处理单元(1)通过内部总线连接，所述的WorldFIP总线隔离变压器(5)是WorldFIP总线驱动器(4)与WorldFIP物理层的电气接口，所述的GPS接收模块(2)通过天线与GPS网络连接，所述的中央处理单元(1)安装有将GPS网络数据转换为WorldFIP总线数据的程序软件。
2. 根据权利要求1所述的用于工业控制的GPS-WorldFIP网关，其特征在于所述的中 央处理单元(1)核心部件采用C8051F040芯片。
3. 根据权利要求1所述的用于工业控制的GPS-WorldFIP网关，其特征在于所述的 GPS接收模块(2)采用SkyNav GM10接收模块。
4. 根据权利要求1所述的用于工业控制的GPS-WorldFIP网关，其特征在于所述的 WorldFIP协议控制器选用FULLFIP2控制器。
5. 根据权利要求1所述的用于工业控制的GPS-WorldFIP网关，其特征在于所述的 WorldFIP总线隔离变压器选用FIELDTR变压器，WorldFIP总线驱动器选用FIELDRIVE驱动 器。
专利摘要本实用新型公开了一种用于工业控制的GPS-WorldFIP网关，包括WorldFIP总线隔离变压器、WorldFIP总线驱动器、WorldFIP协议控制器、中央处理单元和GPS接收模块，GPS接收模块与中央处理单元通过串行口连接，WorldFIP协议控制器与中央处理单元通过内部总线连接，GPS接收模块通过天线与GPS网络连接，中央处理单元安装有将GPS网络数据转换为WorldFIP总线数据的程序软件。由于本实用新型将通过GPS接收模块获得的速度、位置、海拔等信息送到WorldFIP总线上，具有高可靠性、高灵活性和成本低廉的特点，在列车、高速动车组、城市轻轨等工业领域有广泛的应用前景。
文档编号H04L12/28GK201536375SQ20092020395
公开日2010年7月28日 申请日期2009年10月16日 优先权日2009年10月16日
发明者于跃, 任宝兵, 景海林, 杜振环, 王晓鹏 申请人:中国北车股份有限公司大连电力牵引研发中心