LonWorks无线路由器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种LonWorks无线路由器，包括电源模块，LonWorks路由模块，LonWorks双绞线收发器和由差分曼彻斯特编解码单元、无线射频模块组成的无线射频收发器；所述的LonWorks路由模块与LonWorks双绞线收发器和无线射频收发器连接；所述的LonWorks双绞线收发器一端接入LonWorks双绞线，另一端和LonWorks路由模块连接；所述差分曼彻斯特编解码单元一端和LonWorks路由模块连接，另一端和无线射频模块双向连接。本发明实现了LonWorks无线通信方式，将网络节点的LonWorks无线设备无缝接入LonWorks控制网络中。
【专利说明】LonWorks无线路由器
【技术领域】
[0001]本发明属于无线通信设备领域，具体涉及一种LonWorks无线路由器。
【背景技术】
[0002]国际先进的LonWorks控制网络技术，已广泛应用于众多领域的远程数据采集和传输、远程监测、监控、监管等系统。我国已颁布相关的国家标准、技术规范，如楼宇自控的GB/T20299.4— 2006《建筑及居住区数字化技术应用》，GBZ 20177.1?4-2006《控制网络L0NW0RKS技术规范》。其中，Lonfforks控制网络组网，是将遵循LonMark标准并符合LonTalk协议的网络节点设备，通过接入LonWorks网络控制器实现。迄今，由于LonWorks网络控制器，仅有双绞线和电力线载波有线通信接口，所以，工程项目实施，尤其是在建或已建建筑的LonWorks控制网络通信设施建设、改造，采用敷设双绞线传输线缆的有线通信方式，有些场所工程施工布线难的问题显的非常突出，且施工成本很高。而采用已有电力线的电力载波通信方式，在类似建筑物的应用场合，由于存在供电线路复杂，接入网络的节点设备不在同相电力线或电磁、谐波干扰影响等一系列问题，导致电力载波技术的应用效果并不理想。因此，许多应用场合对于不可能通过有线方式，必须采用无线方式将LonWorks控制网络节点的LonWorks无线设备接入LonWorks控制网络,是一个急待解决的技术问题。随着科学技术的进步和发展，无线射频通信技术已在远程数据采集和传输、远程控制、测控管一体化、远程集抄等系统中广泛应用。所以，宜采用无线通信方式的既可免除大量的管线敷设，又大大降低施工难度并节约施工成本，应用效果极其明显。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是解决在LonWorks控制网络中，对于遵循LonMark标准并符合LonTalk协议的LonWorks控制网络节点的无线设备,无缝地接入LonWorks控制网络所面临的技术难题。本发明提供一种统一协议即无线空中传输LonTalk协议、可同时接入不同种类、功能的LonWorks无线设备；由于无线设备都遵循LonTalk协议，因此设备可主动上报信息；在没有主机干预的情况下，可实现设备之间变量的捆绑即设备之间可互相通信，真正将Lonfforks控制网络节点的无线设备,接入LonWorks网络控制器的双绞线通道,实现无缝接A Lonfforks控制网络。
[0004]本发明采取的技术方案是:一种LonWorks无线路由器，包括用于提供工作电压的电源模块，由两个路由芯片组成的LonWorks路由模块，Lonfforks双绞线收发器和由差分曼彻斯特编解码单元、无线射频模块组成的无线射频收发器；所述的LonWorks路由模块与Lonfforks双绞线收发器和无线射频收发器连接；所述的LonWorks双绞线收发器一端接入Lonfforks双绞线,另一端和LonWorks路由模块连接；所述差分曼彻斯特编解码单元一端和Lonfforks路由模块连接,另一端和无线射频模块双向连接。
[0005]上述方案中，所述LonWorks路由模块中的两个路由芯片U3和U4背靠背双向连接，并每个路由芯片外扩一片EEPR0M，用于存储配置文件；其中的路由芯片U3的数据输入端口和数据输出端口分别连接LonWorks双绞线收发器的数据输出端口和数据输入端口 ；另一个路由芯片U4的数据输入端口和数据输出端口分别连接差分曼彻斯特编解码单元数据输出端口和数据输入端口。
[0006]上述方案中，所述的LonWorks双绞线收发器由双绞线收发器模块U2、电平转换电路Ul、二极管D1A、DIB、D2A、D2B、D3A、D3B、D4A、D4B构成的电压保护电路和电容Cl、C2构成的信号耦合电路组成；所述的双绞线收发器模块U2的两个网络输入端口分别与电压保护电路中D1A、DlB 二极管对和D2A、D2B 二极管对连接；双绞线收发器模块U2中用来提供钳位、瞬时电压的两个端口分别与电压保护电路中D3A、D3B 二极管对和D4A、D4B 二极管对连接；电压保护电路中D1A、DlB 二极管对与双绞线收发器模块U2对应网络输入端口连接的一端同时连接信号耦合电路中电容Cl的一端，电压保护电路中D2A、D2B 二极管对与双绞线收发器模块U2对应网络输入端口连接的一端同时连接信号耦合电路中电容C2的一端，Cl、C2的另一端作为信号输入端连接LonWorks双绞线；双绞线收发器模块U2的数据输出端口与电平转换电路Ul的数据输入端口连接，Ul的数据输出端口连接到LonWorks路由模块数据输入端口即路由芯片U3的数据输入端；双绞线收发器模块U2的数据输入端口连接到LonWorks路由模块数据输出端口即路由芯片U3的数据输出端。
[0007]上述方案中，所述电压保护电路中各二极管对D1A、D1B，D2A、D2B，D3A、D3B，D4A、D4B均是并联逆向连接。
[0008]上述方案中，所述电源模块输入端接有压敏电阻、共模电感、电容，用于提高电源的EMC抗扰性能；输出端输出5V直流电压，供电路系统中需5V电源供电的电路或电子器件，同时还连接一个稳压芯片得到3.3V电压，供电路系统中需3.3V电源供电的元器件。
[0009]上述方案中，所述的差分曼彻斯特编解码单元是由FPGA芯片构成，用于差分曼彻斯特信号和二进制数据格式间相互转换。
[0010]上述方案中，所述LonWorks无线路由器还包括由发光二极管和电阻组成的状态指示电路模块。
[0011]本发明的有益效果:本发明填补了在LonWorks控制网络中，可以实现LonWorks无线通信方式，将网络节点的LonWorks无线设备无缝接入LonWorks控制网络这一技术空白。使LonWorks的通信方式得到扩充，并广泛应用于众多领域的远程数据采集和传输、远程控制，监测控管一体化、远程集抄等系统中。同时，使各节点的无线通信设备同网接入、互联互通无需布线，大大降低施工难度和施工成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是本发明电路基本结构原理框图；
图2是本发明LonWorks路由模块A边路由芯片电路原理图；
图3是本发明LonWorks路由模块B边路由芯片电路原理图；
图4是本发明LonWorks双绞线收发器电路原理图；
图5是本发明的无线射频收发器电路原理图；
图6是本发明电源模块电路原理图；
图7是本发明状态指示电路原理图；
图8是二进制数据、曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码对应的数据波形图。【具体实施方式】
[0013]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0014]如图1本发明电路基本结构原理框图所示，本发明包括用于提供工作电压的电源模块，由两个路由芯片组成的LonWorks路由模块，LonWorks双绞线收发器和由差分曼彻斯特编解码单元、无线射频模块组成的无线射频收发器；所述的LonWorks路由模块与Lonfforks双绞线收发器和无线射频收发器连接；所述的LonWorks双绞线收发器一端接入Lonfforks双绞线,另一端和LonWorks路由模块连接；所述差分曼彻斯特编解码单元一端和Lonfforks路由模块连接,另一端和无线射频模块双向连接。
[0015]在实施时，我们可以选用Router 5000路由芯片和FTT-lOA双绞线收发器。电源模块输入为85?264VAC或120V?370VDC，输出5V和3.3V直流电源，为每个单元的芯片、收发器、无线射频模块等电子元件提供工作电源；两个Router 5000之间通过IOO?IOlO连接组成一个并行通信接口，并通过这个接口进行双向数据的通信；每个Router 5000通过CPO和CPl与外部不同类型收发器连接，CPO为数据接收端，CPl为数据发送端；FTT-10A双绞线收发器一端为LonWorks双绞线通信接口，可直接接入LonWorks双绞线现场总线,另一端通过TXD (数据发送端口)和RXD (数据接收端口)通信接口与Router 5000的CPO、CPl连接，并与Router 5000进行双向数据的交换；FPGA差分曼彻斯特编解码单元本发明选用的是性价比较高的型号为EP2C5T144C8的FPGA，也可以选用其它型号的FPGA，FPGA通过其中两个IO引脚与Router 5000的CPO、CPl连接，再通过另外两个10引脚与无线射频模块的串口连接，FPGA通过10 口将分别与Router 5000和无线射频模块通信。
[0016]如图2、图3所示，Lonfforks路由模块电路，由两个路由芯片背靠背连接组成，这里我们可选用Router 5000路由芯片；两个Router 5000之间通过100?1010连接组成一个并行通信接口，并通过这个接口进行双向数据的通信；每个Router 5000需外扩一片EEPR0M，用于存储配置文件；Router 5000包括实现半路由的固件，该固件在厂家生产芯片时已经固化在Router 5000芯片内；采用两个Router 5000完成开发一个完整的路由器，通过连接外部不同类型的收发器，实现不同类型网络之间的路由功能；本发明的路由模块一端连接FTT-1OA双绞线收发器，另一端连接无线射频收发器，即路由芯片U3的数据输入端口和数据输出端口分别连接LonWorks双绞线收发器的数据输出端口和数据输入端口 ；另一个路由芯片U4的数据输入端口和数据输出端口分别连接差分曼彻斯特编解码单元数据输出端口和数据输入端口。
[0017]如图4所示，本发明LonWorks双绞线收发器电路，主要由FTT-1OA双绞线收发器、电平转换IC (可选用74AHCT1G08)、电压保护电路和信号耦合电路组成。由于Router5000为3.3V电源系统，而FTT-1OA为5V电源，因此FTT-1OA的数据输出端不能直接连接至Router 5000，利用74AHCT1G08将5V电信号转换为3.3V电信号后再连接至Router 5000，而Router 5000的数据输出信号可直接连接至FTT-1OA的数据接收端；D1?D4为4个二极管对，当通信线路有超过正常电压值的信号进行入时起一定的保护作用，C8、C9为信号耦合电容。具体连接为双绞线收发器模块U2的两个网络输入端口分别与电压保护电路中D1A、DlB 二极管对和D2A、D2B 二极管对连接；双绞线收发器模块U2中用来提供钳位、瞬时电压的两个端口分别与电压保护电路中D3A、D3B 二极管对和D4A、D4B 二极管对连接；电压保护电路中D1A、DlB 二极管对与双绞线收发器模块U2对应网络输入端口连接的一端同时连接信号耦合电路中电容Cl的一端，电压保护电路中D2A、D2B 二极管对与双绞线收发器模块U2对应网络输入端口连接的一端同时连接信号耦合电路中电容C2的一端，C1、C2的另一端作为信号输入端连接LonWorks双绞线；双绞线收发器模块U2的数据输出端口与电平转换电路Ul的数据输入端口连接，Ul的数据输出端口连接到LonWorks路由模块数据输入端口即路由芯片U3的数据输入端；双绞线收发器模块U2的数据输入端口连接到LonWorks路由模块数据输出端口即路由芯片U3的数据输出端。
[0018]如图5所示，无线收发器由FPGA曼彻斯特编解码单元和无线射频模块组成。由于Router 5000收发的是差分曼彻斯特信号，而所有的无线射频模块一般只支持TTL电平或RS232/RS485三种接口，因此，无法直接将Router 5000与无线射频模块连接通信，必须将Router 5000的差分曼彻斯特信号转换成无线射频模块串口可识别的二进制数据格式(二进制码)。为此，在Router 5000与无线射频模块之间需要一个中间处理单元，将差分曼彻斯特编码信号解码成二进制数据格式和将二进制数据格式编码成差分曼彻斯特信号，使Router 5000与无线射频模块之间通过这个中间处理单元建立通信机制。本发明设计FPGA差分曼彻斯特编解码单元，就是作为中间处理单元进行差分曼彻斯信号的编码和解码处理，使FPGA —端与Router 5000的数据收发端口 CPO、CPl相连，另一端与无线射频模块的通信串口连接，当FPGA差分曼彻斯特编解码单元接收到Router 5000的CPl发出的差分曼彻斯特编码信号后，立即进行解码工作将数据转换为二进制数据，然后通过模拟的串口将数据发送给无线射频模块。同理，当FPGA通过串口接收到无线射频模块的数据后，立即进行编码将二进制数据转换为差分曼彻斯特编码信号，传输给Router 5000的CPO 口。如图8中所示(a)图为二进制数据、(b)图为曼彻斯特编码、(c)图为差分曼彻斯特编码所对应的数据波形图，本发明中的FPGA就是将c图的波形转换成a的波形，或将a的波形转换成c的波形。与此同时，由于FPGA差分曼彻斯特编解码单元，是直接将Router 5000的收发数据进行编解码后通过无线射频模块进行发送或接收，因此，无线通信空间传输符合LonTalk协议无需对具体协议内容进行任何解析处理，是最简单方便的实现方案，降低了研发周期和难度，并提高设备的稳定性。本发明中选用性价比较高的型号为EP2C5T144C8的FPAG，也可选用其它型号的FPGA芯片；无线射频模块可选用市场上通用的具用RS232通信接口的无线模块，如433MHz、470MHz、Zigbee等无线射频模块。
[0019]如图6所示，电源设计为交直流通用开关电源，适应85?264VAC，120V?370VDC供电，采用模块化的AC/DC电源模块，提高了电源的可靠性和稳定性，AC/DC电源模块输入端设计有保险丝、压敏电阻、共模电感、X电容，进一步提高了电源的EMC抗扰性能；AC/DC输出端输出5V直流电源，供本发明中需5V电源供电的电路或电子器件，如无线射频模块、FTT-10A收发器；5V电源再通过SPXl117-3.3稳压芯片得到3.3V电源，供本发明中需3.3V电源供电的元器件，如FPGA、Router 5000。
[0020]图7为本发明状态指示电路原理图，主要设计了路由器的配置状态指标灯和两端的数据收发状态指示灯，用于路由器工作状态的指示和数据通信的指示。
[0021]本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
【权利要求】
1.一种LonWorks无线路由器，其特征在于:包括用于提供工作电压的电源模块，由两个路由芯片组成的LonWorks路由模块，Lonfforks双绞线收发器和由差分曼彻斯特编解码单元、无线射频模块组成的无线射频收发器；所述的LonWorks路由模块与LonWorks双绞线收发器和无线射频收发器连接；所述的LonWorks双绞线收发器一端接入LonWorks双绞线，另一端和LonWorks路由模块连接；所述差分曼彻斯特编解码单元一端和LonWorks路由模块连接，另一端和无线射频模块双向连接。
2.根据权利要求1中所述的一种LonWorks无线路由器,其特征在于:所述LonWorks路由模块中的两个路由芯片U3和U4背靠背双向连接，并每个路由芯片外扩一片EEPR0M，用于存储配置文件；其中路由芯片U3的数据输入端口和数据输出端口分别连接LonWorks双绞线收发器的数据输出端口和数据输入端口 ；另一个路由芯片U4的数据输入端口和数据输出端口分别连接差分曼彻斯特编解码单元数据输出端口和数据输入端口。
3.根据权利要求1中所述的一种LonWorks无线路由器,其特征在于:所述的LonWorks双绞线收发器由双绞线收发器模块U2、电平转换电路U1、二极管D1A、DIB、D2A、D2B、D3A、D3B、D4A、D4B构成的电压保护电路和电容Cl、C2构成的信号耦合电路组成；所述的双绞线收发器模块U2的两个网络输入端口分别与电压保护电路中D1A、DlB 二极管对和D2A、D2B二极管对连接；双绞线收发器模块U2中用来提供钳位、瞬时电压的两个端口分别与电压保护电路中D3A、D3B 二极管对和D4A、D4B 二极管对连接；电压保护电路中D1A、DlB 二极管对与双绞线收发器模块U2对应网络输入端口连接的一端同时连接信号耦合电路中电容Cl的一端，电压保护电路中D2A、D2B 二极管对与双绞线收发器模块U2对应网络输入端口连接的一端同时连接信号耦合电路中电容C2的一端，Cl、C2的另一端作为信号输入端连接Lonfforks双绞线；双绞线收发器模块U2的数据输出端口与电平转换电路Ul的数据输入端口连接，Ul的数据输出端口连接到LonWorks路由模块数据输入端口即路由芯片U3的数据输入端；双绞线收发器模块U2的数据输入端口连接到LonWorks路由模块数据输出端口即路由芯片U3的数据输出端。
4.根据权利要求3中所述的一种LonWorks无线路由器，其特征在于:所述电压保护电路中各二极管对D1A、DIB, D2A、D2B, D3A、D3B, D4A、D4B均是并联逆向连接。
5.根据权利要求1中所述的一种LonWorks无线路由器，其特征在于:所述电源模块输入端接有压敏电阻、共模电感、电容，用于提高电源的EMC抗扰性能；输出端输出5V直流电压，供电路系统中需5V电源供电的电路或电子器件，同时还连接一个稳压芯片得到3.3V电压，供电路系统中需3.3V电源供电的元器件。
6.根据权利要求1中所述的一种LonWorks无线路由器，其特征在于:所述的差分曼彻斯特编解码单元是由FPGA芯片构成，用于差分曼彻斯特信号和二进制数据格式间相互转换。
7.根据权利要求1中所述的一种LonWorks无线路由器,其特征在于:所述LonWorks无线路由器还包括由发光二极管和电阻组成的状态指示电路模块。
【文档编号】H04W88/08GK103687093SQ201310740911
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月30日 优先权日:2013年12月30日
【发明者】周淑华, 赵松, 金建超 申请人:江苏联宏自动化系统工程有限公司