一种支持POE供电的双网口嵌入式工控终端的制作方法

本发明涉及一种支持POE供电的双网口嵌入式工控终端。

背景技术：

目前工业用户在对无法联网的设备进行联网时，一般会采用带网络的工控终端，来监控设备状态、获取设备数据、或者控制设备运行。但是，现有的工控终端，大多需要从设备上获取电源给工控终端供电。

现有的工控终端存在以下弊端：1、从设备上接入电源，需要重新接线； 2、对设备的电源造成影响，使得设备的电源不稳定；3、设备断电后，终端也断电，后台就会失去对设备状态的监控；4、一般都是直流供电，如果老旧设备没有符合该工控终端所用规格的电源，则需要采用电源适配器的方案进行供电。如此，在对设备进行联网集成时，电源方案就成了不确定因素。

其次，现有的工控终端一般只有一个网络端口。有些设备自身包含多个模块的以太网通讯，其网络IP不允许修改。导致无法联结到企业内网。其次，某些设备虽然自带以太网端口，但是客户还有一些其他的数据需要进行采集，通常的方法是对该设备提供两条网线，一条用于直接采集设备以太网数据，另外一条给采集终端使用。如此，既增加成本，也增加了系统的不稳定性。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种支持POE供电的双网口嵌入式工控终端，以解决上述现有技术的不足。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：一种支持POE供电的双网口嵌入式工控终端，包括核心板、电源管理电路、电源接口；所述核心板连接有两个RJ45端口、输出控制接口、数字输入接口；所述RJ45端口依次通过网络变压器、以太网PHY芯片后，与所述核心板连接；所述RJ45端口还依次通过整流电路、POE PD芯片后，与所述电源管理电路连接，所述电源管理电路用于输出稳定的直流电，为工控终端供电。

进一步，所述核心板连接有RS232接口、RS485接口，所述RS232接口通过RS232收发电路与所述核心板连接；所述RS485接口通过RS485隔离收发电路与所述核心板连接。

进一步，所述核心板包括使用ARM架构的imx287处理器，内嵌Linux 2.6.3+QT4.7.3操作系统。

进一步，所述输出控制接口为继电器接口，所述继电器接口上连接有4路继电器，所述核心板通过继电器驱动电路驱动该4路继电器。

进一步，所述核心板连接有PCIE-4G插槽，所述PCIE-4G插槽用于插接4G模块。

进一步，还包括有EVCC/EGND接口，所述电源管理电路包括一电源隔离电路，所述EVCC/EGND接口通过该电源隔离电路直接连接于外部直流电源，所述EVCC/EGND接口具有4路高电平的EVCC口和4路低电平的EGND口。

进一步，工控终端内设有NPN/PNP转换电路，所述NPN/PNP转换电路连接于上述电源隔离电路，将电源隔离电路输出的高低电平作为基准电压，所述NPN/PNP转换电路还连接一切换开关，所述切换开关用于切换基准电压的输入，以实现NPN/PNP转换模式的切换；所述NPN/PNP转换电路连接所述数字输入接口并获取其数字输入信号，将数字输入信号进行NPN/PNP转换后，再经过光耦隔离输入电路输出到核心板。

进一步，所述核心板连接有CAN总线接口，所述CAN总线接口通过CAN隔离收发电路连接所述核心板。

进一步，所述核心板连接有一路USB HOST 接口，支持16GB以下的USB2.0设备接入；所述核心板连接有micro SD卡插槽，支持16GB 以下TF卡、MicroSD卡。

进一步，所述核心板上连接有RTC时钟电路，所述RTC时钟电路通过I2C总线与所述核心板连接；所述核心板的配置引脚连接有配置开关，用于控制核心板的启动模式、程序烧写、看门狗开启与否；所述核心板连接有蜂鸣器和指示灯。

本发明的有益之处在于：集成两路电源输入，其一为常规的直流24V输入，其二集成了POE供电端口，工厂联网集成时，只需要采用POE交换机进行供电即可，既方便供电，也能保证在工厂设备断电、检修时，工控终端都不停机；同时，集成双网口功能，两路网口集成不同MAC地址，可以运行在不同网段，可以采用一路接入互联网，一路与设备进行通讯，即能解决设备IP无法修改的问题，也可以解决后台对多样性数据的需求。

附图说明

图1是本发明的接口示意图。

图2是本发明的功能框架图。

图3是本发明的电源管理电路的功能框架图。

图4是本发明的电源管理电路的电路原理图。

图5是本发明的双通道RJ45连接器、网络变压器16、以太网PHY芯片的电路连接原理图。

图6是本发明的整流电路的电路原理图。

图7是本发明的网络变压器的电路原理图。

图8是本发明的以太网PHY芯片的电路原理图。

图9是本发明的基准电压切换电路、NPN/PNP转换电路、电源隔离电路的电路原理图。

图10是本发明的核心板的电路原理图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。

参照图1~图10所示，一种支持POE供电的双网口嵌入式工控终端，包括核心板26、电源管理电路15、电源接口1，电源接口连接外部直流电源后，给电源管理电路供电，电源管理电路用于将外部输入的直流电源进行降压稳压处理后给工控终端各用电单元供电；所述核心板上连接有RTC时钟电路24、CAN总线接口6、RS232接口8、RS485接口7、第一RJ45端口2、第二RJ45端口3、PCIE-4G插槽23、输出控制接口、数字输入接口10、EVCC/EGND接口11；所述RTC时钟电路通过I2C总线与所述核心板连接；所述CAN总线接口6通过CAN隔离收发电路18连接所述核心板；所述RS232接口8通过RS232收发电路20与所述核心板连接；所述RS485接口7通过RS485隔离收发电路19与所述核心板连接；作为信号传输，两个RJ45端口通过网络变压器16连接以太网PHY芯片17，以太网PHY芯片与所述核心板连接，并在核心板控制下，进行以太网数据的交互；作为电源传输，两个RJ45端口通过整流电路13后连接到POE-PD芯片14，POE-PD芯片与所述电源管理电路连接，所述电源管理电路用于输出稳定的直流电，为工控终端供电；所述PCIE-4G插槽23用于插接4G模块；所述核心板包括使用ARM架构的imx287处理器，内嵌Linux 2.6.3+QT4.7.3操作系统。采用imx287嵌入式处理器，运行linux 2.6.3+QT4.7.3操作系统，解决了X86架构的wince和安卓系统的不稳定性；同时Linux 系统更贴近底层硬件，可以更加方便的控制各电路、芯片、及接口，使本工控终端非常适合工业采集与联网集成。

同时设置RS232接口和RS485接口，实现RS485和RS232两路以太网传输电路。

所述输出控制接口为继电器接口9，所述继电器接口有4路，通过继电器驱动电路21连接所述核心板。

所述电源管理电路15包括一电源隔离电路151，所述EVCC/EGND接口11通过该电源隔离电路直接连接于外部直流电源DC-24V，所述EVCC/EGND接口具有4路高电平的EVCC口和4路低电平的EGND口。

工控终端内设有NPN/PNP转换电路12，所述NPN/PNP转换电路连接于上述电源隔离电路，将电源隔离电路151输出的高低电平作为基准电压，所述NPN/PNP转换电路还连接一切换开关28，所述切换开关用于切换基准电压的输入，以实现NPN/PNP转换模式的切换。

所述核心板连接有一路USB HOST接口5，支持16GB以下的USB2.0设备接入；所述核心板连接有Micro SD卡插槽4，支持16GB 以下TF卡、MicroSD卡。

所述核心板的配置引脚连接有配置开关27，用于控制核心板的启动模式、程序烧写、看门狗开启与否；所述核心板连接有蜂鸣器25和指示灯30。

工控终端可以支持两种电源输入：

第一种：DC-24V。外部直流电源电源通过电源接口接入到电源管理电路，电源管理电路包括电源隔离电路151、第一稳压电路152、第二稳压电路153、第三稳压电路154，输出四种不同规格的直流电源：

1、电源隔离电路151直接连接外部直流电源，并将DC-24V采用1:1的方式进行隔离，输出也是24V，但电源已经产生了物理隔离，该电源隔离电路输出的24V电源为EVCC/EGND接口供电，同时为NPN/PNP转换电路提供高低电平作为基准电压；

2、第一稳压电路152直接连接外部直流电源，并将DC-24V降压为5V后输出；

3、第二稳压电路153连接第一稳压电路152，并将5V转换为3.3V后输出，为系统中额定电压3.3V的用电元件供电；

4、第三稳压电路154连接第一稳压电路152，并将5V转换为3.8V后输出，为PCIE-4G插槽供电。

第二种：POE电源。工控终端包括有一双通道RJ45连接器29，该双通道RJ45连接器带有2个RJ45端口Eth0、Eth1，带有POE供电的RJ45网线，连接到Eth0、Eth1，通过双通道RJ45连接器的4脚5脚输出POE+，7脚8脚输出POE-。整流电路13包括第一整流桥堆131、第二整流桥堆132、POE-PD检测电路133、隔离变压电路134；POE+ 、POE-经过第一整流桥堆131产生POE-48V和POE-GND；同时，双通道RJ45连接器的1、2脚和3、6脚连接到网络变压器16，网络变压器16输出POE-AC1 和POE-AC2信号，再经过到第二整流桥堆132，输出POE-48V与POE-GND；第一整流桥堆131、第二整流桥堆132的输出都连接到POE-PD检测电路133；当POE交换机通过RJ45网线连接到RJ45端口Eth0、Eth1后， POE交换机将检测该POE-PD检测电路是否为符合IEE802.3AF的受电电路，如果符合，POE交换机将对该POE-PD检测电路进行供电，POE-PD检测电路输出POE-48V，并通过隔离变压电路134，将48V转换为DC-24V，然后连接到电源管理电路，如此便实现了外部直流供电与POE供电。

而在不使用POE供电时，双通道RJ45连接器的1、2脚和3、6脚经过网络变压器16，连接到以太网PHY芯片17，双通道RJ45连接器的9、10脚和11、14脚经过网络变压器16后，连接到以太网PHY芯片17，然后均通过RMII接口连接到核心板。

RS232接口8有两路：DTX、DRX，为调试口，TX、RX为通用RS32收发接口。RS232接口通过RS232收发电路接入到核心板。

EVCC/EGND接口11通过电源隔离电路151直接连接于外部直流电源，所述EVCC/EGND接口具有4路高电平的EVCC口和4路低电平的EGND口。

数字输入接口10有8路，先后通过NPN/PNP转换电路12、光耦隔离输入电路22后连接到核心板26，所述NPN/PNP转换电路通过一基准电压切换电路121连接于上述电源隔离电路151，将电源隔离电路输出的高低电平作为基准电压，基准电压切换电路121用于切换电源隔离电路输出的高低电平作为基准电压输入，以实现NPN/PNP转换模式的切换，所述基准电压切换电路121包括一切换开关28。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。