一种EtherCAT与DeviceNET的通信网关的制作方法
【专利摘要】一种EtherCAT与DeviceNET的通信网关。本实用新型涉及一种EtherCAT与DeviceNET的通信网关。EtherCAT协议收发控制器U1与EtherCAT主站或上一级从站之间双向进行信号传输，所述的EtherCAT协议收发控制器U1与单片机U2之间双向进行信号传输，所述的单片机U2与DeviceNET协议收发器U3之间双向进行信号传输，所述的DeviceNET协议收发器U3与DeviceNET总线之间双向进行信号传输。本实用新型用于EtherCAT与DeviceNET的通信网关。
【专利说明】
与Dev i ceNET的通信网关
技术领域
[0001 ] 本实用新型涉及一种EtherCAT与DeviceNET的通信网关。
【背景技术】
[0002]现场总线设备的多样性，导致在一个大型的自动化控制系统中设备的通信协议不同、通信速率不同、网络拓扑形式不同，给中央监控系统和这些现场设备之间的信息交互带来困扰。
[0003]EtherCAT(Ethernet for Control Automat1n Technology)是开放的实时工业以太网通信协议，最初由德国倍福自动化有限公司研发。它基于标准的以太网技术，支持多种设备连接拓扑结构，具有配置简单、有效数据率高、全双工、数据传输容量大、传输速度快、时钟同步性高、成本低、开放性好等特点，是一种用于工业自动化的实时、高速以太网通信协议;EtherCAT使用全双工100Mb/S以太网，系统由一个通信主站和若干从站通信节点组成。主站使用标准的以太网控制器，协议和驱动程序由软件实现。从站通信节点使用专门的从站控制器。
[0004]DeviceNET协议是在CAN的基础上制定的，使用了CAN的数据链路层和物理层；同时，DeviceNET在CAN的基础上增加了面向对象、基于连接的现代通信技术理念，开发了功能强大的应用层。DeviceNET特别适合于高可靠性和高实时性要求的工业现场的底层控制。
[0005]EtherCAT总线与DeviceNET总线不能直接进行互联通信给实际的工作带来不便。
【发明内容】
[0006]本实用新型的目的是提供一种EtherCAT与DeviceNET的通信网关，用以解决上述问题，实现EtherCAT总线与DeviceNET总线的直接互联通信。
[0007]上述的目的通过以下的技术方案实现:
[0008]一种EtherCAT与DeviceNET的通信网关，EtherCAT协议收发控制器Ul与EtherCAT主站或上一级从站之间双向进行信号传输，所述的EtherCAT协议收发控制器Ul与单片机U2之间双向进行信号传输，所述的单片机U2与DeviceNET协议收发器U3之间双向进行信号传输，所述的DeviceNET协议收发器U3与DeviceNET总线之间双向进行信号传输。
[0009]所述的一种EtherCAT与DeviceNET的通信网关，所述的EtherCAT协议收发控制器Ul包括EtherCAT协议收发器U7与EtherCAT协议控制器U8，所述的EtherCAT协议收发器U7与EtherCAT主站或上一级从站之间双向进行信号传输，所述的EtherCAT协议收发器U7与EtherCAT协议控制器U8之间双向进行信号传输，
[0010]所述的单片机U2包括中央处理器U9与DeviceNET协议控制器U10，所述的EtherCAT协议控制器U8与中央处理器U9之间双向进行信号传输，所述的中央处理器U9与DeviceNET协议控制器UlO之间双向进行信号传输，所述的DeviceNET协议控制器UlO与DeviceNET协议收发器U3之间双向进行信号传输。
[0011 ] 所述的一种EtherCAT与DeviceNET的通信网关，所述的EtherCAT协议收发控制器Ul与带电可擦写可编程只读存储器EEPROM芯片U6、隔离变压器U4、隔离变压器U5、单片机U2之间双向进行信号传输，
[0012]所述的隔离变压器U4与网络接口Jl之间双向进行信号传输，所述的隔离变压器U5与网络接口 J2之间双向进行信号传输；
[0013]所述的单片机U2与单片机外围电路l、DeviceNET协议收发器U3、DeviceNET物理总线接口 J3之间双向进行信号传输。
[0014]所述的一种EtherCAT与DeviceNET的通信网关，所述的EtherCAT协议收发控制器Ul的TXPA、TXNA、RXPA、RXNA引脚与隔离变压器U4相连接；
[0015]所述的EtherCAT协议收发控制器Ul的TXPB、TXNB、RXro、RXNB引脚与隔离变压器U5相连接；
[0016]所述的EtherCAT协议收发控制器Ul的SDA引脚与带电可擦写可编程只读存储器EEPROM芯片U6的SDA弓丨脚相连接，
[0017]所述的EtherCAT协议收发控制器Ul的SCL引脚与带电可擦写可编程只读存储器EEPROM芯片U6的SCL引脚相连接；
[0018]所述的EtherCAT协议收发控制器Ul的SYNCO引脚与单片机U2的SYNCO引脚相连接，
[0019]所述的EtherCAT协议收发控制器Ul的SYNCl引脚与单片机U2的SYNCl引脚相连接，
[0020]所述的EtherCAT协议收发控制器Ul的SPI_SCK引脚与单片机U2的SPI_SCK引脚相连接，
[0021]所述的EtherCAT协议收发控制器Ul的SPI_SCS引脚与单片机U2的SPI_SCS引脚相连接，
[0022]所述的EtherCAT协议收发控制器Ul的SPI_S0引脚与单片机U2的SPI_S0引脚相连接，
[0023]所述的EtherCAT协议收发控制器Ul的SPI_SI引脚与单片机U2的SPI_SI引脚相连接；
[0024]所述的EtherCAT协议收发控制器Ul的RST引脚与单片机U2的RST引脚相连接，
[0025]所述的EtherCAT协议收发控制器Ul的IRQ引脚与单片机U2的IRQ引脚相连接。
[0026]所述的一种EtherCAT与DeviceNET的通信网关，所述的单片机U2的CAN_RXD引脚与DeviceNET协议收发器U3的CAN_RXD引脚相连接，
[0027]所述的单片机U2的CAN_TXD引脚与DeviceNET协议收发器U3的CAN_TXD引脚相连接；
[0028]所述的DeviceNET协议收发器U3的CANH、CANL引脚与DeviceNET物理总线接口 J3相连接。
[0029]有益效果:
[0030]1.本实用新型使用集成PHY芯片的EtherCAT协议收发控制器，以及集成了DeviceNET协议控制器的单片机，减轻硬件电路复杂程度，降低了硬件成本。
[0031]2.本实用新型具有应用广泛、实现简单、运行稳定、成本低廉的优点。
[0032]3.本实用新型的隔离变压器U4、U5将信号增强并与外部有效隔离，当接到不同电平的网口时，不会对彼此设备造成影响;EtherCAT协议收发控制器Ul实现EtherCAT的物理层与数据链路层的协议。
[0033]【附图说明】:
[0034]附图1是本实用新型的基本结构示意图。
[0035]附图2是本实用新型的电路原理框图。
[0036]附图3是本实用新型的隔离变压器、EtherCAT协议收发控制器、单片机之间的连接关系图。
[0037]附图4是本实用新型的单片机、DeviceNET协议收发器、DeviceNET物理总线接口之间的连接关系图。
[0038]【具体实施方式】:
[0039]实施例1
[0040]一种EtherCAT与DeviceNET的通信网关，EtherCAT协议收发控制器Ul与EtherCAT主站或上一级从站之间双向进行信号传输，所述的EtherCAT协议收发控制器Ul与单片机U2之间双向进行信号传输，所述的单片机U2与DeviceNET协议收发器U3之间双向进行信号传输，所述的DeviceNET协议收发器U3与DeviceNET总线之间双向进行信号传输。单片机U2主要负责运行用户的应用程序，实现EtherCAT和DeviceNET总线协议之间的协议及数据转换。单片机U2通过内置的DeviceNET协议控制器UlO实现DeviceNET的数据链路层协议；带隔离的DeviceNET协议收发器U3实现DeviceNET物理层协议。
[0041 ] 实施例2
[0042]实施例1所述的一种EtherCAT与DeviceNET的通信网关，所述的EtherCAT协议收发控制器Ul包括EtherCAT协议收发器U7与EtherCAT协议控制器U8，所述的EtherCAT协议收发器U7与EtherCAT主站或上一级从站之间双向进行信号传输，所述的EtherCAT协议收发器U7与EtherCAT协议控制器U8之间双向进行信号传输，
[0043]所述的单片机U2包括中央处理器U9与DeviceNET协议控制器U10，所述的EtherCAT协议控制器U8与中央处理器U9之间双向进行信号传输，所述的中央处理器U9与DeviceNET协议控制器UlO之间双向进行信号传输，所述的DeviceNET协议控制器UlO与DeviceNET协议收发器U3之间双向进行信号传输。
[0044]实施例3
[0045]实施例1所述的一种EtherCAT与DeviceNET的通信网关，所述的EtherCAT协议收发控制器Ul与带电可擦写可编程只读存储器EEPROM芯片U6、隔离变压器U4、隔离变压器U5、单片机U2之间双向进行信号传输，
[0046]所述的隔离变压器U4与网络接口Jl之间双向进行信号传输，所述的隔离变压器U5与网络接口 J2之间双向进行信号传输；
[0047]所述的单片机U2与单片机外围电路l、DeviceNET协议收发器U3、DeviceNET物理总线接口 J3之间双向进行信号传输。(单片机外围电路I包括晶振、JTAG接口等与单片机U2的晶振接口、JTAG接口相连)
[0048]实施例4
[0049]实施例3所述的一种EtherCAT与DeviceNET的通信网关，所述的EtherCAT协议收发控制器Ul的TXPA、TXNA、RXPA、RXNA引脚与隔离变压器U4相连接；
[0050]所述的EtherCAT协议收发控制器Ul的TXPB、TXNB、RXro、RXNB引脚与隔离变压器U5相连接；(Ether CAT协议收发控制器UI的TXPA引脚、TXNA引脚、RXPA引脚与RXNA引脚均属于EtherCAT协议收发控制器Ul的端口 INT PORTO ；
[0051 ] EtherCAT协议收发控制器Ul的TXI3B引脚、TXNB引脚、RXPB引脚与RXNB引脚均属于EtherCAT协议收发控制器Ul的内置端口 INT PORTl)
[0052]所述的EtherCAT协议收发控制器Ul的SDA引脚与带电可擦写可编程只读存储器EEPROM芯片U6的SDA弓丨脚相连接，
[0053]所述的EtherCAT协议收发控制器Ul的SCL引脚与带电可擦写可编程只读存储器EEPROM芯片U6的SCL引脚相连接；(EtherCAT协议收发控制器Ul的SDA引脚与SCL引脚均属于EtherCAT协议收发控制器Ul的内置端口 I2C;连接在EtherCAT协议收发控制器Ul的I2C接口上的EEPROM芯片U6，是用来存储ESC配置信息，在断电后再上电将信息输入到芯片中，实现自动初始化)
[0054]所述的EtherCAT协议收发控制器Ul的SYNCO引脚与单片机U2的SYNCO引脚相连接，
[0055]所述的EtherCAT协议收发控制器Ul的SYNCl引脚与单片机U2的SYNCl引脚相连接，
[0056]所述的EtherCAT协议收发控制器Ul的SPI_SCK引脚与单片机U2的SPI_SCK引脚相连接，
[0057]所述的EtherCAT协议收发控制器Ul的SPI_SCS引脚与单片机U2的SPI_SCS引脚相连接，
[0058]所述的EtherCAT协议收发控制器Ul的SPI_S0引脚与单片机U2的SPI_S0引脚相连接，
[0059]所述的EtherCAT协议收发控制器Ul的SPI_SI引脚与单片机U2的SPI_SI引脚相连接；
[0060]所述的EtherCAT协议收发控制器Ul的RST引脚与单片机U2的RST引脚相连接，
[0061 ]所述的EtherCAT协议收发控制器Ul的IRQ引脚与单片机U2的IRQ引脚相连接。
[0062]实施例5
[0063]实施例3或4所述的一种EtherCAT与DeviceNET的通信网关，所述的单片机U2的CAN_RXD引脚与DeviceNET协议收发器U3的CAN_RXD引脚相连接，
[0064]所述的单片机U2的CAN_TXD引脚与DeviceNET协议收发器U3的CAN_TXD引脚相连接;(单片机U2的CAN_RXD引脚与CAN_TXD引脚均属于DeviceNET协议控制器U10)
[0065]所述的DeviceNET协议收发器U3的CANH、CANL引脚与DeviceNET物理总线接口 J3相连接。
[ΟΟ??] EtherCAT协议收发控制器Ul接收来自主站或上一级从站的EtherCAT数据，EtherCAT协议收发控制器Ul内置的EtherCAT协议收发器(PHY)U7实现EtherCAT的物理层协议，将接收的EtherCAT数据转换成符合EtherCAT物理层规定的数据帧，发送至EtherCAT协议收发控制器Ul内置的EtherCAT协议控制器U8; EtherCAT协议控制器U8根据EtherCAT协议规定，接收EtherCAT数据帧，并进行数据帧的处理(在报文中进行过程数据的提取、解码)，通过标准的SPI总线，将解码的数据帧发送给单片机U2的中央处理器U9;单片机U2的中央处理器U9读取EtherCAT协议控制器中的数据帧，经过逻辑运算处理，生成DeviceNET数据，然后将DeviceNET数据写入单片机U2内置的DeviceNET协议控制器UlO ;DeviceNET协议控制器UlO根据DeviceNET协议的规定，读取数据，经过编码生成DeviceNET数据帧;DeviceNET协议控制器UlO通过串行数据输入输出端口将编码生成的DeviceNET数据帧发送给带隔离的DeviceNET协议收发器U3;带隔离的DeviceNET协议收发器U3接收数据帧，将双端数字信号转换为差分信号发送到DeviceNET物理总线接口 J3。
[0067]DeviceNET总线数据转换成EtherCAT数据:
[0068]带隔离的DeviceNET协议收发器U3接收来自DeviceNET物理总线接口J3的数据差分信号，并将差分信号转换为双端数字信号，通过串行数据输入输出端口，发送至单片机U2内置的DeviceNET协议控制器U10; DeviceNET协议控制器UlO根据DeviceNET总线协议规定，接收DeviceNET数据帧，并解码;单片机U2的中央处理器U9读取DeviceNET协议控制器UlO中的数据帧，经过逻辑运算处理，生成EtherCAT数据，通过SPI总线，将EtherCAT数据写入EtherCAT协议收发控制器Ul内置的EtherCAT协议控制器U8; EtherCAT协议控制器U8根据EtherCAT协议的规定，读取数据，并进行数据帧的处理(在报文中进行过程数据的插入、编码)生成EtherCAT数据帧;EtherCAT协议收发控制器Ul内置的EtherCAT协议收发器(PHY)U7接收EtherCAT协议控制器U8的数据帧，将接收的EtherCAT数据转换成符合EtherCAT物理层规定的数据帧，实现EtherCAT的物理层协议，并发送到EtherCAT主站或上一级从站。
[0069]当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。
【主权项】
1.一种EtherCAT与DeviceNET的通信网关，其特征是:EtherCAT协议收发控制器Ul与EtherCAT主站或上一级从站之间双向进行信号传输，所述的EtherCAT协议收发控制器Ul与单片机U2之间双向进行信号传输，所述的单片机U2与DeviceNET协议收发器U3之间双向进行信号传输，所述的DeviceNET协议收发器U3与DeviceNET总线之间双向进行信号传输。2.根据权利要求1所述的一种EtherCAT与DeviceNET的通信网关，其特征是:所述的EtherCAT协议收发控制器Ul包括EtherCAT协议收发器U7与EtherCAT协议控制器U8，所述的EtherCAT协议收发器U7与EtherCAT主站或上一级从站之间双向进行信号传输，所述的EtherCAT协议收发器U7与EtherCAT协议控制器U8之间双向进行信号传输， 所述的单片机U2包括中央处理器U9与DeviceNET协议控制器U10，所述的EtherCAT协议控制器U8与中央处理器U9之间双向进行信号传输，所述的中央处理器U9与DeviceNET协议控制器UlO之间双向进行信号传输，所述的DeviceNET协议控制器UlO与DeviceNET协议收发器U3之间双向进行信号传输。3.根据权利要求1所述的一种EtherCAT与DeviceNET的通信网关，其特征是:所述的EtherCAT协议收发控制器Ul与带电可擦写可编程只读存储器EEPROM芯片U6、隔离变压器U4、隔离变压器U5、单片机U2之间双向进行信号传输， 所述的隔离变压器U4与网络接口 Jl之间双向进行信号传输，所述的隔离变压器U5与网络接口 J2之间双向进行信号传输； 所述的单片机U2与单片机外围电路l、DeviceNET协议收发器U3、DeviceNET物理总线接口 J 3之间双向进行信号传输。4.根据权利要求3所述的一种EtherCAT与DeviceNET的通信网关，其特征是:所述的EtherCAT协议收发控制器Ul的TXPA、TXNA、RXPA、RXNA引脚与隔离变压器U4相连接； 所述的EtherCAT协议收发控制器Ul的TXPB、TXNB、RXro、RXNB引脚与隔离变压器U5相连接； 所述的EtherCAT协议收发控制器Ul的SDA引脚与带电可擦写可编程只读存储器EEPROM芯片U6的SDA引脚相连接， 所述的EtherCAT协议收发控制器Ul的SCL引脚与带电可擦写可编程只读存储器EEPROM芯片U6的SCL引脚相连接； 所述的EtherCAT协议收发控制器Ul的SYNCO引脚与单片机U2的SYNCO引脚相连接， 所述的EtherCAT协议收发控制器Ul的SYNCl引脚与单片机U2的SYNCl引脚相连接， 所述的EtherCAT协议收发控制器Ul的SPI_SCK引脚与单片机U2的SPI_SCK引脚相连接， 所述的EtherCAT协议收发控制器Ul的SPI_SCS引脚与单片机U2的SPI_SCS引脚相连接， 所述的EtherCAT协议收发控制器Ul的SPI_S0引脚与单片机U2的SPI_S0引脚相连接， 所述的EtherCAT协议收发控制器Ul的SPI_SI引脚与单片机U2的SPI_SI引脚相连接； 所述的EtherCAT协议收发控制器Ul的RST引脚与单片机U2的RST引脚相连接， 所述的EtherCAT协议收发控制器Ul的IRQ引脚与单片机U2的IRQ引脚相连接。5.根据权利要求3或4所述的一种EtherCAT与DeviceNET的通信网关，其特征是:所述的单片机U2的CAN_RXD引脚与DeviceNET协议收发器U3的CAN_RXD引脚相连接， 所述的单片机U2的CAN_TXD弓丨脚与De V i ceNET协议收发器U3的CAN_TXD弓丨脚相连接； 所述的DeviceNET协议收发器U3的CANH、CANL引脚与DeviceNET物理总线接口 J3相连 bo VTf
【文档编号】H04L12/66GK205647570SQ201620513728
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月31日
【发明人】周文彪, 孔民秀, 王少阳, 丁辉, 丁小旭
【申请人】哈尔滨博强机器人技术有限公司