一種嵌入式數(shù)據(jù)處理和網(wǎng)絡(luò)通信控制器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于嵌入式控制系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種嵌入式數(shù)據(jù)處理和網(wǎng)絡(luò)通信控制器。
【背景技術(shù)】
[0002]以太網(wǎng)具有應(yīng)用廣泛、價(jià)格低廉、通信速率高、軟硬件產(chǎn)品豐富、應(yīng)用支持技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)，目前它已經(jīng)在工業(yè)企業(yè)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中的資源管理層、執(zhí)行制造層得到了廣泛應(yīng)用，并呈現(xiàn)向下延伸直接應(yīng)用于工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)的趨勢(shì)，工業(yè)以太網(wǎng)將在工業(yè)企業(yè)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的互連和信息集成中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。
[0003]現(xiàn)場(chǎng)總線是指安裝在制造或過(guò)程區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)裝置與控制室內(nèi)的自動(dòng)裝置之間的數(shù)字式、串行、多點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)總線，是連接智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)的全數(shù)字、雙向、多站的通信系統(tǒng)。主要解決工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的智能化儀器儀表、控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備間的數(shù)字通信以及這些現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備和高級(jí)控制系統(tǒng)之間的信息傳遞問(wèn)題。
[0004]工業(yè)以太網(wǎng)與現(xiàn)場(chǎng)總線相結(jié)合，是目前技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。它通過(guò)“專用設(shè)備”將企業(yè)內(nèi)部管理網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)組成的各種控制系統(tǒng)進(jìn)行連接，進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與控制。比較典型的應(yīng)用如法國(guó)施耐德公司推出“透明工廠”的概念，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，即將工廠的商務(wù)網(wǎng)、車間的制造網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的儀表、設(shè)備網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成暢通的透明網(wǎng)絡(luò)，并與Web功能相結(jié)合，與工廠的電子商務(wù)、物資供應(yīng)鏈和ERP等形成整體。。由此可見(jiàn)，在這樣的系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)控制器是非常關(guān)鍵的設(shè)備。該設(shè)備在這個(gè)多層網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中起到了“承上啟下”的作用，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)要表現(xiàn)出很強(qiáng)的實(shí)時(shí)控制與數(shù)據(jù)采集功能，對(duì)上層要具有高可靠的數(shù)據(jù)保存(必要時(shí)應(yīng)有備份功能)，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與數(shù)據(jù)通訊等功能。
[0005]目前在這樣的多層網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，多采用傳統(tǒng)的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)多采用PC機(jī)(或工控機(jī))加現(xiàn)場(chǎng)總線控制卡進(jìn)行組網(wǎng)。其工作原理是由控制卡通過(guò)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線(CAN總線，RS485總線)與生產(chǎn)線上的各種控制器，傳感器，數(shù)據(jù)采集裝置進(jìn)行通訊，采集生產(chǎn)一線的數(shù)據(jù)與工作狀態(tài);控制卡再通過(guò)PC機(jī)提供的接口總線(ISA總線，PCI總線，USB總線)與PC級(jí)(工控機(jī))或網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換;最后PC機(jī)(工控機(jī))或網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器通過(guò)局域網(wǎng)于上層管理部門進(jìn)行信息交互。這種基于PC機(jī)和控制卡的數(shù)據(jù)傳輸模式具有一下不足:
[0006]1.系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜。不論是PC機(jī)或服務(wù)器都具有一套復(fù)雜的硬件系統(tǒng)與龐大的軟件操作系統(tǒng)，系統(tǒng)的可靠性較差，很難保證長(zhǎng)時(shí)間不間斷的工作。
[0007]2.許多資源長(zhǎng)期不用造成浪費(fèi)。因?yàn)楣ぷ鲀?nèi)容單一，在這樣的系統(tǒng)中許多軟件、硬件資源并沒(méi)有使用，造成資源的浪費(fèi)。
[0008]3.由于PC機(jī)或服務(wù)器的操作系統(tǒng)容易受到來(lái)自網(wǎng)絡(luò)的各種病毒的入侵，系統(tǒng)的安全性也是需要考慮的問(wèn)題。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0009]本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種嵌入式數(shù)據(jù)處理和網(wǎng)絡(luò)通信控制器。它可以實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)通信和多路RS485工業(yè)總線通信，并具有數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能。該設(shè)備適用于不同通信接口設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信，并可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的靈活配置和系統(tǒng)擴(kuò)展。
[0010]本實(shí)用新型是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0011]一種嵌入式數(shù)據(jù)處理和網(wǎng)絡(luò)通信控制器，包括嵌入式微處理器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、RS485模塊、以太網(wǎng)模塊、時(shí)鐘芯片、LCD顯示模塊、按鍵，所述嵌入式微處理器采用ARMCortex-M3的32位嵌入式芯片STM32F107VC，所述RS485模塊、以太網(wǎng)模塊、時(shí)鐘芯片、LCD顯示模塊、按鍵分別與STM32F107VC連接;所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊包括FLASH芯片、磁存儲(chǔ)芯片和SD存儲(chǔ)卡。
[0012]在上述技術(shù)方案中，RS485模塊與STM32F107VC的UART2口連接。
[0013]在上述技術(shù)方案中，F(xiàn)LASH芯片、磁存儲(chǔ)芯片和SD存儲(chǔ)卡分別與STM32F107VC通過(guò)SPI串行總線連接。
[0014]在上述技術(shù)方案中，STM32F107VC通過(guò)I2C總線與時(shí)鐘芯片連接。
[0015]在上述技術(shù)方案中，LCD顯示器和按鍵與STM32F107VC的普通1口連接。
[0016]在上述技術(shù)方案中，STM32F107VC的RX腳和TX腳通過(guò)數(shù)據(jù)隔離芯片ADUM1402與RS485模塊RX腳和TX腳連接，STM32F107VC的EN0-EN3腳通過(guò)數(shù)據(jù)隔離芯片ADUM1400與RS485模塊的EN0-EN3腳連接。
[0017]在上述技術(shù)方案中，STM32F107VC還包括JTAG調(diào)試接口和USB接口。
[0018]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和有益效果為:
[0019]本實(shí)用新型以STM32F107VC嵌入式微處理器作為控制器的核心，同時(shí)具有以太網(wǎng)通信和RS485現(xiàn)場(chǎng)總線通信的功能，具備數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的功能，還可實(shí)現(xiàn)設(shè)定的控制功能，可以滿足數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與數(shù)據(jù)通訊等功能;該設(shè)備適用于不同通信接口設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信，并可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的靈活配置和系統(tǒng)擴(kuò)展；同時(shí)由于是采用嵌入式設(shè)計(jì)的專用設(shè)備，使設(shè)備工作更加可靠。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是實(shí)施例中嵌入式數(shù)據(jù)處理和網(wǎng)絡(luò)通信控制器的硬件結(jié)構(gòu)框圖。
[0021]圖2是實(shí)施例中RS485模塊與STM32F107VC的電路連接圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)方案。
[0023]本實(shí)用新型所涉及的一種嵌入式數(shù)據(jù)處理和網(wǎng)絡(luò)通信控制器，包括嵌入式微處理器(STM32F107VC)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，RS485模塊、以太網(wǎng)模塊、時(shí)鐘芯片、IXD顯示模塊、按鍵和電源管理單元。其整體硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。
[0024]所述嵌入式微處理器是控制器的核心，作為底層大量、多種設(shè)備的實(shí)時(shí)控制與信息采集設(shè)備，微處理器不僅具有高速的運(yùn)算能力和數(shù)據(jù)處理能力，還應(yīng)具備高速的總線驅(qū)動(dòng)能力，實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)量吞吐功能。在綜合考慮性價(jià)比的基礎(chǔ)上，確定所述嵌入式微處理器采用ARM Cortex-M3的32位嵌入式芯片STM32F107VC。
[0025]數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊包括FLASH芯片、磁存儲(chǔ)芯片和SD存儲(chǔ)卡，F(xiàn)LASH芯片、磁存儲(chǔ)芯片和SD存儲(chǔ)卡分別與STM32F107VC通過(guò)SPI串行總線連接;其中FLASH芯片作為通用數(shù)據(jù)單元;磁存儲(chǔ)芯片做為緩存數(shù)據(jù)和關(guān)鍵數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)(選用磁存儲(chǔ)芯片的主要原因是，磁存儲(chǔ)芯片具有讀寫速度快、“無(wú)限次”擦寫的特點(diǎn))；SD存儲(chǔ)卡作為外擴(kuò)存儲(chǔ)單元，用于大數(shù)據(jù)的導(dǎo)出和導(dǎo)入。
[0026]所述RS485模塊作為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線接口與STM32F107VC的UART2 口連接，為了減少外部環(huán)境干擾對(duì)設(shè)備的影響，本實(shí)用新型采用專用電源隔離芯片和數(shù)據(jù)隔離芯片，進(jìn)行嵌入式控制部分和現(xiàn)場(chǎng)總線通信部分的完全隔離，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。如圖2所示，通過(guò)降壓芯片將9V輸入電壓轉(zhuǎn)換為5V電壓，并通過(guò)專用電源隔離芯片ITB0505-3W為RS485模塊提供5V電源；STM32F107VC的RX腳和TX腳通過(guò)數(shù)據(jù)隔離芯片ADUM1402與RS485模塊RX腳和TX腳連接，STM32F107VC的EN0-EN3腳通過(guò)數(shù)據(jù)隔離芯片ADUM1400與RS485模塊的EN0-EN3腳連接。
[0027]所述以太網(wǎng)模塊與STM32F107VC連接，以太網(wǎng)模塊符合TCP/IP協(xié)議，通過(guò)以太網(wǎng)模塊實(shí)現(xiàn)與互聯(lián)網(wǎng)直接連接。
[0028]所述LCD顯示器和按鍵作為人機(jī)交互單元，用于系統(tǒng)管理人員對(duì)網(wǎng)絡(luò)控制器的工作模式，參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，察看控制器的工作狀態(tài)。LCD顯示器和按鍵與STM32F107VC的普通1口連接。
[0029]STM32F107VC通過(guò)I2C總線與時(shí)鐘芯片連接，STM32F107VC還包括JTAG調(diào)試接口和USB接口，STM32F107VC的UARTl 口作為程序燒寫口。
[0030]以上對(duì)本實(shí)用新型做了示例性的描述，應(yīng)該說(shuō)明的是，在不脫離本實(shí)用新型的核心的情況下，任何簡(jiǎn)單的變形、修改或者其他本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠不花費(fèi)創(chuàng)造性勞動(dòng)的等同替換均落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種嵌入式數(shù)據(jù)處理和網(wǎng)絡(luò)通信控制器，其特征在于:包括嵌入式微處理器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、RS485模塊、以太網(wǎng)模塊、時(shí)鐘芯片、IXD顯示模塊、按鍵，所述嵌入式微處理器采用ARM Cortex-M3的32位嵌入式芯片STM32F107VC，所述RS485模塊、以太網(wǎng)模塊、時(shí)鐘芯片、IXD顯示模塊、按鍵分別與STM32F107VC連接;所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊包括FLASH芯片、磁存儲(chǔ)芯片和SD存儲(chǔ)卡。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種嵌入式數(shù)據(jù)處理和網(wǎng)絡(luò)通信控制器，其特征在于:RS485模塊與STM32F107VC的UART2 口連接。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種嵌入式數(shù)據(jù)處理和網(wǎng)絡(luò)通信控制器，其特征在于=FLASH芯片、磁存儲(chǔ)芯片和SD存儲(chǔ)卡分別與STM32F107VC通過(guò)SPI串行總線連接。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種嵌入式數(shù)據(jù)處理和網(wǎng)絡(luò)通信控制器，其特征在于:STM32F107VC通過(guò)I2C總線與時(shí)鐘芯片連接。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種嵌入式數(shù)據(jù)處理和網(wǎng)絡(luò)通信控制器，其特征在于:LCD顯示器和按鍵與STM32F107VC的1 口連接。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種嵌入式數(shù)據(jù)處理和網(wǎng)絡(luò)通信控制器，其特征在于:以太網(wǎng)模塊與 STM32F107VC 的 InterNet 口 連接。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種嵌入式數(shù)據(jù)處理和網(wǎng)絡(luò)通信控制器，其特征在于:STM32F107VC的RX腳和TX腳通過(guò)數(shù)據(jù)隔離芯片ADUM1402與RS485模塊RX腳和TX腳連接，STM32F107VC的EN0-EN3腳通過(guò)數(shù)據(jù)隔離芯片ADUM1400與RS485模塊的EN0-EN3腳連接。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種嵌入式數(shù)據(jù)處理和網(wǎng)絡(luò)通信控制器，其特征在于:STM32F107VC還包括JTAG調(diào)試接口和USB接口。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種嵌入式數(shù)據(jù)處理和網(wǎng)絡(luò)通信控制器，包括嵌入式微處理器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、RS485模塊、以太網(wǎng)模塊、時(shí)鐘芯片、LCD顯示模塊、按鍵，所述嵌入式微處理器采用ARM？Cortex-M3的32位嵌入式芯片STM32F107VC，所述RS485模塊、以太網(wǎng)模塊、時(shí)鐘芯片、LCD顯示模塊、按鍵分別與STM32F107VC連接；所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊包括FLASH芯片、磁存儲(chǔ)芯片和SD存儲(chǔ)卡。它可以實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)通信和多路RS485工業(yè)總線通信，并具有數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能。該設(shè)備適用于不同通信接口設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信，并可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的靈活配置和系統(tǒng)擴(kuò)展。
【IPC分類】G05B19/042
【公開(kāi)號(hào)】CN205210618
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201521068991
【發(fā)明人】楊濤, 郝銘, 曹利峰, 王志娟
【申請(qǐng)人】天津市南開(kāi)太陽(yáng)高技術(shù)發(fā)展有限公司
【公開(kāi)日】2016年5月4日
【申請(qǐng)日】2015年12月20日