專利名稱：Epa總線與modbus總線轉(zhuǎn)換適配器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種工業(yè)過程控制儀表不同總線之間相互轉(zhuǎn)換的模塊，特別涉及一種EPA總線與MODBUS總線轉(zhuǎn)換適配器。
背景技術(shù)：
20世紀(jì)80年代產(chǎn)生和發(fā)展起來的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，因?yàn)閷?shí)現(xiàn)了全數(shù)字通訊而大大提高了抗干擾能力，目前在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域存在著多種總線標(biāo)準(zhǔn)，伴隨著現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)誕生的是各大利益集團(tuán)為了搶奪市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)利益的標(biāo)準(zhǔn)之爭(zhēng)。同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)也存在自身的其他不足不同總線之間不能兼容、不能真正實(shí)現(xiàn)透明信息互訪、無法實(shí)現(xiàn)信息的無縫集成、協(xié)議和實(shí)現(xiàn)技術(shù)復(fù)雜、傳輸速率低、成本高、不易實(shí)現(xiàn)與上層信息網(wǎng)絡(luò)的無縫連接。
與此同時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)成為新的發(fā)展方向，以太網(wǎng)具有以下特點(diǎn)應(yīng)用廣泛、成本低廉、通訊速率高、軟硬件資源豐富、可持續(xù)發(fā)展?jié)摿Υ?、易于與Internet連接，實(shí)現(xiàn)辦公自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)和工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的信息無縫集成。EPA總線標(biāo)準(zhǔn)就是一種目前具有廣泛應(yīng)用前景且具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，這使得其他總線與EPA總線相互通訊成為目前研究的熱點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是設(shè)計(jì)一種全新的總線轉(zhuǎn)換適配模塊，將目前應(yīng)用廣泛的MODBUS總線信號(hào)轉(zhuǎn)換成EPA總線信號(hào)，實(shí)現(xiàn)MODBUS網(wǎng)絡(luò)和EPA網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通。
本發(fā)明是通過這樣的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的EPA總線與MODBUS總線轉(zhuǎn)換適配器包括主電路模塊，所述主電路模塊主要由ARM控制器芯片AT91SAM7x256、網(wǎng)絡(luò)芯片RTL8201、網(wǎng)絡(luò)變壓器HR611661、標(biāo)準(zhǔn)的JTAG電路及外圍電路構(gòu)成，其特征在于所述主電路模塊通過網(wǎng)絡(luò)獲得總線24V電源，以獲得的24V電源為電源模塊WRB2405提供輸入電壓，然后由電源模塊WRB2405轉(zhuǎn)換為5V輸出電壓，再經(jīng)電源模塊LM1117-3. 3轉(zhuǎn)換為3. 3V輸出；以3. 3V電壓為主電路模塊的工作電壓；通過RS485芯片ADM2486將來自MODBUS設(shè)備的信號(hào)，傳送給ARM控制器芯片AT91SAM7x256 ;標(biāo)準(zhǔn)JTAG電路連接ARM芯片AT91SAM7x256 ;網(wǎng)絡(luò)芯片RTL8201，通過MAC接口與ARM控制器芯片AT91SAM7x256連接，通過EMAC接口實(shí)現(xiàn)通信；網(wǎng)絡(luò)變壓器HR611661分別與網(wǎng)絡(luò)芯片RTL8201、 RJ45網(wǎng)絡(luò)接口連接；采用總線供電，通過MODBUS接頭同MODBUS設(shè)備相連、通過以太網(wǎng)接口直接連接工業(yè)交換機(jī)，與該網(wǎng)段內(nèi)的其他EPA設(shè)備實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)。 EPA總線與MODBUS總線轉(zhuǎn)換適配器的主電路模塊采用總線供電，通過MODBUS接頭同MODBUS設(shè)備相連、通過以太網(wǎng)接口直接連接工業(yè)交換機(jī)，與該網(wǎng)段內(nèi)的其他EPA設(shè)備實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)EPA網(wǎng)絡(luò)和MODBUS現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)的無縫連接。 具有MODBUS總線功能的設(shè)備通過EPA總線與MODBUS總線轉(zhuǎn)換適配器上的MODBUS
專用接口相連，將MODBUS信號(hào)傳送到EPA總線與MODBUS總線轉(zhuǎn)換適配器上。 EPA總線與MODBUS總線轉(zhuǎn)換適配器經(jīng)過對(duì)MODBUS協(xié)議報(bào)文的分析，將其轉(zhuǎn)換為EPA協(xié)議報(bào)文，并通過轉(zhuǎn)換適配器主電路模塊上的網(wǎng)絡(luò)接口 RJ45，將EPA報(bào)文通過以太網(wǎng)直 接連接至工業(yè)交換機(jī)上，最終實(shí)現(xiàn)MODBUS到EPA的轉(zhuǎn)換。 主電路模塊的供電采用總線供電方式是，由工業(yè)交換機(jī)的RJ45接口 4、5腳提供 +24V， 7 、 8腳提供GND ，通過網(wǎng)線為主電路模塊提供電源。 主電路模塊采用的主要芯片是Atme 1公司的ARM7系列的AT91 SAM7x256，其內(nèi)置以 太網(wǎng)控制器和MAC層，網(wǎng)絡(luò)芯片采用RTL8201，其具有網(wǎng)絡(luò)PHY層，與AT91SAM7x256配合組 成完整的網(wǎng)絡(luò)開發(fā)模塊。軟件上采用嵌入式操作系統(tǒng)uC/0S-I1主要包括EPA以太網(wǎng)通訊 模塊，MODBUS模塊，ARM微處理器執(zhí)行EPA協(xié)議棧、MODBUS主站協(xié)議棧和EPA/MODBUS協(xié)議 轉(zhuǎn)換模塊等軟件模塊，EPA協(xié)議和MODBUS協(xié)議通過EPA協(xié)議棧、MODBUS主站協(xié)議棧和EPA/ MODBUS協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換互連。 本發(fā)明的有益效果是將MODBUS設(shè)備與MODBUS/EPA轉(zhuǎn)換模塊(EPA總線與MODBUS 總線轉(zhuǎn)換適配器)相連后可以實(shí)現(xiàn)MODBUS報(bào)文到EPA報(bào)文的轉(zhuǎn)換，在EPA組態(tài)軟件中可以 成功的監(jiān)聽并組態(tài)該MODBUS設(shè)備，實(shí)現(xiàn)MODBUS設(shè)備與EPA設(shè)備共存于同一網(wǎng)絡(luò)，并實(shí)現(xiàn)它 們之間的互操作、互訪問。


圖1是本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)框圖，并作為摘要附圖； 圖2是本發(fā)明的ARM控制器芯片及其外圍電路；
圖3是本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)芯片及其外圍電路；
圖4是本發(fā)明的軟件流程圖。
具體實(shí)施例方式
為了更清楚的理解本發(fā)明，結(jié)合附圖和實(shí)例詳細(xì)描述本發(fā)明
如圖1-4所示，具有MODBUS總線功能的設(shè)備通過EPA總線與MODBUS總線轉(zhuǎn)換適 配器主電路模塊上的MODBUS專用接口相連，將MODBUS信號(hào)傳送到EPA總線與MODBUS總線 轉(zhuǎn)換適配器上。EPA總線與MODBUS總線轉(zhuǎn)換適配器經(jīng)過對(duì)MODBUS協(xié)議報(bào)文的分析，將其轉(zhuǎn) 換為EPA協(xié)議報(bào)文，并通過主電路模塊上的網(wǎng)絡(luò)接口 RJ45，將EPA報(bào)文通過以太網(wǎng)直接連 接至工業(yè)交換機(jī)上，最終實(shí)現(xiàn)MODBUS到EPA的轉(zhuǎn)換。板卡的供電采用總線供電，由工業(yè)交 換機(jī)的RJ45接口 4、5腳提供+24V，7、8腳提供GND，通過網(wǎng)線為板卡提供電源。板卡采用 的主要芯片是Atmel公司的ARM7系列的AT91SAM7x256，其內(nèi)置以太網(wǎng)控制器和MAC層，網(wǎng) 絡(luò)芯片采用RTL8201，其具有網(wǎng)絡(luò)PHY層，與AT91SAM7x256配合組成完整的網(wǎng)絡(luò)開發(fā)模塊。 軟件上采用嵌入式操作系統(tǒng)uC/OS-II主要包括EPA以太網(wǎng)通訊模塊，MODBUS模塊，ARM微 處理器執(zhí)行EPA協(xié)議棧、MODBUS主站協(xié)議棧和EPA/MODBUS協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊等軟件模塊，EPA 協(xié)議和MODBUS協(xié)議通過EPA協(xié)議棧、MODBUS主站協(xié)議棧和EPA/MODBUS協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊相互 轉(zhuǎn)換互連。 如圖2所示，這是整個(gè)主電路模塊的CPU部分，采用AT91SAM7x256，這是一款集 成有MAC層和網(wǎng)絡(luò)控制器的ARM芯片。整個(gè)芯片的工作電壓是3. 3V， ARM內(nèi)核的工作電壓 是1.8V，1.8V電壓由該芯片的VDDOUT輸出，給自身的內(nèi)核供電，其余IO部分和外圍設(shè)備 控制器是3.3V供電。由于采用總線24V供電，所以需要兩個(gè)電源模塊，分別是WRB2405和LM1117-3. 3，前者用于24V轉(zhuǎn)5V，后者用于5V轉(zhuǎn)3. 3V然后給CPU供電。CPU的晶振采用18. 432MHz，經(jīng)過PLL控制器分頻倍頻后產(chǎn)生48MHz的頻率作為ARM主頻。仿真調(diào)試部分采用標(biāo)準(zhǔn)的JTAG電路。CPU與網(wǎng)絡(luò)芯片RTL8201的連接通過EMAC接口實(shí)現(xiàn)，EMAC的接口個(gè)數(shù)一共為15個(gè)管腳。ADM2486為RS485芯片，其A、B對(duì)應(yīng)著MODBUS接頭的信號(hào)。
如圖3所示，這個(gè)是主電路模塊的網(wǎng)絡(luò)部分，其中RTL8201為集成PHY層的網(wǎng)絡(luò)芯片，其外接晶振為25MHz，其通過MAC接口與AT91SAM7x256連接。HR611661為網(wǎng)絡(luò)變壓器，其分別與RJ45網(wǎng)絡(luò)接口和RTL8201連接。RJ45的網(wǎng)絡(luò)接口的4、5腳通過工業(yè)交換機(jī)得到24V電源，7、8腳也與工業(yè)交換機(jī)相連得到GND，實(shí)現(xiàn)總線供電。 如圖4所示軟件流程，整個(gè)軟件系統(tǒng)移植有嵌入式操作系統(tǒng)uC/0S-I1和嵌入式網(wǎng)絡(luò)TCP/IP協(xié)議，并在此基礎(chǔ)上添加EPA層，實(shí)現(xiàn)EPA的協(xié)議，并在應(yīng)用層添加MODBUS協(xié)議轉(zhuǎn)換的代碼。 軟件上采用嵌入式操作系統(tǒng)uC/OS-II主要包括EPA以太網(wǎng)通訊模塊，MODBUS模塊，ARM微處理器執(zhí)行EPA協(xié)議棧、MODBUS主站協(xié)議棧和EPA/MODBUS協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊等軟件模塊，EPA協(xié)議和MODBUS協(xié)議通過EPA協(xié)議棧、MODBUS主站協(xié)議棧和EPA/MODBUS協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換互連。 根據(jù)上述說明，結(jié)合本領(lǐng)域技術(shù)可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方案。
權(quán)利要求
EPA總線與MODBUS總線轉(zhuǎn)換適配器，包括主電路模塊，所述主電路模塊主要由ARM控制器芯片AT91SAM7x256、網(wǎng)絡(luò)芯片RTL8201、網(wǎng)絡(luò)變壓器HR611661、標(biāo)準(zhǔn)的JTAG電路及外圍電路構(gòu)成，其特征在于所述主電路模塊通過網(wǎng)絡(luò)獲得總線24V電源，以獲得的24V電源為電源模塊WRB2405提供輸入電壓，然后由電源模塊WRB2405轉(zhuǎn)換為5V輸出電壓，再經(jīng)電源模塊LM1117-3.3轉(zhuǎn)換為3.3V輸出；以3.3V電壓為主電路模塊的工作電壓；通過RS485芯片ADM2486將來自MODBUS總線設(shè)備的信號(hào)；傳送給ARM控制器芯片AT91SAM7x256；標(biāo)準(zhǔn)JTAG電路通過連接ARM芯片AT91SAM7x256；網(wǎng)絡(luò)芯片RTL8201，通過MAC接口與ARM控制器芯片AT91SAM7x256連接，通過EMAC接口實(shí)現(xiàn)通信；網(wǎng)絡(luò)變壓器HR611661分別與網(wǎng)絡(luò)芯片RTL8201、RJ45網(wǎng)絡(luò)接口連接。
2. 如權(quán)利要求1所述EPA總線與MODBUS總線轉(zhuǎn)換適配器，其特征是所述主電路模塊 電源是通過RJ45網(wǎng)線從工業(yè)交換機(jī)的RJ45接口 4、5腳獲取+24V電源，從7、8腳獲取GND。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種EPA總線與MODBUS總線轉(zhuǎn)換適配器，主電路模塊主要由ARM控制器芯片AT91SAM7x256、網(wǎng)絡(luò)芯片RTL8201、網(wǎng)絡(luò)變壓器HR611661、標(biāo)準(zhǔn)的JTAG電路及外圍電路構(gòu)成，所述主電路模塊通過網(wǎng)絡(luò)獲得總線24V電源，EPA總線與MODBUS總線轉(zhuǎn)換適配器經(jīng)過對(duì)MODBUS協(xié)議報(bào)文的分析，將其轉(zhuǎn)換為EPA協(xié)議報(bào)文，并通過轉(zhuǎn)換適配器主電路模塊上的網(wǎng)絡(luò)接口RJ45，將EPA報(bào)文通過以太網(wǎng)直接連接至工業(yè)交換機(jī)上，最終實(shí)現(xiàn)MODBUS到EPA的轉(zhuǎn)換，將MODBUS設(shè)備與MODBUS/EPA轉(zhuǎn)換模塊相連后可以實(shí)現(xiàn)MODBUS報(bào)文到EPA報(bào)文的轉(zhuǎn)換，在EPA組態(tài)軟件中可以成功的監(jiān)聽并組態(tài)該MODBUS設(shè)備，實(shí)現(xiàn)MODBUS設(shè)備與EPA設(shè)備共存于同一網(wǎng)絡(luò)，并實(shí)現(xiàn)它們之間的互操作、互訪問。
文檔編號(hào)H04L12/40GK101729453SQ20091022819
公開日2010年6月9日 申請(qǐng)日期2009年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月12日
發(fā)明者楊彬, 王雙存, 王文亮, 王蕓, 趙洋, 馬超 申請(qǐng)人:中環(huán)天儀股份有限公司