用于連接變頻器與上位機的profibus通訊模塊的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了用于連接變頻器與上位機的PROFIBUS通訊模塊，包括：與接口板(9)連接的電源接口(3)；與PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線連接的D型接頭(7)；與所述D型接頭(7)連接的485隔離芯片(6)；與所述485隔離芯片(6)連接的ARM微處理器(1)，以及與所述ARM微處理器(1)連接的ADM隔離芯片(5)；以及與所述ADM隔離芯片(5)連接的變頻器接口(4)，用以連接變頻器。本PROFIBUS通訊模塊通過運行ARM微處理器中軟件集成PROFIBUS-DP?V0協(xié)議程序，實現(xiàn)變頻器與上位機的PROFIBUS-DP通訊，無需專用協(xié)議芯片，硬件電路結構簡單，通訊速率快，抗干擾能力強，節(jié)省了硬件及成本。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本實用新型屬于PR0FIBUS通訊產(chǎn)品領域，特別涉及一種用于連接變頻器與 PR0FIBUS-DP現(xiàn)場總線的通訊模塊。 用于連接變頻器與上位機的PROF I BUS通訊模塊

【背景技術】
[0002] 現(xiàn)場總線技術是當今自動化控制領域技術發(fā)展熱點之一，被譽為自動化領域的計 算機局域網(wǎng)，它的出現(xiàn)標志著自動化控制技術又一個新時代的開始。隨著近年來現(xiàn)場總線 控制技術的日益成熟和完善，其在工業(yè)現(xiàn)場的應用已經(jīng)非常普遍。PR0FIBUS-DP是國際上通 用的現(xiàn)場總線標準，它具有實時性強、傳輸速率高、支持冗余等特點，在工控領域得到廣泛 的應用。變頻器已被廣泛應用于工業(yè)控制，因此，市場需要用于連接變頻器與PR0FIBUS-DP 現(xiàn)場總線的高效率、高穩(wěn)定性的通訊產(chǎn)品。
[0003] 目前，PR0FIBUS-DP通訊產(chǎn)品均是采用單片機加 PR0FIBUS專用芯片的方式實現(xiàn)， 與變頻器的通訊大多是將PR0FIBUS-DP總線信號通過PR0FIBUS專用芯片進行數(shù)據(jù)處理后 再通過單片機進行分析處理，這種方式的電路相對復雜，而且單片機速度低，限制變頻器的 實時響應速度及數(shù)據(jù)返回速度，且PR0FIBUS專用協(xié)議芯片的功能有限、來源單一、價格較 高，因此產(chǎn)品成本及銷售價格一般較高。另外，單片機在惡劣環(huán)境下容易受到干擾，程序運 行容易出現(xiàn)異常，導致通訊的可靠性下降。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 發(fā)明目的：提供一種用于連接變頻器與PR0FIBUS-DP現(xiàn)場總線的通訊模塊，代替 專用協(xié)議芯片，簡化通訊模塊的硬件電路，減小其體積大小和生產(chǎn)成本。
[0005] 技術方案：用于連接變頻器與上位機的PR0FIBUS通訊模塊，包括：與接口板9連 接的電源接口 3 ;與PR0FIBUS-DP現(xiàn)場總線連接的D型接頭7 ;與所述D型接頭7連接的485 隔離芯片6 ;與所述485隔離芯片6連接的ARM微處理器1，其軟件集成的PROFIBUS-DP V0 協(xié)議程序，接收來自與D型接頭連接的所述485隔離芯片6的信號，并進行分析處理；以及 與所述ARM微處理器1連接的ADM隔離芯片5,所述ARM微處理器1通過所述ADM隔離芯 片5與變頻器進行數(shù)據(jù)交換；以及與所述ADM隔離芯片連接的變頻器接口 4,用以連接變頻 器；
[0006] 本PR0FIBUS通訊模塊還包括與ARM微處理器1連接的電源轉(zhuǎn)換模塊2,用于為ARM 微處理器1提供3. 3V工作電壓；
[0007] 本PR0FIBUS通訊模塊還包括與所述ARM微處理器1連接的LED燈11，用來指示 PR0FIBUS通訊模塊與上位機及變頻器的通訊狀態(tài)；
[0008] 本PR0FIBUS通訊模塊還包括與總線D型接頭一側連接的備用終端電阻及上拉下 拉電阻12 ;
[0009] 本PR0FIBUS通訊模塊還包括用于對所述485隔離芯片、D型接口終端電阻及上拉 下拉電阻供電的VCC5V電源；
[0010] 本PR0FIBUS通訊模塊還包括用于對所述ADM隔離芯片的3. 3V電源及用于與變頻 器連接的接口 4的上拉下拉電阻供電的VDD5V電源；
[0011] 所述變頻器接口板9與所述電源接口 3及所述變頻器接口 4的連接，為直接接插 方式；
[0012] 本發(fā)明PR0FIBUS通訊模塊所述ARM微處理器1采用32位的Cortex-M3內(nèi) 核，STM32F103ZE微處理器，及相應的外圍系統(tǒng)電路和電源轉(zhuǎn)換模塊；所述的STM32F103ZE 微處理器的通訊速率可達6M，大大增強了與上位機的PR0FIBUS-DP現(xiàn)場總線的通訊速率；
[0013] 所述STM32F103ZE微處理器包括與485隔離芯片相連的串行通信接口 USART2,發(fā) 送數(shù)據(jù)到上位機和接收來自上位機的數(shù)據(jù)；微處理器與ADM隔離芯片連接的串行通信接口 USART1，發(fā)送數(shù)據(jù)到變頻器和接收來自變頻器的數(shù)據(jù)；
[0014] 所述與上位通訊的隔離芯片為MAX485E芯片，與變頻器通訊的隔離芯片為 ADM2483 芯片。
[0015] 本實用新型的優(yōu)點和有益效果：本發(fā)明PR0FIBUS通訊模塊通過運行ARM微處理器 中軟件集成PROFIBUS-DP V0協(xié)議程序，實現(xiàn)變頻器與上位機的PR0FIBUS-DP通訊，無需專 用協(xié)議芯片，在STM32F103ZE微處理器軟件集成PROFIBUS-DP V0協(xié)議，不但硬件電路結構 簡單，而且與變頻器的數(shù)據(jù)交換實時性強，通訊速率快，抗干擾能力強，節(jié)省了硬件及成本， 通過該模塊，可方便的將變頻器接入到PR0FIBUS現(xiàn)場總線上，具有重大的實際意義。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016] 圖1是本發(fā)明PR0FIBUS通訊模塊硬件原理框圖；
[0017] 圖2是本發(fā)明PR0FIBUS通訊模塊STM32F103ZE微處理器外圍電路原理圖；
[0018] 圖3是本發(fā)明PR0FIBUS通訊模塊系統(tǒng)硬件連接圖。

【具體實施方式】
[0019] 為了使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面結合附圖和具體實施例對 本發(fā)明進行詳細描述。
[0020] 如圖1所示，用于連接變頻器與上位機的PR0FIBUS通訊模塊，包括：與接口板9連 接的電源接口 3 ;與PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線連接的D型接頭7 ;與所述D型接頭7連接的485 隔離芯片6 ;與所述485隔離芯片6連接的ARM微處理器1，其軟件集成的PROFIBUS-DP V0 協(xié)議程序，接收來自與D型接頭連接的所述485隔離芯片6的信號，并進行分析處理；以及 與所述ARM微處理器1連接的ADM隔離芯片5,所述ARM微處理器1通過所述ADM隔離芯片 5與變頻器進行數(shù)據(jù)交換；以及與所述ADM隔離芯片連接的接口 4,用以連接變頻器；
[0021] 本PR0FIBUS通訊模塊還包括與ARM微處理器1連接的電源轉(zhuǎn)換模塊2,用于為ARM 微處理器1提供3. 3V工作電壓；
[0022] 本PR0FIBUS通訊模塊還包括與所述ARM微處理器1連接的LED燈11，用來指示 PR0FIBIS通訊模塊與上位機及變頻器的通訊狀態(tài)；
[0023] 本PR0FIBUS通訊模塊還包括與總線D型接頭一側連接的備用終端電阻及上拉下 拉電阻12 ;
[0024] 本PR0FIBUS通訊模塊還包括用于對所述485隔離芯片、D型接口終端電阻及上拉 下拉電阻供電的VCC5V電源；
[0025] 本PR0FIBUS通訊模塊還包括用于對所述ADM隔離芯片的3. 3V電源及用于與變頻 器連接的接口 4的上拉下拉電阻供電的VDD5V電源；
[0026] 所述變頻器接口板9與所述電源接口 3及所述變頻器接口 4的連接，為直接接插 方式；
[0027] 本發(fā)明PR0FIBUS通訊模塊所述ARM微處理器1采用32位的Cortex-M3內(nèi) 核，STM32F103ZE微處理器，及相應的外圍系統(tǒng)電路和電源轉(zhuǎn)換模塊；所述的STM32F103ZE 微處理器的通訊速率可達6M，大大增強了與上位機的PR0FIBUS-DP現(xiàn)場總線的通訊速率；
[0028] 所述STM32F103ZE微處理器包括與485隔離芯片相連的串行通信接口 USART2,發(fā) 送數(shù)據(jù)到上位機和接收來自上位機的數(shù)據(jù)；微處理器與ADM隔離芯片連接的串行通信接口 USART1，發(fā)送數(shù)據(jù)到變頻器和接收來自變頻器的數(shù)據(jù)；
[0029] 所述與上位通訊的隔離芯片為MAX485E芯片，與變頻器通訊的隔離芯片為 ADM2483 芯片。
[0030] 如圖2所示，本發(fā)明PR0FIBUS通訊模塊的STM32F103ZE微處理器外圍系統(tǒng)電路有 5V-3. 3V電源轉(zhuǎn)換模塊、使用外部晶體震蕩來提供時鐘信號，時鐘電路的設計采用典型的晶 體連接方法，外部晶振震蕩頻率采用8. 0MHz ;微控制器在上電時狀態(tài)并不確定，則造成微 控制器不能正確工作，外部晶振不起振，所以本發(fā)明通信模塊設計了一個手動系統(tǒng)復位電 路；此微處理器內(nèi)置JTAG接口，因此程序下載及調(diào)試接口設計為JTAG接口。
[0031] 本發(fā)明的PR0FIBUS通訊模塊供電電源及與變頻器自由通訊的隔離電源均為5V， 由變頻器的接口板提供，而STM32F103ZE微處理器需要的標準工作電壓是3. 3V，所以電源 轉(zhuǎn)換模塊采用DC-DC轉(zhuǎn)換芯片LM1117-3. 3,將5V電源轉(zhuǎn)換為3. 3V為STM32F103ZE微處理 器供電。
[0032] 具體的，上位PR0FIBUS-DP現(xiàn)場總線與該PR0FIBUS通訊模塊D型接頭相連，通 過ΜΑΧ485Ε隔離芯片將信號傳送至STM32F103ZE微處理器串口 USART2, STM32F103ZE微 處理器軟件集成PR0FIBUS-DP的DP-V0協(xié)議功能，實現(xiàn)PR0FIBUS-DP通信初始化功能。 STM32F103ZE微處理器接收來自上位機的信號，按照PR0FIBUS-DP系統(tǒng)的通信過程，軟件經(jīng) 歷診斷、參數(shù)設置、組態(tài)檢查以及再診斷等幾個階段，如果以上幾步完全正確，PR0FIBUS通 訊模塊與上位機開始進行循環(huán)的數(shù)據(jù)交換。
[0033] 本發(fā)明的PR0FIBUS通訊模塊的地址及波特率可設，可通過變頻器的監(jiān)視器設 置，在監(jiān)視器的上位控制組設置變頻器的通訊地址及通訊波特率，通過變頻器的接口板 485接口傳給ADM隔離芯片，ADM隔離芯片將該信號傳給ARM微處理器的串口 USART1， STM32F103ZE微處理器接收來自變頻器的信號，并進行處理，將變頻器的地址及通訊波特率 信息傳給上位機，從而實現(xiàn)了變頻器的地址及波特率可設功能。
[0034] 本發(fā)明的PR0FIBUS通訊模塊的LED指示燈一端連接1K歐姆的上拉電阻，一端與 STM32F103ZE微處理器的PE8引腳相連，其功能為：PR0FUBUS通訊模塊上電，LED指示燈滅， 若所述的PR0FIBUS通訊模塊與上位機通訊正常，LED指示燈常亮，與上位機通訊錯誤，LED 指示燈滅，若所述的PR0FIBUS通訊模塊與上位機及變頻器通訊正常時，LED指示燈閃爍。
[0035] 本發(fā)明的PR0FIBUS通訊模塊不采用專用的協(xié)議芯片SPC3,僅以ARM芯片代替?zhèn)鹘y(tǒng) 的單片機加協(xié)議芯片的方法，實現(xiàn)了 PR0FIBUS-DP通訊的功能。
[0036] 如圖3所示，本發(fā)明的PR0FIBUS通訊模塊與上位機及變頻器的連接關系為：上位 機S7-300PR0FIBUS-DP接口與本發(fā)明PR0FIBUS通訊模塊的D型接頭相連，進行數(shù)據(jù)交換， 本發(fā)明PR0FIBUS通訊模塊采用直接接插接口與變頻器相連，通過自由通訊協(xié)議，與變頻器 進行數(shù)據(jù)交換，從而組成了一個典型的主/從控制系統(tǒng)，提高了產(chǎn)品的安裝性。
[0037] 綜上所述，本發(fā)明是用于變頻器與PR0FIBUS-DP現(xiàn)場總線進行通信及控制的通訊 模塊，與同類產(chǎn)品相比，本發(fā)明的PR0FIBUS通訊模塊無需單片機控制芯片，也無需SPC3專 用協(xié)議芯片，以最簡單的硬件電路設計完成信號的傳輸和變頻器數(shù)據(jù)的通訊，從而實現(xiàn)了 快速的數(shù)據(jù)交換，生產(chǎn)簡單，成本低廉，安裝方便。
【權利要求】
1. 用于連接變頻器與上位機的PROFIBUS通訊模塊，其特征在于，包括：與接口板（9) 連接的電源接口（3);與PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線連接的D型接頭（7);與所述D型接頭（7) 連接的485隔離芯片￠);與所述485隔離芯片（6)連接的ARM微處理器（1)，其軟件集成 的PROFIBUS-DP V0協(xié)議程序，接收來自與D型接頭連接的所述485隔離芯片（6)的信號， 并進行分析處理；以及與所述ARM微處理器（1)連接的ADM隔離芯片（5)，所述ARM微處理 器（1)通過所述ADM隔離芯片（5)與變頻器進行數(shù)據(jù)交換；以及與所述ADM隔離芯片（5) 連接的變頻器接口（4)，用以連接變頻器。
2. 根據(jù)權利要求1所述的PROFIBUS通訊模塊，其特征在于，還包括與所述ARM微處理 器（1)連接的電源轉(zhuǎn)換模塊（2)，用于為所述ARM微處理器（1)提供3. 3V工作電壓。
3. 根據(jù)權利要求1所述的PROFIBUS通訊模塊，其特征在于，還包括與所述ARM微處理 器（1)連接的LED燈（11)，用來指示PR0FIBIS通訊模塊與上位機及變頻器的通訊狀態(tài)。
4. 根據(jù)權利要求1所述的PROFIBUS通訊模塊，其特征在于，還包括與總線D型接頭一 側連接的備用終端電阻及上拉下拉電阻（12)。
5. 根據(jù)權利要求1所述的PROFIBUS通訊模塊，其特征在于，還包括用于對所述485隔 離芯片、所述D型接口終端電阻及上拉下拉電阻供電的VCC5V電源。
6. 根據(jù)權利要求1所述的PROFIBUS通訊模塊，其特征在于，還包括用于對所述ADM隔 離芯片的3. 3V電源及用于與變頻器連接的接口 4的上拉下拉電阻供電的VDD5V電源。
7. 根據(jù)權利要求1所述的PROFIBUS通訊模塊，其特征在于，所述變頻器接口板（9)與 所述電源接口（3)及所述變頻器接口（4)的連接，為直接接插方式。
【文檔編號】H04L29/06GK203883862SQ201420331048
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年6月20日 優(yōu)先權日:2014年6月20日
【發(fā)明者】文義榮, 李瑞英 申請人:北京合康億盛變頻科技股份有限公司