[发明专利]EtherCAT工业以太网与无线Zigbee间的网关装置及其协议转换方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种网络技术领域的装置及其方法，尤其是一种EtherCat工业以太网与无线Zigbee间的网关装置及其协议转换方法，属于通信技术领域。

背景技术

实时工业以太网EtherCAT技术是一种近年发展起来的通用超高速以太网现场总线技术，用于替代PROFIBUS、CANopen、MODBUS工业总线技术。所谓工业现场总线就是使数据采集装置也即现场仪表和控制单元通过总线互联起来，实现数据采集、分析与自动控制。

EtherCAT 协议是根据IEEE802.3标准的扩展的以太网系统，使得数据传输中具有可预测性定时及高精度同步等特点。传统以太网的介质访问控制方式即带有冲突检测的载波侦听多路访问机制是一种非确定性的介质访问控制方式，不能满足工业现场的实时性要求，因此EtherCAT可以替换原有的以太网星型拓扑结构，可以非常容易地建立线型拓扑，作为主站，标准以太网控制器就可以满足，不需要特定的硬件设备。

   无线传感器网络作为物联网技术的感知层技术，在其发展中起着至关重要的作用，因Zigbee技术特有的低功耗、低复杂度和低成本的优势，其无疑成为无线传感网络通信的首先技术，成功地应用到工业自动控制、智能电网等多个领域之中。

   Zigbee网络由三种网络节点组成：网络协调器、路由节点、终端节点。网络协调器包含所有的网络消息，存储容量大、计算能力最强，发送网络信标、建立一个网络、管理网络节点、存储网络节点信息、寻找一对节点间的路由消息、不间断地接收消息；路由节点是网络中的中继，连接网络各个节点，延伸和扩展网络的覆盖范围和网络规模。终端节点是只能直接发消息给网络协调器和路由节点，所有采集的数据信息都经过该节点而进入Zigbee通信网络。

将基于Zigbee技术的无线传感网络与EtherCAT工业以网结合使用，共同形成各控制领域中仪器仪表或电气设备和分布式控制单元的骨干总线网络，随着实时EtherCAT工业现场总线技术与Zigbee技术的普及，两者协议转换的网关装置势在必行。 

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术在EtherCAT有线总线网络和Zigbee无线网络兼容上的缺失，提供实时工业以太网EtherCAT与无线传感网络Zigbee技术协议的规约转换装置。通过增加该网关设备，实现EtherCAT有线网络和Zigbee无线网络之间的互联互通，其中主站处于分布式控制单元上，从站位于网关装置端。

本发明采用以下技术方案来实现：

一种EtherCAT工业以太网与无线Zigbee间的网关装置，包括：Zigbee无线模块、EtherCAT模块以及中心处理模块，其中Zigbee无线模块主要负责接收各种传感收据和发送各种自动控制命令给仪器仪表，中心处理模块主要负责EtherCAT驱动、与Zigbee无线模块和EtherCAT模块的数据与控制交互处理、应用程序的实现，EtherCAT模块实现从站功能并实现与分布式控制单元中主站数据与控制的交互处理。

前述的EtherCAT工业以太网与无线Zigbee间的网关装置，其特征在于：所述Zigbee无线模块包括Zigbee无线芯片和射频天线，在Zigbee无线芯片上实现Zigbee无线技术标准协议栈、无线协议数据帧的处理与封装。

前述的EtherCAT工业以太网与无线Zigbee间的网关装置，其特征在于：所述Zigbee无线模块还包括射频功率放大电路，所述射频功率放大电路与Zigbee无线芯片相连。射频功率放大电路为可裁减部分，根据实际应用的距离要求，确实是否裁减，该功率放大电路主要对信号进行线性放大，提高信号发送到空口的信号强度；射频天线增加信号增益，实现信号的全方位或定向发送。

所述的EtherCAT模块，包括EtherCAT技术芯片、以太网收发器芯片、网络变压器以及网口，其中：EtherCAT技术芯片实现从站功能，遵循EtherCAT标准协议，并负责与主站进行通信；以太网收发器芯片负责实现物理层以太网报文的收发控制，同时提供对介质访问控制层的接口；网络变压器用于信号电平耦合，可以增强信号，提高传输距离，同时使芯片与外部隔离，增强抗干扰能力；网口可以通用的RJ45接口，也可以是通过光电转换的光纤以太网接口。