[發明專利]一種兼容Zigbee協議的嵌入式工控機主板

無效

• 申請號: 200710036839.0
• 申請日: 2007-01-25
• 公開（公告）號: CN101231509A
• 公開（公告）日: 2008-07-30
• 發明（設計）人: 王小軍;馬曉武;鄭琰
• 申請（專利權）人: 上海研祥智能科技有限公司
• 主分類號: G05B15/02
• 分類號: G05B15/02;G05B19/418;H04L12/28
• 代理公司: 上海翼勝專利商標事務所
• 代理人: 翟羽

技術領域

本發明涉及嵌入式工業控制計算機主板，尤其是兼容Zigbee無線協議標準下的嵌入式工業控制單板計算機主板的設計和開發。

背景技術

Zigbee無線協議是一種基于IEEE?802.15.4的通信協議標準，包括用于低速無線個人局域網的物理層和媒體接入控制層兩個規范，工作頻段包括2.4G，868M/915M和433M?Hz等多種。目前多使用2.4G頻段，其信道數據傳輸率可達250Kbits/s，支持單跳星狀和多跳對等拓撲組網方式，在目前各種通信協議中消耗功率最少，主要用于低速短程無線個人局域網、無線傳感網絡、無線工業監控等領域，特別是在無線傳感網絡中具有廣闊的應用前景。與其它無線通信協議相比，該協議具有支持簡單器件，超低功耗，數據傳輸穩定，網絡安全性高，自配置組網，可隨意增減網絡節點等突出優點。

現代工業中，許多工業控制現場需大量使用不同種類的分布式傳感系統，進行現場信息采集和控制，這些系統若采用接線方式控制的話，存在布線困難、系統成本高、功耗大、維護困難且繁瑣等問題，因此大多情況下只能通過無線傳感網絡的形式進行現場監控。穩定性和可靠性對于工業控制計算機和無線傳感網絡系統而言至關重要。

普通的無線傳感網絡系統包括網絡傳感節點、基站、網關和控制設備等幾個部分。基于Zigbee協議的無線網關獨立于控制計算機，與控制計算機多采用網口或USB接口等方式進行數據通信連接，無線網關使用時需要反復插拔，并需隨控制計算機攜帶。對于野外、強振動、強酸堿等惡劣環境下的現場監控，這一方式很容易出現數據接口接觸不良，穩定性差，系統可靠性低，而且攜帶不便，操作繁瑣等。對于需要在惡劣環境下的工業控制計算機而言，這一工作方式顯然難以滿足實際要求。

發明內容

本發明所要解決的技術問題就在于，針對無線傳感網絡系統在工業控制中的日益廣泛使用，提供一種將可兼容Zigbee協議的無線接入網關嵌入于工業控制計算機主板的方法，并解決因高頻無線網關接入而帶來的主板電磁干擾等問題，提高計算機系統的穩定性和可靠性，使得該無線工控單板計算機性能可完全滿足應用于惡劣工業環境下，對無線傳感網絡等基于Zigbee協議的無線工業控制系統的實時監控和數據處理的實際要求。

本技術發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種兼容Zigbee協議的嵌入式工控機主板，包括CPU模塊、北橋模塊、南橋模塊、視頻輸出模塊、USB口、有線LAN、音頻輸出模塊、內存模塊、硬盤模塊、I/O?PORT，其特征在于，設置一個兼容Zigbee協議的無線接入模塊與所述南橋模塊相連。

更具體的，所述無線接入模塊設置于主板的右下角，盡可能地遠離主板上的其他接口和模塊，并對該模塊進行電磁隔離處理。

更具體的，在主板的右下角增添一個天線接口，該接口盡量遠離其他外設接口，以避免高頻信號對其他接口的電磁干擾。

更具體的，所述無線接入模塊包括數據處理、射頻無線收發、電源管理模塊和通信串口四大模塊。

更具體的，數據處理模塊包括微處理器，數據和程序Flash存儲器，通信串口和I/O口四個子模塊；射頻無線收發模塊包括射頻收發器和天線兩個子模塊，射頻收發采用CC2420芯片；電源管理模塊協調保證穩定的供電；通信串口模塊設置成PCI總線通訊方式。

更具體的，所述工控機主板的無線接入模塊工作方式包括：

a.在接收過程中，通過無線射頻接收芯片CC2420，將基于Zigbee協議標準的無線工控網絡的現場監控信息，接收到無線網關的數據存儲器中；

b.將接收到的監控數據輸入到數據處理器中，進行相關數據處理；

c.將處理好的數據通過通信串口與PCI總線相連；

d.通過主板南橋，將數據輸入到CPU中；

e.發送過程與接收過程相反，CPU將處理好的數據、控制命令或編寫的程序，通過無線射頻網關發送給無線傳感網絡等現場無線監控系統。

更具體的，控制無線接入模塊工作方式的系統軟件采用專門基于IEEE?802.15.4通信標準的開放式操作系統Tiny?OS和C/C++語言作為開發工具，對無線模塊的處理功能、自組網方式及通信協議棧進行程序設計，并開發了相配套的組態控制軟件。

更具體的，無線射頻接入模塊通信協議棧包括兼容Zigbee協議的物理層協議、數據鏈路層媒體接入控制(MAC)層協議、路由協議、網絡拓撲協議、傳輸層協議和應用層協議，對應OSI網絡模型的物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層、會話層、表示層和應用層。