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日志

物联网芯片

已有 174 次阅读2019-11-22 14:13

物联网被业内认为是继计算机、互联网之后世界产业技术第三次革命,其市场规模达到万亿级,前景可谓无限光明。根据 IDC 测算,到2021年将会有 250 亿台设备联网,而物联网芯片作为万物互联的关键,目前架构多样化,市场也尚未成型。万物互联的前提是智能终端设备与传感器的连接,其应用场景和特性使得物联网芯片偏向低功耗和高整合度,低功耗使得开发人员能够为功耗受限设备增添功能,同时保持芯片尺寸,扩大应用可能性。添加高集成度的元件可实现芯片的即插即用,简化应用开发,方便设备更新换代,便于产品快速推向市场。

 

ZLAN1003芯片就是这么一款即插即用的物联网芯片这款芯片 它具有一个10M/100M的以太网接口(内部已经集成PHY功能),一个普通速率UART、一个高速UART和一些可配置的功能引脚。ZLAN1003系列的基本的功能是实现UART到TCP/IP的协议转化,即将UART收到的数据转到到云端/计算机,云端/计算机下发的数据转发到UART。实现这些功能,无需用户开发程序,ZLAN1003内部的程序是已经固化好的,用户配置即可使用。可以将它视为一颗单芯片级别的串口转网口芯片、物联网芯片。

 

  它内部已经集成物联网(IOT)所需的各类功能,包括:

  1. 通过网口搜索和配置ZLAN1003的参数;
  2. 通过网口下载自定义的Web,通过Web配置IP和波特率等参数;
  3. 可配置ZLAN1003的工作模式自动连接7个云端服务器;
  4. 可以配置ZLAN1003具有注册包和心跳包功能;
  5. 可配置为http模式,可以和云端的asp/phpGET/POST指令直接对接;
  6. 可以配置为“转码”功能,可以自动串口发送指令,采集仪表数据后按照定制格式上传;
  7. 具有Modbus网关功能,实现Modbus TCPModbus RTU
  8. 支持SNMP协议,可以将各类串口协议转化为SNMP协议;
  9. ZLAN1043N支持P2P方式的内网穿越通讯,实现随时随地通过ID联网。
    1. 框图

2 ZLAN1003方框图

ZLAN1003系列额内部固件程序是已经固化好的,无需二次开发,但是可以通过网口进行程序升级。芯片的外部接口主要是UART、以太网和IO接口。ZLAN1003内部功能模块包括:网络配置的芯片参数的功能,串口通过类似AT指令配置的功能,通过已经内嵌的Web进行配置的功能,IO控制输入输出引脚功能等。

    1. 特点
      1. 硬件特点
  • 单芯片集成度高:内部集成10M/100M的快速以太网的MACPHY接口,无需扩展RAMFLASHPHY,只需外接电阻电容。
  • 支持自动协商(Auto Negotiation Full-duplex&half duplex)。支持自动交叉线检测(MDI/MDIX
  • 3.3V工作电压,5V I/O信号承受度。可3.3V/1.8V双电源供电或者3.3V单电源供电。
  • 高速模式UART1波特率支持1200115200bps,低速模式UART1支持120038400bpsUART1的数据位支持59位,校验位可以为无校验、奇校验、偶校验、标记、空格这五种方式,支持硬件流控和软件流控。UART2支持1200921.6Kbps
  • 80LQFP无铅(Lead free)封装。
  • 丰富的指示灯引脚:TCP连接建立指示灯、网线连接指示、数据通信指示。
  • 支持连接RS485的发送控制脚RS485_EN
  • -40°C85°C工业级芯片。
      1. 软件特点
  • 内部固化全功能的串口转TCP/IP软件,无需二次开发。
  • 支持TCP服务端、TCP客户端,UDP模式,UDP组播。作为TCP客户端的时候同时支持TCP服务器端功能。作为TCP服务器支持30TCP连接,作为TCP客户端支持7个目的IP
  • 支持芯片连接上发送MAC地址功能,方便云端管理设备。
  • 提供计算机端搜索、配置芯片的二次开发包DLL开发库。
  • 支持Web浏览器配置、支持DHCP动态获得IPDNS协议连接域名服务器地址。
  • 支持云端远程搜索芯片、配置芯片参数、芯片固件程序升级。
  • 支持远程通过软件查看芯片的TCP连接状态、串口数据发送、接收状态。虚拟串口支持数据监视功能。
  • 支持通过串口发送类AT指令进行芯片参数的读写和控制。
      1. ZLAN1043软件特点

以下功能ZLAN1003不支持,仅ZLAN1043/1043N支持:

  • 支持Modbus网关功能,支持Modbus RTUModbus TCP。可以支持存储型的Modbus,可以自动采集设备数据,并存储起来;也支持非存储模式的Modbus网关。
  • 支持多主机功能:在一问一答的查询方式下,支持网口端允许有多台计算机同时访问同一个串口设备。
  • 支持自定义心跳包和注册包功能:可以方便和云端进行通信和设备识别。
  • 支持TCP建立连接需要密码验证的功能,保证连接安全性。
  • 支持“转码”功能,可以实现对特定设备的协议的翻译工作,让不同的设备对接统一的软件平台。
  • 支持http方式的数据提交和下发功能,云端可以直接使用httpGET指令和设备的串口数据进行交互。
  • 支持通过任意的网络指令来控制8IO口的电平。
  • 另外ZLAN1043N支持P2P方式网络NAT穿越功能。
    1. 优势

ZLAN1003系列有如下的4个优势:零软件开发、集成丰富的IOT功能、某些应用无需外置MCU、无缝对接原来串口程序。

      1. 零软件开发

3 ZLAN1003 应用图

ZLAN1003系列芯片内部程序无需用户二次开发,对接用户MCUUART直接收发数据即可将数据传输到网络上的计算机程序。用户使用步骤大致如下:

  1. 卓岚提供完整的ZLAN1003芯片的外围电路图,用户按照此电路图设计,将ZLAN1003焊接到电路板。
  2. ZLAN1003的电路板上电后,电路板的RJ45网口接入网络,网络中的任何一台计算机通过ZLVircom或者用户自己开发的程序,通过网络搜索设备,使用ZLVircom查看ZLAN1003IP和端口,如有需要可以配置IP和波特率。将计算机上的SocketTCP/IP)软件连接到设备IP和端口。
  3. 相关指示灯指示ZLAN1003和计算机是否建立TCP/IP
  4. 等连接建立后,SocketTCP/IP)软件发送给ZLAN1003的数据将通过UART发给用户的MCU,用户MCU的数据也可以通过UART发数据给计算机SocketTCP/IP)软件。
  5. 如有需要,用户MCU上电后也可以通过类AT指令读取ZLAN1003MAC,修改IP等操作。

 

以上的使用步骤中并没有一点软件开发工作,即使是硬件开发也提供有完整的电路图。只需要使用ZLVircom一次性配置ZLAN1003IP、波特率等参数保存好后就可以使用,真正做到了零软件开发。

一般来说可以在1个星期完成一个基于以太网的物联网产品的开发。此零软件开发特点为用户产品快速上市提供了快捷的方案,也避免了软件开发时间长、软件开发不稳定等问题。

      1. 集成丰富的IOT功能

ZLAN1003内部已经集成了很多IOT的功能模块,减少了用户的开发相关物联网功能的工作量。这里简单介绍几个典型功能:

  1. 注册包和心跳包功能:物联网设备和云端对接的时候需要将自的ID发送到云端软件,方便云端识别设备的编号。ZLAN1003/1043具有多种注册包和心跳包方式。
  2. ZLAN1043可配置为http模式,可以和云端的asp/phpGET/POST指令直接对接;
  3. ZLAN1043可以配置为“转码”功能,可以自动串口发送指令,采集仪表数据后按照定制格式上传;方便了将不同的设备转化为统一的云端服务器格式,而不需要二次开发。
  4. 具有Modbus网关功能,实现Modbus TCPModbus RTU
  5. ZLAN1043N支持P2P方式的内网穿越通讯,实现随时随地通过ID联网:可以在没有云端的环境下实现PC监控任意一台内网的设备。
      1. 某些应用无需外置MCU

由于ZLAN1003芯片无需MCU通过串口、SPI进行配置,内部固化的程序已经可以实现UARTTCP/IP,且ZLAN1043具有强大的“转码”编程功能,所以用户可以省略MCU,这样可以降低电路板复杂度和节约成本。

我们列举如下几个情况:

  1. 对接无线串口模块:ZLAN1003可以用作某些无线模块数据采集转化为TCP/IP的网关。这个网关一端是无线模块,比如蓝牙、ZigbeeRolaUART接口的模块,另外一端是以太网。此时只需要将ZLAN1003UART和无线模块的UART直接对接即可,不需要再增加一个MCU

4对接无线模块

  1. 仪表采集:ZLAN1043支持强大的“转码”功能,它具有自动采集,按照定制的格式定时上发的数据的可编程功能。此时只要将“转码”配置文件写入ZLAN1043内部,则ZLAN1043就会发送特定的指令,并按照固定的格式上发给云端,需要电路板上增加一个MCU进行数据采集和协议转化。

5仪表采集

  1. 串口转网口网关:ZLAN1003本身就是一个功能强大的串口服务器单芯片,如果需要实现串口转网口网关功能时,需要再外加MCU,也无需软件开发。另外ZLAN1003具有RS485EN引脚,可以支持对接各类485芯片。
      1. 无缝对接原来串口程序

6用户MCU串口程序无修改

         很多RS232/RS485设备原来内部的MCU具有UART接口,且MCU内部程序是已经开发好的,基于以下的原因可能用户不希望重新开发MCU内部的程序:

  1. MCU串口程序已经经过多年的应用验证,稳定可靠。如果重新开发为SPI等接口则会有稳定性方面的考虑。
  2. 由于研发进度短、研发资源不够等原因,如果能够直接使用原来的MCU的程序则会加快进度、减少研发投入。
  3. 原来的MCU程序代码已经丢失或者没有技术员在维护。

 

ZLAN1003对于此类RS485/232设备的网络化升级提供了很好的方案,只要将原来和232/485芯片对接的部分和ZLAN1003对接即可。无需进行软件开发,只需要设计电路即可完成产品升级。

另外ZLAN1003配备的ZLVircom具有虚拟串口功能,如果用户不想修改上位机串口软件,同样可以满足要求。

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