物聯網芯片

物聯網被業內認爲是繼計算機、互聯網以後世界產業技術第三次革命，其市場規模達到萬億級，前景可謂無限光明。根據 IDC 測算，到2021年將會有 250 億臺設備聯網，而物聯網芯片做爲萬物互聯的關鍵，目前架構多樣化，市場也還沒有成型。萬物互聯的前提是智能終端設備與傳感器的鏈接，其應用場景和特性使得物聯網芯片偏向低功耗和高整合度，低功耗使得開發人員可以爲功耗受限設備增添功能，同時保持芯片尺寸，擴大應用可能性。添加高集成度的元件可實現芯片的即插即用，簡化應用開發，方便設備更新換代，便於產品快速推向市場。

 

ZLAN1003芯片就是這麼一款即插即用的物聯網芯片這款芯片 它具備一個10M/100M的以太網接口（內部已經集成PHY功能），一個普通速率UART、一個高速UART和一些可配置的功能引腳。ZLAN1003系列的基本的功能是實現UART到TCP/IP的協議轉化，即將UART收到的數據轉到到雲端/計算機，雲端/計算機下發的數據轉發到UART。實現這些功能，無需用戶開發程序，ZLAN1003內部的程序是已經固化好的，用戶配置便可使用。能夠將它視爲一顆單芯片級別的串口轉網口芯片、物聯網芯片。

 

  它內部已經集成物聯網（IOT）所需的各種功能，包括：

1)         經過網口搜索和配置ZLAN1003的參數；

2)         經過網口下載自定義的Web，經過Web配置IP和波特率等參數；

3)         可配置ZLAN1003的工做模式自動鏈接7個雲端服務器；

4)         能夠配置ZLAN1003具備註冊包和心跳包功能；

5)         可配置爲http模式，能夠和雲端的asp/php的GET/POST指令直接對接；

6)         能夠配置爲「轉碼」功能，能夠自動串口發送指令，採集儀表數據後按照定製格式上傳；

7)         具備Modbus網關功能，實現Modbus TCP轉Modbus RTU；

8)         支持SNMP協議，能夠將各種串口協議轉化爲SNMP協議；

9)         ZLAN1043N支持P2P方式的內網穿越通信，實現隨時隨地經過ID聯網。

1.1.      框圖

 

圖2 ZLAN1003方框圖

ZLAN1003系列額內部固件程序是已經固化好的，無需二次開發，可是能夠經過網口進行程序升級。芯片的外部接口主要是UART、以太網和IO接口。ZLAN1003內部功能模塊包括：網絡配置的芯片參數的功能，串口經過相似AT指令配置的功能，經過已經內嵌的Web進行配置的功能，IO控制輸入輸出引腳功能等。

1.2.      特色

1.1.1.    硬件特色

-            單芯片集成度高：內部集成10M/100M的快速以太網的MAC和PHY接口，無需擴展RAM、FLASH、PHY，只需外接電阻電容。

-            支持自動協商（Auto Negotiation Full-duplex&half duplex）。支持自動交叉線檢測（MDI/MDIX）

-            3.3V工做電壓，5V I/O信號承受度。可3.3V/1.8V雙電源供電或者3.3V單電源供電。

-            高速模式UART1波特率支持1200～115200bps，低速模式UART1支持1200～38400bps。UART1的數據位支持5～9位，校驗位能夠爲無校驗、奇校驗、偶校驗、標記、空格這五種方式，支持硬件流控和軟件流控。UART2支持1200～921.6Kbps。

-            80腳LQFP無鉛（Lead free）封裝。

-            豐富的指示燈引腳：TCP鏈接創建指示燈、網線鏈接指示、數據通訊指示。

-            支持鏈接RS485的發送控制腳RS485_EN。

-            -40°C到85°C工業級芯片。

1.1.2.    軟件特色

-            內部固化全功能的串口轉TCP/IP軟件，無需二次開發。

-            支持TCP服務端、TCP客戶端，UDP模式，UDP組播。做爲TCP客戶端的時候同時支持TCP服務器端功能。做爲TCP服務器支持30個TCP鏈接，做爲TCP客戶端支持7個目的IP。

-            支持芯片鏈接上發送MAC地址功能，方便雲端管理設備。

-            提供計算機端搜索、配置芯片的二次開發包DLL開發庫。

-            支持Web瀏覽器配置、支持DHCP動態得到IP、DNS協議鏈接域名服務器地址。

-            支持雲端遠程搜索芯片、配置芯片參數、芯片固件程序升級。

-            支持遠程經過軟件查看芯片的TCP鏈接狀態、串口數據發送、接收狀態。虛擬串口支持數據監視功能。

-            支持經過串口發送類AT指令進行芯片參數的讀寫和控制。

1.1.3.    ZLAN1043軟件特色

如下功能ZLAN1003不支持，僅ZLAN1043/1043N支持：

-            支持Modbus網關功能，支持Modbus RTU轉Modbus TCP。能夠支持存儲型的Modbus，能夠自動採集設備數據，並存儲起來；也支持非存儲模式的Modbus網關。

-            支持多主機功能：在一問一答的查詢方式下，支持網口端容許有多臺計算機同時訪問同一個串口設備。

-            支持自定義心跳包和註冊包功能：能夠方便和雲端進行通訊和設備識別。

-            支持TCP創建鏈接須要密碼驗證的功能，保證鏈接安全性。

-            支持「轉碼」功能，能夠實現對特定設備的協議的翻譯工做，讓不一樣的設備對接統一的軟件平臺。

-            支持http方式的數據提交和下發功能，雲端能夠直接使用http的GET指令和設備的串口數據進行交互。

-            支持經過任意的網絡指令來控制8個IO口的電平。

-            另外ZLAN1043N支持P2P方式網絡NAT穿越功能。

1.3.      優點

ZLAN1003系列有以下的4個優點：零軟件開發、集成豐富的IOT功能、某些應用無需外置MCU、無縫對接原來串口程序。

1.1.4.    零軟件開發

 

圖3 ZLAN1003 應用圖

ZLAN1003系列芯片內部程序無需用戶二次開發，對接用戶MCU的UART直接收發數據便可將數據傳輸到網絡上的計算機程序。用戶使用步驟大體以下：

(1)     卓嵐提供完整的ZLAN1003芯片的外圍電路圖，用戶按照此電路圖設計，將ZLAN1003焊接到電路板。

(2)     ZLAN1003的電路板上電後，電路板的RJ45網口接入網絡，網絡中的任何一臺計算機經過ZLVircom或者用戶本身開發的程序，經過網絡搜索設備，使用ZLVircom查看ZLAN1003的IP和端口，若有須要能夠配置IP和波特率。將計算機上的Socket（TCP/IP）軟件鏈接到設備IP和端口。

(3)     相關指示燈指示ZLAN1003和計算機是否創建TCP/IP。

(4)     等鏈接創建後，Socket（TCP/IP）軟件發送給ZLAN1003的數據將經過UART發給用戶的MCU，用戶MCU的數據也能夠經過UART發數據給計算機Socket（TCP/IP）軟件。

(5)     若有須要，用戶MCU上電後也能夠經過類AT指令讀取ZLAN1003的MAC，修改IP等操做。

 

以上的使用步驟中並無一點軟件開發工做，即便是硬件開發也提供有完整的電路圖。只須要使用ZLVircom一次性配置ZLAN1003的IP、波特率等參數保存好後就可使用，真正作到了零軟件開發。

通常來講能夠在1個星期完成一個基於以太網的物聯網產品的開發。此零軟件開發特色爲用戶產品快速上市提供了快捷的方案，也避免了軟件開發時間長、軟件開發不穩定等問題。

1.1.5.    集成豐富的IOT功能

ZLAN1003內部已經集成了不少IOT的功能模塊，減小了用戶的開發相關物聯網功能的工做量。這裏簡單介紹幾個典型功能：

(1)     註冊包和心跳包功能：物聯網設備和雲端對接的時候須要將自的ID發送到雲端軟件，方便雲端識別設備的編號。ZLAN1003/1043具備多種註冊包和心跳包方式。

(2)     ZLAN1043可配置爲http模式，能夠和雲端的asp/php的GET/POST指令直接對接；

(3)     ZLAN1043能夠配置爲「轉碼」功能，能夠自動串口發送指令，採集儀表數據後按照定製格式上傳；方便了將不一樣的設備轉化爲統一的雲端服務器格式，而不須要二次開發。

(4)     具備Modbus網關功能，實現Modbus TCP轉Modbus RTU；

(5)     ZLAN1043N支持P2P方式的內網穿越通信，實現隨時隨地經過ID聯網：能夠在沒有云端的環境下實現PC監控任意一臺內網的設備。

1.1.6.    某些應用無需外置MCU

因爲ZLAN1003芯片無需MCU經過串口、SPI進行配置，內部固化的程序已經能夠實現UART轉TCP/IP，且ZLAN1043具備強大的「轉碼」編程功能，因此用戶能夠省略MCU，這樣能夠下降電路板複雜度和節約成本。

咱們列舉以下幾個狀況：

(1)     對接無線串口模塊：ZLAN1003能夠用做某些無線模塊數據採集轉化爲TCP/IP的網關。這個網關一端是無線模塊，好比藍牙、Zigbee、Rola等UART接口的模塊，另一端是以太網。此時只須要將ZLAN1003的UART和無線模塊的UART直接對接便可，不須要再增長一個MCU。

 

圖4對接無線模塊

(2)     儀表採集：ZLAN1043支持強大的「轉碼」功能，它具備自動採集，按照定製的格式定時上發的數據的可編程功能。此時只要將「轉碼」配置文件寫入ZLAN1043內部，則ZLAN1043就會發送特定的指令，並按照固定的格式上發給雲端，須要電路板上增長一個MCU進行數據採集和協議轉化。

 

圖5儀表採集

(3)     串口轉網口網關：ZLAN1003自己就是一個功能強大的串口服務器單芯片，若是須要實現串口轉網口網關功能時，須要再外加MCU，也無需軟件開發。另外ZLAN1003具備RS485EN引腳，能夠支持對接各種485芯片。

1.1.7.    無縫對接原來串口程序

 

圖6用戶MCU串口程序無修改

         不少RS232/RS485設備原來內部的MCU具備UART接口，且MCU內部程序是已經開發好的，基於如下的緣由可能用戶不但願從新開發MCU內部的程序：

(1)     該MCU串口程序已經通過多年的應用驗證，穩定可靠。若是從新開發爲SPI等接口則會有穩定性方面的考慮。

(2)     因爲研發進度短、研發資源不夠等緣由，若是可以直接使用原來的MCU的程序則會加快進度、減小研發投入。

(3)     原來的MCU程序代碼已經丟失或者沒有技術員在維護。

 

ZLAN1003對於此類RS485/232設備的網絡化升級提供了很好的方案，只要將原來和232/485芯片對接的部分和ZLAN1003對接便可。無需進行軟件開發，只須要設計電路便可完成產品升級。

另外ZLAN1003配備的ZLVircom具備虛擬串口功能，若是用戶不想修改上位機串口軟件，一樣能夠知足要求。