資料介紹
??引 言
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??近年來,隨著網(wǎng)絡技術的發(fā)展,網(wǎng)絡化席卷全球。在工業(yè)現(xiàn)場中如何將測控系統(tǒng)等儀器和設備接入互聯(lián)網(wǎng),實現(xiàn)信息共享和遠程控制成為人們關注的話題。傳統(tǒng)的工業(yè)測控現(xiàn)場所采用的總線技術(如RS232和RS485等)能夠很好地解決儀器與設備的互聯(lián)互通問題,并得到了廣泛的應用。但此類總線是專為工業(yè)所設計的,并不能解決因特網(wǎng)的接入問題。采用單片機配合以太網(wǎng)構成測控系統(tǒng),可解決測控系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)的接入問題,但卻需要花費大量的時問和精力進行開發(fā)。采用商品化的串口服務器或網(wǎng)絡服務器進行網(wǎng)絡互聯(lián),雖可實現(xiàn)網(wǎng)絡互聯(lián),但軟硬件成本很高。針對這些情況,我們采用低成本的RS232以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換模塊作為網(wǎng)絡互聯(lián)媒介,設計了基于美國Cygnal公司的C8051F020的嵌入式以太網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)。結果表明,該監(jiān)控系統(tǒng)充分利用了現(xiàn)有以太網(wǎng)資源,實現(xiàn)了遠程測控終端與監(jiān)控中心的通信功能,從而實現(xiàn)了高可靠性、低成本的實時監(jiān)控,達到了工業(yè)現(xiàn)場安全運行的目的。
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??1 RS232-以太網(wǎng)模塊及C8051F020簡介
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??ZNE-100PT是周立功公司開發(fā)的一款RS232-以太網(wǎng)模塊模塊,內(nèi)部集成了TCP/IP協(xié)議棧,利用它用戶可以輕松實現(xiàn)嵌入式?jīng)]備的網(wǎng)絡功能。其主要特點是:
??◆內(nèi)嵌32位ARM7 CPU;
??◆支持TCP/IP協(xié)議(包括Ethernet、ARP、IP、ICMP、IGMP、UDP、TCP、HTTP和DHCP),工作方式可選擇為TCP Server、TCP Client、UDP、Real COM driver和GroupMode.TCP Auto組播地址工作端口目標IP和端口均可設定支持PairConnection對連方式工作;
??◆10M以太網(wǎng)接口使用排針方式引出;
??◆RS232或RS485串口,TTL電平方式,波特率為300~115200 bps。
??采用RS232以太網(wǎng)模塊進行網(wǎng)絡互聯(lián),可大幅度縮短軟件開發(fā)時間,且成本很低。
??單片機C8051F020是一款完全集成的混合信號系統(tǒng)級芯片,與8051指令集完全兼容。它具有如下特點:
??◆高速流水線結構的8051兼容的CIP-5l內(nèi)核(可達25 MIPS);
??◆高速非侵入式的在線系統(tǒng)調(diào)試接口(片內(nèi));
??◆真正12位100Ksps的8通道ADC,帶PGA和模擬多路開關;
??◆2個12位DAC;
??◆64 KB可在系統(tǒng)編程的Flash存儲器;
??◆4352(4096+256)字節(jié)的片內(nèi)存儲器;
??◆可尋址64 KB地址空間的外部數(shù)據(jù)存儲器接口;
??◆硬件實現(xiàn)的SPI、SMBus/I2C和2個UART串行接口;
??◆5個通用16位定時器;
??◆5個捕捉比較模塊的可編程計數(shù)器/定時器陣列;
??◆片內(nèi)看門狗定時器、VDD監(jiān)視器和溫度傳感器。
??C8051 F020是一款真正獨立工作的片上系統(tǒng),將C8051F020用于嵌入式以太網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng),可大量減少外圍器件,充分發(fā)揮C8051F020的高速度特點,大大提高了系統(tǒng)的集成度。
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??2 嵌入式以太網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的技術要求和硬件實現(xiàn)方案
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??2.1 技術要求
??用戶對嵌入式以太網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的要求如下:
??◇8位全隔離數(shù)字輸入接口;
??◇8位全隔離數(shù)字輸出接口;
??◇8路12位模擬/數(shù)字輸入接口,輸入電壓DC為O~12 V:
??◇2路12位數(shù)字/模擬輸出接口,輸出電壓DC為O~5 V;
??◇RS232串行接口,最高波特率為19.2 khps;
??◇RJ45 10M網(wǎng)絡接口。
??2.2 實現(xiàn)方案
??根據(jù)用戶提出的技術要求,以單片機C8051F020為核心,輔以RS232-以太網(wǎng)模塊ZNE-100PT及少量外圍電路,構成嵌入式以太網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的硬件電路,如圖1所示。
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??圖1中,由于C8051F020具有2個標準串行接口,因而一個分配給ZNE-100PT模塊,作為以太網(wǎng)接口,另一個就分配給了RS232接口,作為與上位機的通信接口(其通信速率可根據(jù)用戶要求在300~19200 bps調(diào)整。
??對于8路模擬信號輸入接口,要求其最高輸入電壓為+12V,而C8051F020的片內(nèi)A/D轉(zhuǎn)換器最高輸入電壓為+3V。對于+12V的輸入電壓,可采用電阻分壓衰減電路,將+12 V的輸入電壓降為+3 V輸入;而對于8路O~5 V的模擬輸出電壓,則可直接利用運算放大器放大輸出,電路如圖2所示。
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