非对称网络结构的嵌入式通用控制节点

论文摘要

嵌入式技术是工业控制发展的新方向之一,随着Internet 技术飞速发展,网络传送信息具有快速、方便、广泛等诸多特点,结合网络与嵌入式系统的种种优势,将嵌入式系统接入Internet 将具有广阔的应用前景。目前,在以太网控制领域,下位节点和上位主控计算机大多采用通过以太网口发送和接收数据的对称型方法进行数据交换。课题采用通过RCM2200 的串行接口接收命令,利用以太网口发送数据的不对称结构,从而提高了系统的效率,加强了系统的确定性、实时性和可靠性。课题研究了以RCM2200 为核心的控制节点的理论基础、通讯协议、硬件组成以及软件设计,围绕一个生产现场底层控制节点的设计开发,展开了对嵌入式以太网的研究。对非对称网络结构的嵌入式通用控制节点及控制网络技术进行了详细分析和较深入的理论研究。分析了该节点的技术特点, 并对其引脚结构、数据传送、通讯控制与总线I/O 等主要器件进行了研究,完成了基于RCM2200 模块的通用控制节点的设计与实现。本文首先介绍课题研究背景,对以太网通信技术的发展、特点及以太网进入现场层的可能性进行了分析。对当前国内外在自动控制领域主要存在的三种网络结构的控制系统——分布式控制系统(DCS)、现场总线控制系统(FCS)、以太网控制系统,进行了详细介绍,分析了网络控制系统存在的问题并预测了未来网络控制的发展趋势;而后,对本控制节点所采用的嵌入式以太网进行了介绍,从软件和硬件两个方面说明了嵌入式以太网的特点。其次,以嵌入式以太网为基础,深入展开了对基于非对称网络结构的嵌入式通用控制节点的研究。根据控制节点设计的任务和要求,给出了该节点在系统中连接的总体框架并分析了网络选型的理由,详细介绍了节点的工作原理。对节点各个模块硬件设计包括硬件选型、理论基础及其工作原理进行了深入研究。最后,给出了节点的系统软件总体结构,对RCM2200 的编程环境Dynamic C进行了详细介绍,并分析了软件编程的思路及其理论基础,同时给出了节点各个模块软件程序的主要内容。最后对文章进行了总结,阐述了非对称网络结构的嵌入式控制节点的优点并提出今后的工作方向,指出嵌入式系统和以太网的融合是必然的发展趋势。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 文献综述
• 1.1 本课题国内外研究现状
• 1.1.1 分布式控制系统
• 1.1.2 现场总线控制系统
• 1.1.3 以太网控制系统
• 1.2 网络控制系统存在的问题
• 1.3 网络控制的发展趋势
• 2 嵌入式系统和嵌入式以太网
• 2.1 嵌入式系统
• 2.2 嵌入式系统特点
• 2.3 嵌入式以太网
• 3 通用控制节点的设计与实现
• 3.1 控制节点的研究目标及内容
• 3.1.1 研究目标
• 3.1.2 研究内容
• 3.2 本课题的创新点及其意义
• 3.3 控制节点概述
• 3.4 控制节点的硬件设计
• 3.4.1 主控模块的硬件设计
• 3.4.2 数字量输入模块和输出模块
• 3.4.3 模拟量输入模块
• 3.4.4 模拟量输出模块
• 4 控制节点软件的设计与实现
• 4.1 软件编程环境Dynamic C
• 4.2 控制节点的软件实现
• 4.2.1 主控模块软件实现
• 4.2.2 数字量输入模块的软件实现
• 4.2.3 数字量输出模块的软件实现
• 4.2.4 模拟量输入模块的软件实现
• 4.2.5 模拟量输出模块的软件实现
• 结论
• 参考文献
• 附录A RCM2200 的引脚配置
• 附录B 控制节点各模块原理图
• 致谢
• 导师简介
• 作者简介
• 学位论文数据集