嵌入式通讯采集器的研究与设计

论文摘要

工业以太网作为下一代控制网络技术,受到了广泛的关注和重视。针对目前工业设备的特点,结合以太网的优势,本文以Rabbit2000作为中央处理器研制了嵌入式通讯采集器。该设备提供了两种人-机对话通讯方式:以太网通讯和异步串行通讯;还提供了18个异步串行通讯接口、1个CAN总线接口、40位的DI/O。串行口支持3种通讯规范,可以很方便地嵌入到使用RS-485通讯接口、RS-232通讯接口和电流环通讯接口的网络节点中;支持不同通讯格式、不同通讯速率和不同通讯协议。从而使该设备具有很好的兼容性。本文提供了一种构成完整的工业控制系统的方法;解决了底层设备向以太网络升级问题。 采用了5个处理器;采用主从工作方式、模块化结构进行硬件电路设计。用一个底板将各个主、从板及电源板连接成为一个整体,方便了维护和扩展。各个处理器并行工作,大大提高了工作效率。并应用高速光耦实现了通讯部分的接收和发送信号在电气上的隔离,以提高工作的可靠性。 主从处理器之间的通信通过三个寄存器进行,使得主从通讯每次最多只能传输3个字节。结合命令处理方式和主从通讯的特点,本文自定义了应用层协议和主从通讯协议。该协议在原有标准工业协议的基础上增加了头信息和尾信息,从而使得任务调度简化清晰,保证了传输的可靠性。程序的模块化设计增强了可扩展性。 该设备已经成功地应用于远程监控系统中。通过实际应用和实验,证明了嵌入式通讯采集器的稳定性和实时性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 现场总线
• 1.2 工业以太网
• 1.2.1 嵌入式以太网概述
• 1.2.2 当前国内外工业以太网的发展状况
• 1.2.3 嵌入式以太网的研究意义
• 1.3 嵌入式系统与以太网技术的发展
• 1.3.1 嵌入式以太网应用于工业控制领域的可行性
• 1.3.2 以太网的优势
• 1.3.3 与以太网集成是工业控制网络的发展趋势
• 1.4 小结
• 2 嵌入式通讯采集器的硬件设计
• 2.1 硬件电路的总体设计
• 2.2 主从处理器互连的硬件设计
• 2.3 以太网通讯
• 2.4 异步串行通讯接口
• 2.4.1 RS-232串行通讯
• 2.4.2 RS-485串行通讯
• 2.4.3 电流环串行通讯
• 2.5 CAN总线接口
• 2.6 开关量输入输出
• 2.7 系统的抗干扰措施
• 2.8 小结
• 3 嵌入式通讯采集器的软件设计
• 3.1 通讯协议
• 3.2 主控制器软件设计
• 3.2.1 主控制器初始化
• 3.2.2 命令接收处理
• 3.2.3 读/写命令处理
• 3.2.4 错误处理
• 3.2.5 动态刷新处理
• 3.3 从控制器软件设计
• 3.4 主从通讯介绍
• 3.5 小结
• 4 嵌入式通讯采集器应用实例
• 4.1 工业监控组态软件介绍
• 4.2 硬件拓扑结构
• 4.3 实时性对比分析
• 4.4 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢
• 大连理工大学学位论文版权使用授权书