Ethernet/IP通信适配器硬件设计

论文摘要

工业以太网是近年来的研究热点,相对于我国在现场总线技术上的落后现状,我们不应该在这个领域再次落后。本文论述与上海捷准工业自动化公司合作开发的Ethernet/IP通信适配器,即是符合工业以太网Ethernet/IP协议的工业控制现场仪器。其应用主要包括两个方面:（1）集成在传统的工业设备上,作为工业控制系统中信息管理层与现场设备层之间的沟通桥梁;（2）作为独立的设备,是Ethernet/IP工业互联网组网的基础设备,不同协议的工业设备、工业控制系统通过与Ethernet/IP工业互联网通信适配器的连接,便可实现数据集成、协议转换。本文首先介绍工业以太网的发展概况及其关键技术,并简要描述了国际上现有的几个比较典型的工业以太网协议:Modbus-IDA工业以太网、Ethernet/IP工业以太网、ProfiNet工业以太网、FF HSE工业以太网。并详细介绍了Ethernet/IP以太网技术,包括:Ethernet/IP的协议模型,应用层协议CIP。Ethernet/IP通信适配器作为工业以太网控制系统中的中介点,其对实时性、可靠性皆有很高的要求,必须构建稳定、强健的硬件平台作为其基础。由此,本文设计了以S3C2410A微处理器为核心的硬件系统。硬件设计充分利用S3C2410A出色的内核性能及丰富的外围设备接口,构造出带有以太网、USB、RS232、LCD、I/O扩展接口的硬件平台。本文完成了从原理图设计、PCB设计等工作,并借助工具对最终的硬件系统进行底层测试,经检测表明,Ethernet/IP通信适配器有良好的稳定性、可靠性、实时性。最后,对课题研究进行总结,指出一些有待进一步提高和改进的地方。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景介绍
• 1.2 工业以太网国内外研究动态
• 1.2.1 以太网存在的主要问题及解决方法
• 1.2.2 工业以太网发展趋势
• 1.3 研究课题的意义
• 1.4 本文结构
• 第二章 工业以太网技术
• 2.1 以太网概述
• 2.2 工业控制网络的发展趋势
• 2.3 工业以太网的特点及要求
• 2.4 工业以太网的关键技术
• 2.4.1 通讯确定性和实时性技术
• 2.4.2 系统稳定性技术
• 2.4.3 系统互操作性技术OPC
• 2.4.4 网络安全性技术
• 2.4.5 总线供电技术
• 2.4.6 本质安全与安全防爆技术
• 2.5 典型工业以太网
• 2.5.1 Modbus-IDA工业以太网
• 2.5.2 Ethernet/IP工业以太网
• 2.5.3 FF HSE工业以太网
• 2.5.4 ProfitNet工业以太网
• 2.6 本章小结
• 第三章 Ethernet/IP工业以太网技术
• 3.1 工业以太网协议Ethernet/IP简介
• 3.2 Ethernet/IP协议模型及协议内容
• 3.2.1 物理层和数据链路层
• 3.2.2 网络层和传输层
• 3.2.3 控制及信息协议（CIP）
• 3.3 工业以太网的实时性机制
• 3.4 本章小结
• 第四章 Ethernet/IP通信适配器硬件设计与实现
• 4.1 硬件系统总体架构
• 4.2 电源设计
• 4.2.1 5V电源电路原理设计
• 4.2.2 3.3V电源电路原理设计
• 4.2.3 1.8V电源电路原理设计
• 4.3 复位电路设计
• 4.4 S3C2410A构成的主电路及其工作时钟
• 4.4.1 S3C2410A简介
• 4.4.2 系统工作时钟
• 4.5 外部存储器的扩展
• 4.6 以太网通讯接口设计
• 4.6.1 以太网电路原理
• 4.6.2 以太网芯片CS8900A-IQ3功能描述
• 4.7 串行通讯接口设计
• 4.8 主从USB接口设计
• 4.9 外部I/O扩展接口设计
• 4.10 本章小结
• 第五章 PCB板图设计
• 5.1 PCB设计的一般原则
• 5.2 常见的几种电磁干扰
• 5.2.1 传导干扰
• 5.2.2 串音干扰
• 5.2.3 辐射干扰
• 5.3 PCB及电路抗干扰措施
• 5.4 PCB设计中遇到的若干问题及其解决方法
• 5.5 本章小结
• 第六章 硬件测试方法及测试结果
• 6.1 硬件设计及样板制作中遇到的问题解决方法。
• 6.2 硬件调试工具及方法
• 6.2.1 JTAG在线仿真原理
• 6.2.2 应用ADS1.2及AXD测试硬件功能
• 6.3 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢