基于嵌入式技术的智能网关设计

论文摘要

在FCS系统设计中,对网络传输协议的了解和掌握就显得异常重要。由于多年来FCS的蓬勃发展,主流应用中共同存在着多种各自独立发展的FCS,这些不同协议和方法的通信方式之间没有通用的接口相连,所以在一定程度上增加了网络监控的难度。网关就是来实现不同网络协议间的通信互连,因此又被称为网间协议转换器。一个网关可用于连接两种不同的总线或网络。由网关进行协议转换,提供更高层次的接口。网关允许在具有不同协议和报文组的两网络之间传输数据。在报文从一个网段到另一个网段的传送中,网关提供了一种方式把报文重新封装,形成新的报文组。本课题的内容是在探究通信技术和控制网络等相关技术的基础上,对多种总线协议进行研究,应用嵌入式平台来实现网关的设计,实现现场控制级网络Profibus, Modbus, CANopen各种协议的转换。上级的管理网络主要为TCP/IP。分别实现Profibus-CANopen, Modbus-CANopen以及CANopen-TCP/IP的数据双向交换。本文所做的工作：1、对现场总线和网络通信技术进行了一定的研究,包括数据通信与控制网络、网络互连参考模型以及工业以太网技术三种总线技术及协议分析；2、对网关设计的方案,包括网关技术研究、网关需求分析、方案总体设计以及转换模块的设计；3、网关硬件设计,包括嵌入式技术和微处理器的研究和各个模块的电路设计；4、网关软件设计,包括嵌入式软件技术设计方法研究、协议转换软件设计以及部分设计的实验与测试。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 课题研究目的及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 论文结构安排
• 第2章 网络通信技术研究
• 2.1 数据通信和控制网络技术
• 2.1.1 数据通信系统的构成
• 2.1.2 控制网络
• 2.2 网络互连的通信参考模型
• 2.3 工业以太网和以太网
• 2.3.1 工业以太网与以太网关系
• 2.3.2 工业以太网的技术特色
• 2.3.3 以太网技术规范
• 2.4 CAN、PROFIBUS及MODBUS技术
• 2.4.1 CAN总线技术
• 2.4.2 Profibus总线技术
• 2.4.3 Modbus总线技术
• 2.5 本章小结
• 第3章 网关设计方案
• 3.1 网关技术研究
• 3.2 网关需求分析
• 3.3 网关方案设计
• 3.3.1 方案总体设计
• 3.3.2 Profibus-CANopen设计
• 3.3.3 Modbus-CANopen设计
• 3.3.4 CANopen-TCP/IP设计
• 3.4 本章小结
• 第4章 网关硬件设计
• 4.1 嵌入式系统结构研究
• 4.2 英飞凌ARM TLC766开发板
• 4.3 网关硬件模块设计
• 4.3.1 电源设计
• 4.3.2 复位电路
• 4.3.3 调试电路
• 4.3.4 UART接口设计
• 4.3.5 以太网电路
• 4.3.6 CAN接口设计
• 4.4 本章小结
• 第5章 网关软件设计
• 5.1 嵌入式实时操作系统
• 5.2 嵌入式软件设计方法
• 5.3 网关软件设计
• 5.3.1 HMS开发软件平台
• 5.3.2 Profibus-CANopen软件设计
• 5.3.3 Modbus-CANopen软件设计
• 5.3.4 CANopen-TCP/IP软件设计
• 5.3.5 Anybus模块软件流程图
• 5.4 功能测试与实验分析
• 5.5 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献