基于嵌入式Internet与现场总线相结合的网络传感器节点设计

论文摘要

随着网络技术的迅速发展,Internet正把全世界的计算机系统、通信系统逐渐集成起来,形成信息高速公路与公用数据网络。而现场总线技术的兴起,改变了控制系统的结构,使其向着网络化的方向发展。Internet引入控制系统并结合现场总线技术,打破了控制信息进行传递和交换时在时间和空间上的限制,实现现场设备与以太网之间的数据通信,使实时动态的在线测控和信息共享成为可能。因此网络传感器成为了当前的研究热点。课题围绕设备工况远程监测,对系统前端用于现场数据采集和传输的网络传感器节点硬件和软件分别进行了探讨,构建了Internet和现场总线的网络传感器节点设计方案,充分利用现场总线传输速度快、实时性好、可靠性高,并有效支持分布式控制的特点,使本地信息交换更加迅速、便捷。本文分析了CAN协议和TCP/IP协议,针对网络传感器节点,设计并实现了嵌入式Ethernet/CAN总线网关,并对所涉及到的关键技术进行了深入的研究,其中包括网关的结构、协议转换的设计思路以及数据传输的实时性。结合现场设备的实际情况,完成了几个智能节点的设计,实现了对工业现场各种数据的采集,软件中将信息流进行合理的分类,结合CAN总线协议制定了CAN总线用户协议,以协调总线上的信息流,减少总线冲突仲裁时间,提高系统的实时性。最后,通过带有4个节点的网络传感器和10base以太网环境连接进行了实验,并对测试得到的数据和真实数据进行比较和分析。测试结果表明,系统满足控制系统实时性和可靠性要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 基于Internet与现场总线相结合的网络传感器特点
• 1.2 基于Internet与现场总线相结合的网络传感器意义
• 1.3 国内外现状
• 1.4 论文的主要工作
• 第2章 网络传感器节点总体设计
• 2.1 网络传感器节点体系结构
• 2.2 网络传感器技术基础
• 2.2.1 以太网技术
• 2.2.2 CAN总线技术
• 2.3 网络传感器节点总体设计
• 2.3.1 网络传感器节点在远程测控系统中的应用
• 2.3.2 网络传感器节点总体结构
• 第3章 网络传感器节点硬件设计
• 3.1 网络传感器节点网关设计
• 3.1.1 网关微处理器简介
• 3.1.2 网关以太网接口设计
• 3.1.3 网关CAN接口设计
• 3.2 网络传感器数据采集节点设计
• 3.2.1 数据采集节点CAN接口设计
• 3.2.2 数据采集节点数据采集模块设计
• 3.2.3 数据采集节点控制模块设计
• 第4章 网络传感器节点软件设计
• 4.1 网络传感器节点网络接口驱动程序设计
• 4.2 网关CAN总线通信软件设计
• 4.2.1 CAN总线用户协议的制定
• 4.2.2 网络传感器节点网关CAN总线通信
• 4.3 网络传感器节点网关Ethernet/CAN协议转换
• 4.4 网络传感器数据采集节点软件设计
• 4.4.1 数据采集节点初始化模块
• 4.4.2 数据采集节点CAN通信软件设计
• 4.4.3 数据采集节点数据采集和处理软件设计
• 4.5 网络传感器节点实时控制数据和反馈信息实时传送技术
• 第5章 系统实验
• 5.1 实验系统搭建
• 5.2 实验结果
• 第6章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文情况
• 致谢