资料介绍
引 言
近年来,随着网络技术的发展,网络化席卷全球。在工业现场中如何将测控系统等仪器和设备接入互联网,实现信息共享和远程控制成为人们关注的话题。传统的工业测控现场所采用的总线技术(如RS232和RS485等)能够很好地解决仪器与设备的互联互通问题,并得到了广泛的应用。但此类总线是专为工业所设计的,并不能解决因特网的接入问题。采用单片机配合以太网构成测控系统,可解决测控系统与互联网的接入问题,但却需要花费大量的时问和精力进行开发。采用商品化的串口服务器或网络服务器进行网络互联,虽可实现网络互联,但软硬件成本很高。针对这些情况,我们采用低成本的RS232以太网转换模块作为网络互联媒介,设计了基于美国Cygnal公司的C8051F020的嵌入式以太网监控系统。结果表明,该监控系统充分利用了现有以太网资源,实现了远程测控终端与监控中心的通信功能,从而实现了高可靠性、低成本的实时监控,达到了工业现场安全运行的目的。
1 RS232-以太网模块及C8051F020简介
ZNE-100PT是周立功公司开发的一款RS232-以太网模块模块,内部集成了TCP/IP协议栈,利用它用户可以轻松实现嵌入式没备的网络功能。其主要特点是:
◆内嵌32位ARM7 CPU;
◆支持TCP/IP协议(包括Ethernet、ARP、IP、ICMP、IGMP、UDP、TCP、HTTP和DHCP),工作方式可选择为TCP Server、TCP Client、UDP、Real COM driver和GroupMode.TCP Auto组播地址工作端口目标IP和端口均可设定支持PairConnection对连方式工作;
◆10M以太网接口使用排针方式引出;
◆RS232或RS485串口,TTL电平方式,波特率为300~115200 bps。
采用RS232以太网模块进行网络互联,可大幅度缩短软件开发时间,且成本很低。
单片机C8051F020是一款完全集成的混合信号系统级芯片,与8051指令集完全兼容。它具有如下特点:
◆高速流水线结构的8051兼容的CIP-5l内核(可达25 MIPS);
◆高速非侵入式的在线系统调试接口(片内);
◆真正12位100Ksps的8通道ADC,带PGA和模拟多路开关;
◆2个12位DAC;
◆64 KB可在系统编程的Flash存储器;
◆4352(4096+256)字节的片内存储器;
◆可寻址64 KB地址空间的外部数据存储器接口;
◆硬件实现的SPI、SMBus/I2C和2个UART串行接口;
◆5个通用16位定时器;
◆5个捕捉比较模块的可编程计数器/定时器阵列;
◆片内看门狗定时器、VDD监视器和温度传感器。
C8051 F020是一款真正独立工作的片上系统,将C8051F020用于嵌入式以太网监控系统,可大量减少外围器件,充分发挥C8051F020的高速度特点,大大提高了系统的集成度。
2 嵌入式以太网监控系统的技术要求和硬件实现方案
2.1 技术要求
用户对嵌入式以太网监控系统的要求如下:
◇8位全隔离数字输入接口;
◇8位全隔离数字输出接口;
◇8路12位模拟/数字输入接口,输入电压DC为O~12 V:
◇2路12位数字/模拟输出接口,输出电压DC为O~5 V;
◇RS232串行接口,最高波特率为19.2 khps;
◇RJ45 10M网络接口。
2.2 实现方案
根据用户提出的技术要求,以单片机C8051F020为核心,辅以RS232-以太网模块ZNE-100PT及少量外围电路,构成嵌入式以太网监控系统的硬件电路,如图1所示。
图1中,由于C8051F020具有2个标准串行接口,因而一个分配给ZNE-100PT模块,作为以太网接口,另一个就分配给了RS232接口,作为与上位机的通信接口(其通信速率可根据用户要求在300~19200 bps调整。
对于8路模拟信号输入接口,要求其最高输入电压为+12V,而C8051F020的片内A/D转换器最高输入电压为+3V。对于+12V的输入电压,可采用电阻分压衰减电路,将+12 V的输入电压降为+3 V输入;而对于8路O~5 V的模拟输出电压,则可直接利用运算放大器放大输出,电路如图2所示。
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