聯系電(dian)話：13917768445
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摘要：隨(sui)著電(dian)子技術的(de)(de)飛速發展，嵌(qian)入(ru)式系(xi)統在(zai)工業(ye)領域(yu)得到初步(bu)的(de)(de)應用，針對(dui)工業(ye)的(de)(de)需求，結(jie)合實際，精(jing)選優化各種方法(fa)，提出了(le)1種基于(yu)以太(tai)網(wang)的(de)(de)電(dian)機(ji)(ji)控(kong)(kong)制(zhi)與診斷(duan)方案，闡(chan)述了(le)具體的(de)(de)實現(xian)過程。基于(yu)以太(tai)網(wang)的(de)(de)電(dian)機(ji)(ji)控(kong)(kong)制(zhi)與診斷(duan)系(xi)統采用C8051F020單(dan)(dan)片機(ji)(ji)作為系(xi)統的(de)(de)核心控(kong)(kong)制(zhi)器(qi)件，通過RTL8019AS網(wang)卡與Internet在(zai)物理上連(lian)接起來，并在(zai)C8051F020單(dan)(dan)片機(ji)(ji)嵌(qian)入(ru)了(le)精(jing)簡(jian)優化后的(de)(de)TCP/IP協議，通過單(dan)(dan)片機(ji)(ji)本身產生SPWM脈沖(chong)，控(kong)(kong)制(zhi)變(bian)頻器(qi)，實現(xian)對(dui)電(dian)機(ji)(ji)的(de)(de)調速控(kong)(kong)制(zhi)，通過參(can)數的(de)(de)采集(ji)，可以有效的(de)(de)對(dui)電(dian)機(ji)(ji)故障(zhang)進行(xing)在(zai)線診斷(duan)。
0 引言
隨著Internet技術的(de)(de)(de)(de)(de)發展、普及和單片(pian)機技術的(de)(de)(de)(de)(de)進步(bu)，基于(yu)單片(pian)機的(de)(de)(de)(de)(de)小型嵌(qian)入(ru)式系(xi)統正逐步(bu)走向(xiang)工業過程控制(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)底層(ceng)，也就是設備(bei)層(ceng)，這就給(gei)工業設備(bei)帶來(lai)了(le)(le)新的(de)(de)(de)(de)(de)控制(zhi)(zhi)和診斷(duan)方(fang)法。基于(yu)以(yi)(yi)太網的(de)(de)(de)(de)(de)單片(pian)機設備(bei)的(de)(de)(de)(de)(de)控制(zhi)(zhi)與(yu)診斷(duan)結合先進的(de)(de)(de)(de)(de)WEB技術與(yu)嵌(qian)入(ru)式技術，實(shi)現(xian)(xian)了(le)(le)PC與(yu)設備(bei)的(de)(de)(de)(de)(de)直接跨(kua)平臺的(de)(de)(de)(de)(de)信息交互(hu)，這樣(yang)PC就可以(yi)(yi)共享設備(bei)運行的(de)(de)(de)(de)(de)信息，有效的(de)(de)(de)(de)(de)實(shi)現(xian)(xian)對設備(bei)的(de)(de)(de)(de)(de)控制(zhi)(zhi)與(yu)診斷(duan)。而這一實(shi)現(xian)(xian)不僅帶來(lai)了(le)(le)控制(zhi)(zhi)技術的(de)(de)(de)(de)(de)改變，同時也給(gei)診斷(duan)技術帶來(lai)了(le)(le)生機，可以(yi)(yi)遠程甚至跨(kua)國界進行設備(bei)的(de)(de)(de)(de)(de)在線診斷(duan)。
1 基于以(yi)太網的(de)(de)(de)電(dian)機(ji)(ji)(ji)(ji)控制與診斷(duan)的(de)(de)(de)結構(gou)設(she)(she)計(ji) 基于以(yi)太網的(de)(de)(de)單片(pian)機(ji)(ji)(ji)(ji)設(she)(she)備控制與診斷(duan)是以(yi)工業現(xian)場的(de)(de)(de)三相(xiang)電(dian)機(ji)(ji)(ji)(ji)為研究(jiu)對(dui)(dui)象，其中包括對(dui)(dui)電(dian)機(ji)(ji)(ji)(ji)運行轉速的(de)(de)(de)測量與控制，對(dui)(dui)電(dian)樞電(dian)流(liu)的(de)(de)(de)采集(ji)(ji)，采集(ji)(ji)電(dian)機(ji)(ji)(ji)(ji)電(dian)勢(shi)參數(shu)，其他模(mo)相(xiang)關擬量的(de)(de)(de)采集(ji)(ji)。本設(she)(she)計(ji)的(de)(de)(de)結構(gou)主體就是WEB技術與單片(pian)機(ji)(ji)(ji)(ji)和客(ke)戶機(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)有機(ji)(ji)(ji)(ji)結合，建立(li)電(dian)機(ji)(ji)(ji)(ji)設(she)(she)備的(de)(de)(de)診斷(duan)與控制模(mo)型(xing)，其模(mo)型(xing)如圖1所(suo)示。模(mo)型(xing)主要由(you)客(ke)戶機(ji)(ji)(ji)(ji)，網絡和過程控制底(di)層，即單片(pian)機(ji)(ji)(ji)(ji)嵌入(ru)式系(xi)統組成，這(zhe)里采用TCP/IP協議(yi)作為嵌入(ru)式系(xi)統的(de)(de)(de)通信協議(yi)，嵌入(ru)式系(xi)統的(de)(de)(de)WEB服務器與客(ke)戶機(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)WEB服務器進行信息交互(hu)，上傳電(dian)機(ji)(ji)(ji)(ji)運行的(de)(de)(de)參數(shu)，這(zhe)樣客(ke)戶或(huo)是廠家均可通過網絡實(shi)現(xian)對(dui)(dui)電(dian)機(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)控制與在線診斷(duan)。
2 系(xi)統硬件電(dian)路(lu)的實(shi)現(xian)
基(ji)于以太網的(de)(de)電(dian)機(ji)(ji)(ji)控(kong)制(zhi)(zhi)與診(zhen)斷系統(tong)以C8051F020單片機(ji)(ji)(ji)作為(wei)(wei)嵌入式系統(tong)的(de)(de)CPU,內嵌TCP/IP協議，以RTL8019AS作為(wei)(wei)網絡通信(xin)芯片，通過(guo)(guo)控(kong)制(zhi)(zhi)采樣開關采集(ji)電(dian)機(ji)(ji)(ji)參數(shu)和控(kong)制(zhi)(zhi)電(dian)機(ji)(ji)(ji)的(de)(de)轉速(su)(su)，并通過(guo)(guo)RTL8019AS網卡將(jiang)采集(ji)到(dao)的(de)(de)溫度數(shu)據(ju)(ju)、轉速(su)(su)數(shu)據(ju)(ju)、電(dian)流數(shu)據(ju)(ju)、振動數(shu)據(ju)(ju)、磁場數(shu)據(ju)(ju)上(shang)傳(chuan)到(dao)服務器(qi)，客(ke)戶機(ji)(ji)(ji)通過(guo)(guo)服務器(qi)之間的(de)(de)交互，實現數(shu)據(ju)(ju)的(de)(de)共(gong)享，客(ke)戶根據(ju)(ju)具(ju)體的(de)(de)需求，利用單片機(ji)(ji)(ji)本身產生SPWM,在變(bian)頻(pin)(pin)器(qi)模(mo)擬(ni)量(liang)輸入端輸入0~10V或4~20mA信(xin)號，通過(guo)(guo)改變(bian)輸入模(mo)擬(ni)量(liang)的(de)(de)大小控(kong)制(zhi)(zhi)變(bian)頻(pin)(pin)器(qi)的(de)(de)輸出頻(pin)(pin)率調解變(bian)頻(pin)(pin)器(qi)，控(kong)制(zhi)(zhi)電(dian)機(ji)(ji)(ji)轉速(su)(su)，同時根據(ju)(ju)電(dian)機(ji)(ji)(ji)參數(shu)的(de)(de)數(shu)值，監(jian)控(kong)電(dian)機(ji)(ji)(ji)的(de)(de)運行和診(zhen)斷電(dian)機(ji)(ji)(ji)的(de)(de)故障，其硬件電(dian)路(lu)框圖(tu)如圖(tu)2所示。
3 以太網幀格式
以(yi)太網協議(yi)有兩種，一種是IEEE802.2/IEEE802.3;另一種是以(yi)太網的封裝(zhuang)(zhuang)格(ge)式(shi)(shi)。現(xian)代的操作系(xi)(xi)統均能同時支(zhi)持這2種類(lei)型的協議(yi)格(ge)式(shi)(shi)，因此(ci)對我們來說只需要了(le)解其中的一種就(jiu)夠了(le)，特(te)別是對單片機來說，不可能支(zhi)持太多的協議(yi)格(ge)式(shi)(shi)。本系(xi)(xi)統采用IEEE802.3以(yi)太網協議(yi)，表1給(gei)出了(le)以(yi)太網幀(zhen)格(ge)式(shi)(shi)的封裝(zhuang)(zhuang)形式(shi)(shi)。
表1以太網幀格式的封裝形式
PR:同步位。
SD:分隔位。
DA:目的地(di)址(zhi)，以(yi)太網(wang)的地(di)址(zhi)為48位(6個字節(jie))二進制地(di)址(zhi)，表明該幀傳輸給哪個網(wang)卡。
SA:源地址，48位，表明該幀的(de)數據(ju)是哪個(ge)網卡(ka)發的(de)，即(ji)發送端的(de)網卡(ka)地址，同樣是6個(ge)字節(jie)。
TYPE:類(lei)型(xing)字段，表(biao)明(ming)該幀(zhen)的(de)數據(ju)是什么類(lei)型(xing)的(de)數據(ju)。
DATA:數據段(duan)，該段(duan)數據不能超過1500字節。
FCS:32位數(shu)據(ju)校驗位。
4 系統軟件設計
本系(xi)統軟(ruan)件的(de)(de)實(shi)現包括系(xi)統時鐘、定時器(qi)、網卡RTL8019AS的(de)(de)初(chu)始化，初(chu)始化ARP協議(yi)，TCP協議(yi)和(he)(he)HTTP協議(yi)等來(lai)完(wan)成(cheng)對電(dian)(dian)機(ji)參(can)數的(de)(de)接收和(he)(he)發(fa)送(song)，然(ran)后由主程序(xu)循環查詢rtl8019as看(kan)是否有(you)新數據包到來(lai)。系(xi)統根據判(pan)斷事件的(de)(de)標志，來(lai)讀取電(dian)(dian)機(ji)的(de)(de)參(can)數，如圖3所(suo)示。其中事件的(de)(de)判(pan)斷執行由單片機(ji)定時器(qi)中斷來(lai)完(wan)成(cheng)，它貫穿了程序(xu)的(de)(de)始末。如TCP序(xu)列號每隔20ms增加6250,ARP地址(zhi)解析(xi)時候的(de)(de)重(zhong)發(fa)請求，每隔0.5s重(zhong)發(fa)1次(ci)，連續2次(ci)重(zhong)發(fa)的(de)(de)請求沒回應，則終(zhong)止重(zhong)發(fa)，認(ren)為這個IP地址(zhi)不存(cun)。
ARP映(ying)射(she)表管理，如果ARP地址映(ying)射(she)表內所記(ji)錄(lu)的MAC地址60s內沒被(bei)使用，則從映(ying)射(she)表中刪(shan)除該條映(ying)射(she)記(ji)錄(lu)，進行自(zi)動更(geng)新。最后本控制(zhi)系(xi)統(tong)的WEBSERVER界面如圖4所示。
圖3系統軟件流程
圖4系(xi)統的WEBSERVER界面
5 結論
本文提出了(le)1種(zhong)基于以太(tai)網(wang)(wang)(wang)的(de)(de)(de)(de)(de)單片(pian)機(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)機(ji)控制與診斷，在文中采(cai)用了(le)具有(you)高性(xing)價比的(de)(de)(de)(de)(de)以太(tai)網(wang)(wang)(wang)RTL8019AS芯片(pian)，實現了(le)數(shu)據的(de)(de)(de)(de)(de)接收與發送，系統(tong)實現了(le)基于8位(wei)單片(pian)機(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)TCP/IP協議的(de)(de)(de)(de)(de)移植，并實現了(le)網(wang)(wang)(wang)頁數(shu)據傳輸功能(neng)和電(dian)機(ji)參數(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)查詢(xun)和電(dian)機(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)控制，在這(zhe)里應(ying)用僅僅是一個實例，且由于嵌入式(shi)以太(tai)網(wang)(wang)(wang)的(de)(de)(de)(de)(de)價格低廉，相(xiang)信在不(bu)久的(de)(de)(de)(de)(de)將來一定會(hui)在工業領域得到更廣(guang)泛的(de)(de)(de)(de)(de)應(ying)用。
