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[導(dǎo)讀]本文介紹了一種基于以太網(wǎng)的電力智能監(jiān)控終端系統(tǒng)。該系統(tǒng)以16位單片機(jī)XAS3為核心處理器,利用W3100進(jìn)行TCP/IP協(xié)議轉(zhuǎn)換,實(shí)現(xiàn)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化功能。系統(tǒng)中各種功能模塊通過現(xiàn)場總線與主處理模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,系統(tǒng)通過以太

本文介紹了一種基于以太網(wǎng)電力智能監(jiān)控終端系統(tǒng)。該系統(tǒng)以16位單片機(jī)XAS3為核心處理器,利用W3100進(jìn)行TCP/IP協(xié)議轉(zhuǎn)換,實(shí)現(xiàn)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化功能。系統(tǒng)中各種功能模塊通過現(xiàn)場總線與主處理模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,系統(tǒng)通過以太網(wǎng)與調(diào)度系統(tǒng)通訊,實(shí)現(xiàn)對變電站內(nèi)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控。文中重點(diǎn)介紹如何利用W3100進(jìn)行TCP/IP協(xié)議轉(zhuǎn)換,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)以太網(wǎng)通訊功能,并給出了具體的軟硬件設(shè)計(jì)。        
  1 引言
           TCP/IP協(xié)議是目前最流行的國際互聯(lián)協(xié)議,它與以太網(wǎng)的結(jié)合稱為以太網(wǎng)技術(shù)。以太網(wǎng)具有成本低廉、通信速率高、兼容性好[1]等特點(diǎn),使以太網(wǎng)技術(shù)不僅在辦公自動化領(lǐng)域得到應(yīng)用,而且逐漸涉及管理網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)及現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域。
          電力智能監(jiān)控終端設(shè)備是對變電站和發(fā)電廠實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制的智能設(shè)備,其主要功能包括采集各種信息量和完成對設(shè)備的控制。為保證電網(wǎng)的狀態(tài)真實(shí)、快速地反應(yīng)開關(guān)量的變化,以太網(wǎng)被應(yīng)用于電力系統(tǒng)調(diào)度自動化系統(tǒng)中以提高通訊速率,突破信道瓶頸是其中的一個(gè)趨勢和必然要求。但目前的監(jiān)控終端設(shè)備大多數(shù)為單片機(jī)系統(tǒng),在實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)互聯(lián)時(shí)存在一定的困難。解決這一問題有以下幾種方案:一種方案是采用高檔的MCU和RTOS,在嵌入式操作系統(tǒng)中完成TCP/IP協(xié)議的處理。采用高檔的MCU可以實(shí)現(xiàn)很多復(fù)雜的處理,但價(jià)格較高,需要同時(shí)購買昂貴的RTOS軟件,且開發(fā)周期長、難度大;另一種方案是采用第三方的以太網(wǎng)協(xié)議轉(zhuǎn)換設(shè)備,通過RS232C與轉(zhuǎn)換設(shè)備通訊,由轉(zhuǎn)換器完成數(shù)據(jù)封裝和協(xié)議轉(zhuǎn)換,其缺點(diǎn)是通信速率受限,系統(tǒng)無法對以太網(wǎng)進(jìn)行控制;第三種方案是在設(shè)備的基礎(chǔ)上增加專用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換芯片以實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)互聯(lián),即本文介紹的采用W3100和以太網(wǎng)控制芯片的方案,其特點(diǎn)是占用系統(tǒng)資源少、編程方便、開發(fā)周期短。
  2 W3100簡介
              W3100是WIZnet公司專門為以太網(wǎng)互聯(lián)和嵌入式設(shè)備推出的TCP/IP協(xié)議棧芯片。W3100能夠?qū)崿F(xiàn)TCP、UDP、IP Ver.4、DHCP、ARP 和ICMP 等協(xié)議,同時(shí),網(wǎng)絡(luò)接口層包括MAC子層和DLC子層,也在該芯片中實(shí)現(xiàn)。它能同時(shí)提供四路網(wǎng)絡(luò)連接,內(nèi)建16K雙口RAM作為數(shù)據(jù)緩沖區(qū),支持全雙工模式,協(xié)議處理速度可達(dá)4~5Mbps,并且?guī)в袠?biāo)準(zhǔn)的MII接口,方便連接以太網(wǎng)接口芯片。WIZnet公司還提供了Socket API程序包,可以加速應(yīng)用程序的開發(fā)。
   3 硬件原理
           3.1 系統(tǒng)硬件框圖
              基于以太網(wǎng)的電力智能終端設(shè)備[5]的基本功能包括開關(guān)量信號采集、模擬量數(shù)據(jù)采集、輸出開關(guān)量及與上位機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行高速通訊。系統(tǒng)硬件框圖如圖1所示。

  圖1 系統(tǒng)硬件框圖

            圖3 TCP/IP建立聯(lián)接過程
              4.2 軟件實(shí)現(xiàn)
              1) 初始化W3100
              初始化W3100時(shí),應(yīng)首先對其進(jìn)行硬復(fù)位,然后設(shè)定MAC地址及IP,最后初始化SOCKET接口。
              ResetEthernet(); //硬復(fù)位W3100
              InitW3100A(); //初始化W3100
              InitNetConfig(); //配置以太網(wǎng)卡參數(shù)
              InitSocket(); //初始化SOCKET
              2) 中斷服務(wù)程序
              根據(jù)W3100的使用手冊,在系統(tǒng)中提供一個(gè)硬件中斷作為W3100的中斷輸入,在中斷服務(wù)程序中記錄狀態(tài)值。代碼如下。
              _interrupt(INT_PCA0) _using(INT_PCA0_PSW)
              {
              u_char status;
              status = INT_STATUS;
              while (status)
             ?。?br />              if (status & 0x01) {
              S_STATUS[0] = STATUS(0);
              INT_STATUS = 0x01;
             ?。?/第1、2、3類似處理
              if (status & 0x10) {
              S_STATUS[0] = STATUS(0);
              INT_STATUS = 0x10;
             ?。?/第1、2、3類似處理
              status = INT_STATUS;
              }
              INT_STATUS = 0xFF;
             ?。?br />              3) 收發(fā)數(shù)據(jù)
              設(shè)計(jì)一個(gè)任務(wù)定時(shí)10毫秒進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)處理,其過程如下。
              SOCKET i;
              INT len;
              WORD TSCKNUM = 2404;
              for (i = 0; SockNo < 4; SockNo++)
             ?。?br />              switch (Select(i, SEL_CONTROL))
              {
              case SOCK_ESTABLISHED:
              if ((len = select(i, SEL_RECV)) > 0)
             ?。?br />              if (len > MAX_BUF_SIZE) len = MAX_BUF_SIZE;
              len = recv(i, data_buf, len);
              send(i, data_buf, len);
             ?。?br />              break;
              case SOCK_CLOSE_WAIT: if ((len = select(i, SEL_RECV)) > 0)
             ?。?br />              if (len > MAX_BUF_SIZE) len = MAX_BUF_SIZE;
              len = recv(i, data_buf, len);
              }
              close(i);
              break;
              case SOCK_CLOSED:
              init_sock(i);
              break;
             ?。?br />              }
            5 結(jié)束語
              在設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)電力智能監(jiān)控終端過程中,應(yīng)用W3100作為以太網(wǎng)協(xié)議棧轉(zhuǎn)換器具有接口簡單、編程方便、通訊速率高、工作穩(wěn)定等特點(diǎn),能夠簡化設(shè)計(jì)難度、加快設(shè)計(jì)進(jìn)度,因此W3100在快速實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化的設(shè)計(jì)中具備良好的應(yīng)用前景。本文以成熟的應(yīng)用技術(shù)為基礎(chǔ),增加了硬件協(xié)議轉(zhuǎn)換器,減少了開發(fā)風(fēng)險(xiǎn),縮短了開發(fā)周期,提高了產(chǎn)品的應(yīng)用水平。該電力智能監(jiān)控終端系統(tǒng)已經(jīng)產(chǎn)品化,累計(jì)創(chuàng)造了1000萬元產(chǎn)值。

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