教你設計工業(yè)以太網監(jiān)控系統(tǒng)電路，聊聊嵌入式工業(yè)以太網應用

隨著工業(yè)以太網的應用，大家對工業(yè)以太網也越來越了解。為進一步增進大家對工業(yè)以太網的認識，本文將基于兩方面介紹工業(yè)以太網相關內容：1.如何設計高性能嵌入式工業(yè)以太網監(jiān)控系統(tǒng)電路，2.嵌入式工業(yè)以太網應用介紹。如果你對工業(yè)以太網具有興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

一、工業(yè)以太網監(jiān)控系統(tǒng)電路設計

現(xiàn)場智能監(jiān)控裝置是構建控制網絡的基礎和關鍵，采用高端嵌入式技術實現(xiàn)以太網現(xiàn)場智能裝置開發(fā)是其重要發(fā)展趨勢。本文提出基于嵌入式工業(yè)以太網技術的監(jiān)控系統(tǒng)，詳細闡述了嵌入式工業(yè)以太網監(jiān)控裝置的硬件和軟件的設計過程，包括32位微處理器系統(tǒng)的實現(xiàn)、以太網接口單元模塊的實現(xiàn)、uCLinux嵌入式操作系統(tǒng)分析和移植，uCLinux下驅動程序的分析和實現(xiàn)、 Socket套接字分析、HTTP協(xié)議分析、嵌入式Web服務器的實現(xiàn)等。本文設計了一種以以太網為主體的雙環(huán)冗余高速工業(yè)監(jiān)控網絡體系，其系統(tǒng)結構示意圖如圖1所示。

嵌入式工業(yè)以太網監(jiān)控系統(tǒng)硬件

嵌入式系統(tǒng)硬件包括微處理器、外圍控制電路、只讀存儲器、可讀寫存儲器和外圍設備。本文將介紹和分析自主研制的嵌入式以太網監(jiān)控系統(tǒng)裝置，該裝置以53C4510B嵌入式微處理器為核心，采用MAX1422作為12位高速AD轉換器，連接RTL82OIBL以太網物理層接口電路，外加 SST39VF160和HY57V641620作FlashROM和SDRAM單元，構成基本硬件平臺。

圖1 雙環(huán)冗余高速以太網結構示意圖

RS-232串行通信接口

RS-232串行接口電路用于嵌入式微處理器串行模塊與外部串行資源的對等連接，實現(xiàn)LUTTL電平與RS-232電平之間的轉換，本文設計使用一路RS-232串口電路。圖2為RS-232串行接口電路圖，UART0的數(shù)據(jù)發(fā)送信號UATXD0接MAX3232E的T11，轉換成RS- 232-C電平后，由T10接到9芯插頭的RXD引腳。9芯插頭的TXD信號連接到MAX3232E的R11，轉換成LVTTL電平后，由R10連接到 UARTO的數(shù)據(jù)接收引腳UARXD0。

圖2 RS-232串行接口電路圖

存儲單元設計

存儲單元電路由大容量的F1ashROM和SDRAM組成。根據(jù)嵌入式系統(tǒng)的工作方式，系統(tǒng)啟動時首先使用Boot Loader代碼將 FlashROM中的操作系統(tǒng)內核和應用程序拷貝進SDRAM，并進行存儲器的重定位，然后跳轉到SDRAM對應的地址執(zhí)行程序。S3C4510B支持8 位/16位/32位的存儲器組，對應的可以構建8位/16位/32位的F1ashROM存儲器系統(tǒng)。存儲器數(shù)據(jù)總線越寬，系統(tǒng)的性能就越高。但考慮成本和功耗等因素后，設計采用一片SST39VF160構成16位的F1ashROM存儲器系統(tǒng)，內存700kB左右大小的uClinux內核和其他應用程序。參照S3C4510B的工作特性，設計選用2片HY57 V 641620并聯(lián)構建32位的SDRAM存儲器電路，充分發(fā)揮32位CPU的數(shù)據(jù)處理能力，滿足嵌入式操作系統(tǒng)及各種復雜應用的要求。

在基于建立無縫的企業(yè)信息集成的發(fā)展趨勢、32位嵌入式處理器系統(tǒng)與工業(yè)以太網技術相互結合的先進控制理念下，本文提出的高性能嵌入式工業(yè)以太網監(jiān)控系統(tǒng)的設計方案、重點分析并實現(xiàn)了新型嵌入式工業(yè)以太網監(jiān)控裝置的硬件架構和嵌入式軟件體系。

二、嵌入式工業(yè)以太網應用

隨著網絡技術的發(fā)展，工業(yè)以太網成為了各國工控界的一個研究熱點領域。國內開展這項研究較早的浙江大學，中科院沈陽自動化所，浙大中控等單位在國家“863”課題的支持下，起草了“用于工業(yè)測量和控制系統(tǒng)的EPA系統(tǒng)結構和通信標準”，并力圖在化工領域建成幾個示范性應用項目。廣東工業(yè)大學聯(lián)合中南大學，中科院自動化所開展了嵌入式工業(yè)以太網的研究，并進行了“基于uClinux嵌入式系統(tǒng)的工業(yè)以太網控制器開發(fā)”，致力于發(fā)揮嵌入式系統(tǒng)在工控領域的優(yōu)勢。

壓力、溫度、水位和流量是化工、污水處理以及鋼鐵等行業(yè)中最常用的控制系統(tǒng)，為了研究在各種行業(yè)、不同工藝流程下的通用網絡控制系統(tǒng)，所以本文中將不強調工藝流程。而應用試驗的對象也將使用中南大學率先研發(fā)的仿工業(yè)現(xiàn)場的被控對象，本文將對最常用的壓力、溫度、水位和流量四個控制系統(tǒng)進行全面仿真工業(yè)現(xiàn)場的試驗。

將企業(yè)現(xiàn)場網絡分為控制層和設備層。針對現(xiàn)場對網絡可靠性參數(shù)的嚴格要求，在控制層網絡改進傳統(tǒng)以太網拓撲結構。采用環(huán)形網絡拓撲，可以增加網絡的可靠性。

而解決網絡的實時性問題則采用了控制區(qū)域(Control Domain)概念，將控制現(xiàn)場分區(qū)，減少各個控制區(qū)資源競爭的情況。而控制區(qū)域之間的是通過以太網交換機(交換式)來通信。

改進后的網絡結構如下圖所示?？刂茖泳W絡由100M以太網構成組成環(huán)形網絡。

每個控制區(qū)域(Control Domain)包含以太網交換機和嵌入式的工業(yè)以太網控制器，以及一些變送器和執(zhí)行機構。如下圖所示。

而位于控制區(qū)域中的工業(yè)以太網控制器采用嵌入式系統(tǒng)來設計。

以上便是此次小編帶來的“工業(yè)以太網”相關內容，通過本文，希望大家對工業(yè)以太網監(jiān)控系統(tǒng)電路設計以后工業(yè)以太網應用具備一定的了解。如果你喜歡本文，不妨持續(xù)關注我們網站哦，小編將于后期帶來更多精彩內容。最后，十分感謝大家的閱讀，have a nice day!