基于网络的感应淬火综合监控系统的设计

起到隔离作用，有效防止静态干扰。RJ45 是布线系统中信息 插座（即通信引出端）连接器的一种，连接器由插头（接头、
USART 等多种通信方式。这些功能大大简化了监控板的硬件 水晶头）和插座（模块）组成，插头有 8 个凹槽和 8 个触点。
结构，缩短了系统的开发周期。
HR911105A 模块原理图如图 4 所示。
2.3 以太网模块设计
2.4 电源模块设计
由于 STM32F103 既不包含网络控制器的 MAC 层（链路
电源模块原理图如图 5 所示。文中选用 LM2596 芯片，
层）也没有网络控制器的 PHY 层（物理层），所以采用 STM32 该芯片是一种降压型电源管理单片集成电路，能够输出 3 A 的
DOI：10.16667/j.issn.2095-1302.2017.04.034
智能处理与应用
Intelligent Processing and Application
基于网络的感应淬火综合监控系统的设计
张向阳
（长江大学 电子信息学院，淬火综合监控系统是在深入分析感应淬火的需求基础之上，根据目前流行的网络技术和嵌入式
通过对感应淬火综合监控系统工作原理和设计原则的总 体分析，制定出感应淬火综合监控系统的整体设计方案，主要 包括监控计算机、以太网、感应淬火监控板及主要的监测参 数。其中监控计算机通过以太网向核心感应淬火综合监控板 发送 TCP/IP 数据包，感应淬火综合监控板接收 TCP/IP 数据 包，并从 TCP/IP 数据包中解析出数据指令，淬火综合监控板 根据指令对相应的能量与环境进行监控，并将监控结果和需 要记录的数据以 TCP/IP 数据包的形式通过网络发送回监控计 算机，对整个感应淬火过程进行实时监控记录。图 1 所示为 系统总体结构规划图。 2 系统硬件设计 2.1 控制板设计
不影响 ；用户可以选择使用网络唤醒模式及掉电模式，以减少 系统能耗 ；支持 80 MHz 的 SPI 协议，可以实现快速的网络通 信。W5500 模块原理图如图 3 所示。
STM32F103ZGT6 芯片拥有 144 个引脚，在硬件结构上容易进
通 过 W5500 与 HR911105A 的连 接， 由网线 实现与 PC
在整个基于网络的感应淬火综合监控系统中，控制板通
过以太网芯片 W5500 与工控机连接，从而实现数据的实时交
换。此外，控制板还连接着模拟量输入端口、开关量输入端口、
开关量输出端口。其中模拟量输入端口包括直流电压、直流电
流、冷却水温度、压力、淬火液温度、流量共 6 路 ；开关量
输入端口包括 8 路感应淬火通道，即 8 种淬火模式与淬火启动
以太网
监控计算机
感应淬火监控板
环境监控
能量监控
直流电压 直流电流 淬火时间 淬火频率
淬火液温度 淬火液容量 冷却水温 冷却水压
图 1 系统总体结构规划图
网络连接电路
电压电流测 量电路
STM32内核
淬火时间频 率测量电路
淬火液温度容 量测量电路
冷却水温水 压测量电路
报警电路
感应淬火监控板
图 2 电路总体规划图
通道 ；开关量输出端口包括淬火环境报警、淬火能量报警共 6
路，而报警模式分为 LED 灯闪烁、报警器发出断续音和 LED
灯亮、报警器发出连续音，即对应每路监测值超出上限阈值和
下限阈值产生的报警。
２０１７年 ／ 第４期 物联网技术 １０１
智能处理与应用
Intelligent Processing and Application
基于网络 的感应 淬火 综 合监 控 系统 的 控制板以 STM 32F103 芯片为主控芯片。根据功能要求，控制板主要包括微 控制板模块电路、网络连接电路、电流电压测量电路、淬火液
———————————————— 收稿日期：2017-03-24
温度容量测量电路、冷却水温流量测量电路、淬火时间频率 测量电路、报警电路等。其电路总体规划图如图 2 所示。
行测控功能的扩展。此外，它还内嵌了 3 个 12 位的 ADC，有 机之间的数据通信。其中，HR911105A 主要包括一个隔离变
18 个通道，可测量 16 个外部和 2 个内部信号源，各通道的 压器和一个 RJ45 接口，该隔离变压器对 2 kV 以上电压可以
A/D 转换可以单次、连续扫描或间断执行。同时还集成了分辨 率可配置为 3 位或 12 位的 DAC。此外，还支持 SPI、I2C 和
2.2 CPU 核心芯片
32 K 字节的片上缓存，可以更好地处理大量网络数据 ；支持
如图 2 所示，多功能监控板的核心为 STM32F103ZGT6， 用户同时使用 8 个硬件 Socket 独立通信，且各 Socket 之间互
该芯片集成 Flash 和 SARM 寄存器的 ARMcortex-M3 内核， 是 32 位的 RISC 处理器，可提供额外的代码效率，与普通的 8 位和 16 位单片机相比，可以更好的发挥 ARM 内核的高性能。
技术设计的一种以STM32F103为核心芯片的解决方案。PC机通过以太网与工控板间实现数据的实时交换，主要包括计数、
开关量输入、开关量输出、模拟量输入、模拟量输出功能。基于网络的感应淬火综合监控系统应用程序分为上位机监控程序
和下位机控制程序。由此实现对感应淬火过程的实时控制与监测记录。
关键词：感应淬火；嵌入式；STM32F103；以太网
中图分类号：TP393
文献标识码：A
文章编号：2095-1302（2017）04-0101-03
0引言 感应淬火是利用电磁感应在工件内产生涡流而将工件进
行加热，再通过淬火液进行冷却的热处理工艺。感应淬火具 有加热速度快、节约能源、生产效益高、不污染环境，易于 实现机械化和自动化等特点。而直流电压、直流电流、淬火液 温度、淬火液流量等工艺参数对淬火工件的硬度和淬火深度 有着重大影响，决定了最终淬火产品的质量。因此在感应淬火 过程中，需要感应淬火监控系统来保证这些工艺参数值的稳 定和精确。此外，随着网络的高速发展，专业化、智能化和网 络化是感应淬火综合监控系统发展的必然趋势，因此开发出一 套基于网络的感应淬火综合监控系统具有重要的实际意义。 1 系统整体结构规划