支持以太网接入的网络控制终端的设计

ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，ｔｈｅ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ｏｆ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ，ｔｈｅ
ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ
ｍｏｄｕｌｅ，ｓｕｃｈ
ａｓ
ｍｕｌｔｉ－ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ
Ｅｔｈｅｍｅｔ
ａｃｃｅｓｓ
ｃｏｎｔｒｏｌ
ｏｂｊ ｅｃｔ
ａｎｄ ｔｈｅ ｆｏｒｍ ｏｆ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｎｅｔｗｏｒｋ ｃｏｎｔｒｏｌ
用领域和市场【Ｉ】。但是基于ＲＳ４８５，ＣＡＮ等总线的各种集散控制系统【２】，由于其固有
的缺陷，在很多应用领域正在被基于ＴＣＰ／ＩＰ协议的以太网（Ｅｔｈｅｍｅｔ）所取代，它采 用统一的ＴＣＰ／ＩＰ协议，从而能避免不同协议间通讯不了的困扰，它可以直接和局域 网中的计算机互连而不要额外的硬件设备，它方便数据在局域网上的共享，它可以 使用ＩＥ浏览器访问终端数据，而不要专门的软件，它还可以和现有的基于局域网的 ＥＲｒ＇数据库管理系统实现无缝连接，它特别适合远程控制，配合电话交换网和ＧＳＭ， ＧＰＲＳ无线电话网实现远程数据采集和控制，通过接ＡＷＡＮ（广域网）可实现Ｉｎｔｅｍｅｔ 的远程访问与控制１３ｌ。它采用统一的网线，能有效减少了布线成本和难度，避免多种 总线并存。以太网总线正因为有诸多的优点，在国内外逐步得到了迅速的发展。随 着Ｉｎｔｅｒｎｅｔ技术的迅速发展，以太网和ＴＣＰ／ＩＰ协议已成为世界范围内的事实标准。基 于ＴＣＰ／ＩＰ的以太网可满足控制系统的各个层次的需求，并具有实现现场设备层和企 业管理层的无缝连接、低成本等现场总线技术无法比拟的优点。基于以太网传输的 嵌入式Ｉｎｔｅｍｅｔ网络将会成为下一代工业控制网络的重要选择，并将带来工业控制网 络新的变革。 由于工业自动化系统正向分布化、智能化的实时控制方面发展，通信已成为工 业自动化系统的关键，统一的通信协议和网络对用户来说越来越重要。随着Ｉｎｔｅｒｎｅｔ
ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｎｅｔｗｏｒｋ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｅｒｍｉｎａｌ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ａｎａｌｏｇ ｉｎｐｕｔ ａｎｄ ｏｕｔｐｕｔ，ｄｉｇｉｔａｌ ｉｎｐｕｔ ａｎｄ ｏｕｔｐｕｔ，ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｎｅｔｗｏｒｋ
ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓ（ＲＳ－４８５，ａｎｄ Ｅｔｈｅｍｅｔ），
ｃｏｎｎｅｃｔ ＲＳ一２３２ ｓｅｒｉａｌ
．
ｄｒｉｖｅｒ，ｔｈｅ
ｄｅｓｉｇｎ
ｏｆ ａｎａｌｏｇ－ｄｉｇｉｔａｌ
’
：ｏｎｖｅｒｔｅｒ Ｇｒｌｖｅｔ ’ｄｒｉｖｅｒ．ｔｈｅ ｓｒｅｖｎｏｃｌｃｏｎｖｅｎｅｒ ｄｒｉｖｅｒ，ｔｈｅ ｄｒｉｖｅｒ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｔ ｄｉｇｉｔａｌ 。ｔＯ‘ ａ１０ ｎｏｉ ｄｅｓｉｍａ ｏｆ ｄｉｇｉｔａｌ．ｔｏ． ａｎａｌｏｇ ｒｇｌｓｅｄ
关键词：网络控制系统；嵌入式；以太网；数据采集
ＡＢＳＴＲＡＣＴ
Ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｄｉｓｃｎｅｔｗｏｒｋ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｅｒｒａｉｎａｌ ｂａｓｅｄ
ｏｎ
Ｅｔｈｅｍｕｔ ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ，ｔｈｅ
但是基于rs485can等总线的各种集散控制系统2由于其固有的缺陷在很多应用领域正在被基于tcpip协议的以太网ethemet所取代它采用统一的tcpip协议从而能避免不同协议间通讯不了的困扰它可以直接和局域网中的计算机互连而不要额外的硬件设备它方便数据在局域网上的共享它可以使用ie浏览器访问终端数据而不要专门的软件它还可以和现有的基于局域网的err数据库管理系统实现无缝连接它特别适合远程控制配合电话交换网和gsmgprs无线电话网实现远程数据采集和控制通过接awan广域网可实现intemet的远程访问与控制13l
ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｗｉｌｔｅｄ ｂｙ ＶＢ６．０，ｓｅｔ ｕｐ ＴＣＰ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓ ｗｉｔｈ
ｎｅｔｗｏｒｋ
ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｅｒｍｉｎａｌ ｔｏ ａｃｈｉｅｖｅ ｒｅｌｉａｂｌｅ ｄａｔａ
ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ
ｃｏｓｔ ａｎｄ ｈａｓ
ｔｈｅ
ｐｒｏｇｒａｍ ｈａｖｅ
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ｖａｒｉｅｔｙ ｏｆ ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ ｄｒｉｖｅｒ ｍｏｄｕｌｅｓ，Ｅｔｈｅｒｎｅｔ
ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｐｒｏｇｒａｍ ａｎｄ ｍａｉｎ
ｐｒｏｇｒａｍ．Ｔｈｅ ｎｅｔｗｏｒｋ
ｃｏｎｔｒｏｌ
ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ ＡＲＰ，ＩＰ，ＴＣＰ，ＵＤＰ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ．Ｃｏｍｐｕｔｅｒ
作者签名：至丝量兰兰日期：递２１笸：】
关于学位论文使用权的说明
本人完全了解太原科技大学有关保管、使用学位论文的规定，其 中包括：①学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件、复印
件与电子版；②学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存
学位论文；③学校可允许学位论文被查阅或借阅；④学校可以学术交
时数据传输，信息网络存在协议上的鸿沟导致出现“自动化孤岛”现象，在这种情况 下，人们开始寻求新的出路，关注到以太网。目前的以太网存在的不确定性和实时 性能欠佳的问题。但是。由于智能集线器的使用、主动切换功能的实现、优先权的 引入以及双工的布线等，基本上得到了解决。通过提高数据传输速率，仔细地选择 网络的拓扑结构及限制网络负载等，可将发生数据冲突的概率降到最低。 目前世界上一些国际组织已经从事推动以太网进入控制领域的工作，以太网进 入工业控制领域是自动控制系统发展的一个不可忽视的趋势。嵌入有以太网的现场 设备，以及嵌入的Ｉｎｔｅｒｎｅｆｌ］艮务器不久都将成为现实，工业以太网即将进入现场控制 级。从目前的趋势来看，已有的现场总线仍将继续存在，不太可能退出历史舞台。 在现场级，工业以太网能占领一定的市场，但它是否能作为实时控制通信的单一标 准，一时难作定论，最有可能的是发展一种混合式控制系统。 综上所述，已有的现场总线有它自己的市场定位，将来仍将保持这种状况，或 与工业以太网相结合。现场总线不可能为工业以太网所替代，但后者发展的巨大潜
ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｔｏ ｂｅ ｓｉｍｐｌｅ，ｓｏｆｔｗａｒｅ
ｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙ，ｌｏｗｅｒ
ｓｔｒｏｎｇ ａｐｐｌｉｃａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｓｉｍｉｌａｒ ｓｙｓｔｅｍｓ ｆｏｒ ｔｈｅ
ｄｅｓｉｇｎ
ｏｆ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｖａｌｕｅ ｏｆ
ｔｈｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ａｎｄ ｐｒｏｍｏｔｉｏｎ．
ＮＵＴ／ＯＳ，ｅｍｂｅｄｄｅｄ ＴＣＰ／ＩＰ ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｓｔａｃｋ ｗｈｉｃｈ ｉＳ ｎａｍｅｄ ＮＵＴ／ＮＥＴ，
ｅｍｂｅｄｄｅｄ
ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
ｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｔｈｅ ｏｆ ＲＴＬ８０ １ ９
ｅｍｂｅｄｄｅｄ
ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
ｓｏｆｔｗａｒｅ
ｉｎｔｒｏｄｕｃｅ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ
ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ＲＳ・２３２ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ
ｃｉｒｃｕｉｔ，ｔｈｅ
ｄｅｓｉｇｎ
ｏｆ ＲＳ一４８５ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｃｉｒｃｕｉｔ，ｔｈｅ
ｄｅｓｉｇｎ
ｏｆ ａｎａｌｏｇ ｉｎｐｕｔ ａｎｄ
ｏｕｔｐｕｔ ｃｉｒｃｕｉｔ，ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｄｉｇｉｔａｌ ｉｎｐｕｔ ａｎｄ ｏｕｔｐｕｔ ｃｉｒｃｕｉｔ，ｔｈｅ
ｏｆ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｎｅｔｗｏｒｋ ｃｏｎｔｒｏｌ
Ｋｅｙ
ｗｏｒｄｓ：Ｎｅｔｗｏｒｋｅｄ
ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍｓ；Ｅｍｂｅｄｄｅｄ；Ｅｔｈｅｒｎｅｔ；Ｄａｔａ
Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ
尸 声
明
本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文 不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究 做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的 法律责任由本人承担。
信息技术的快速发展，企业需要实现从现场控制层到管理全面的无缝的信息集成，
还需要向外界提供一个开放的基础构架。但是，目前存在的各种现场总线还不能满 足这些要求。毋庸置疑，现场总线的出现确实给工业自动化带来一场深层次的革命，
与此同时，多种现场总线互不兼容，不同公司的控制器之间不能相互实现高速的实
支持以太网接入的网络控制终端的设计
Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ ｍａｉｎ ｊ ｏｂ ｉｓ ｔｈｅ ｆｏｌｌｏｗｉｎｇｓ： １．Ｔｈｅ ｈａｒｄｗａｒｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｅｍｂｅｄｄｅｄ
ｎｅｔｗｏｒｋ
ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｅｒｍｉｎａｌ ｉｎｃｌｕｄｅｓ
ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ＡＴｍｅｇａ １ ２８ ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｃｉｒｃｕｉｔ，ｔｈｅ
ｐｏｗｅｒ ｃｉｒｃｕｉｔ． ２．Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ ｅｍｂｅｄｄｅｄ
ｄｅｓｉｇｎ
ｏｆ
ｎｅｔｗｏｒｋ
ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｅｒｍｉｎａｌｓ ｓｏｆｔｗａｒｅ
ｉｎｃｌｕｄｅｓ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｎａｍｅｄ
流为目的，复制赠送和交换学位论文；⑤学校可以公布学位论文的全 部或部分内容（保密学位论文在解密后遵守此规定）。
作者签名：．．互兰丝磐．．日期：一竺竺乙』：』，
导师签名：
叠焘丛
日期：
堡ｚ：堡』
第～章绪论
第一章绪论
１．１课题的国内外背景和研究的意义
随着计算机技术、通信技术、网络和自动控制技术的快速发展，自动化控制系 统的结构发生了很大的变化，从最初的气动、电动系列单元组合式的仪表，到集中 控制式的数字控制系统，然后发展到集散的控制系统，直到目前的现场总线控制系 统，能够提供智能化、简单化、标准化的现场总线设备接口，将使用户在低成本、 易移植、易扩展这样一种友好的环境中进行系统设计、安装和运行，有着广泛的应
太原科技大学 硕士学位论文 支持以太网接入的网络控制终端的设计 姓名：王继业 申请学位级别：硕士 专业：控制理论与控制工程 指导教师：孙志毅 20090701
中
文
摘要
本文详细论述了一种基于Ｅｔｈｅｍｕｔ解决方案的嵌入式网络控制终端及其控制系统的 开发过程，该嵌入式网络控制终端具有模拟量输入输出，数字量输入输出，不同网络连 接（ＲＳ．４８５和以太网），连接ＲＳ．２３２串口设备，扩展无线通信模块等多种功能接口，实 现了控制对象的以太网接入并形成计算机网络控制系统。系统软件设计包括嵌入式网络 控制终端程序和计算机端应用软件两部分，网络控制终端程序由各种外围功能模块驱动 程序，以太网通信协议程序和系统主程序组成。该网络控制终端实现了ＡＲＰ、ＩＰ、ＴＣＰ、 ＵＤＰ等协议。计算机端应用软件采用ＶＢ编写，通过与网络控制终端建立ＴＣＰ连接，实现 可靠地数据通信。该系统设计简单，软件灵活，成本较低，具有较强的适用性，对于同 类系统的设计具有实际的参考和推广价值。 本文主要做了如下工作： １．嵌入式网络控制终端的硬件设计包括微控制器ＡＴｍｅｇａｌ２８接口电路设计、网络接 口芯片ＲＴＬＳ０１９ＡＳ电路设计、复杂可编程逻辑器件（ＣＰＬＤ）ＸＣ９５３６电路设计、静态随 机存储器（ＳＲＡＭ）扩展电路设计、ＲＳ．２３２接１：３电路设计、ＲＳ．４８５接口电路设计、模拟 量输入输出电路设计、数字量输入输出电路设计、电源电路设计等。 ２．嵌入式网络控制终端的软件设计包括嵌入式操作系统ＮＵＴ／ＯＳ、嵌入式ＴＣＰ／ＩＰ协 议栈ＮＵＴ／ＮＥＴ、嵌入式应用软件设计三部分，其中嵌入式应用软件介绍了以太网接口芯 片ＲＴＬ８０１９驱动程序设计、模数转换驱动程序设计、数模转换驱动程序设计、串口通信 驱动程序设计、系统主程序设计等。 ３．介绍了使用ＶＢ６。０在计算机端开发应用软件，实现对网络控制终端各种功能的测 试任务，最后使用本文设计的网络控制终端，并结合温度控制系统实现网络控制，取得 了良好的控制效果。
ｂ１
ｏｆ ｓｅｒｉａｌ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｄｒｉｖｅｒ，ａｎｄ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｐｒｏｇｒａｍ． ３．Ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｂｙ
ＶＢ６．０．ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｕｓｅｄ ｔｅｒｍｉｎａｌ．
ｔｏ ｔｅｓｔ ａ ｖａｒｉｅｔｙ
ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｓｙｓｔｅｍ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｉｎｃｌｕｄｅ ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｎｅｔｗｏｒｋ ｃｏｎｔｒｏｌ
ｔｅｒｍｉｎａｌ ｐｒｏｇｒａｍ ａｎｄ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｏｆｔｗａｒｅ，ｔｈｅ
ｎｅｔｗｏｒｋ
ｃｏｎｔｒｏｌ
ｔｅｒｍｉｎａｌ’Ｓ ｔｅｒｍｉｎａｌ
ｎｅｔｗｏｒｋ
ｄｅｓｉｇｎ
ｏｆ
ｉｎｔｅｒｆａｃｅ
ｃｈｉｐ
ＲＴＬ８０ １ ９ＡＳ
ｃｉｒｃｕｉｔ，ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ
ｏｆ
ｃｏｍｐｌｅｘ
ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｌｏｇｉｃ ｄｅｖｉｃｅ（ＣＰＬＤ）ＸＣ９５ ３ ６ ｃｉｒｃｕｉｔ，ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｓｔａｔｉｃ
ｒａｎｄｏｍ
ａｃｃｅｓｓ
ｍｅｍｏｒｙ（ＳＲＡＭ）ｃｉｒｃｕｉｔ，ｔｈｅ