随着计算技术和软件技术的迅速发展, 监测技术发生了翻天覆地的变化。嵌入式技术的出现, 方便了人们的设计。嵌入式系统融合了多种现代学科, 以计算机技术为基础, 以通信技术为载体, 引入各类传感器, 进入Internet网络技术的连接, 从而适应多种应用环境。嵌入式系统已在各个领域广泛应用[1,2]。
1 系统硬件结构设计
为了完成基于网络的远程终端监控系统设计, 本系统硬件电路由三部分组成如图1所示。
采用STR912F处理器, 该系统包括工业现场的各种测控设备、Internet网络、C A N总线和嵌入式控制器、远程控制器等。嵌入式控制器是本设计的重点。网络控制器采用Cirrus Logic公司的通用单片1 0/1 0 0M以太网控制器C S8 9 0 0A, C AN总线芯片选用TI公司的SN65HVD230, 异步串口采用M A X 3 2 3 2完成。系统采用S T R 9 1 2 F W 44 (9 6 6 E-S核) , 该处理器内含 (5 1 2K+3 2 K+3 2) B F la sh、9 6 K B S R A M;U S B 2.0通信接口 (D e v i c e) ;C A N 2.0通信接口;2个RS232异步串行接口;SSP接口;16位数据总线接口。这款芯片的这些功能满足了设计的要求[4]。
2 系统硬件以及相应软件设计
软件部分包括以太网控制器程序, LCD显示程序, CAN总线通信程序。下面针对该处理器涉及到的方面进行设计。
2.1 以太网接口设计
网络控制器采用Cirrus Logic公司的CS8900A, 该芯片遵从IEEE802.3以太网标准, 支持全双工操作。将EMC端口的地址、数据总线以及控制信号分别接到CS8900A的地址、数据总线和控制端口上, 并将EMC的时序参数设置好即可。另外将CS8900A的中断输出INTRQ作为一个GPIO引入系统以实现以太网的中断服务功能。
DataSocket (DS) 技术是一种面向测控领域的通过网络实时进行数据交换的编程技术。DataSocket建立在TCP/IP协议的基础上, 但是不用进行复杂的底层TCP编程, 就可以通过网络向多个远程终端同时传输现场的测量数据, 简化了设计。DS的函数库包含Open、Read、Write和Close等函数, 应用Write函数的多是进行数据采集处理的下位机, 而应用Read函数的则是对数据进行存储和进一步处理的上位机。另外, 二者之间的操作命令也是通过DS进行。
2.2 LCD接口设计
主控器和HT1620接口只需4条线。CS线用于初始化, 如果CS脚置为1, 主控器与HT1620之间的通信先被禁止, 然后初始化, 在执行模式命令或进行模式切换时需要一个高电平的脉冲初始化。主控器在RD信号的上升沿和下一个下降沿之间读取正确的数据, WR线是写时钟输入DATA线上的数据、地址和命令都在WR信号的上升沿输入HT1621。IRQ线可连接主控器[3,5]。由于是串行通信, 数据先出现在DATA INPUT脚, 然后在写允许信号 (WR) , 输入一位数据, 接着输入第二位…直到全部写入。在使用时, 先发送标志码101, 表明下面要进行写操作, 然后发送地址码A5～A0, 用D0～D3指定对应的位, 就可以对LCD相应的位元操作了。
2.3 CAN总线接口设计
Can设备包括远程数字I/O模块, 机床附加面板等设备。CAN总线主要用于各种设备监测及控制。由于CAN具有独特的设计思想, 良好功能特性和极高的可靠性, 现场抗干扰能力强。CAN总线的特点:结构简单, 只需两根线与外部相连, 且内部有错误探测和管理模块。
3 系统工作流程
主机通过网络与下位机控制器进行通信。控制器控制着现场设备, 以及LCD的显示。流程如图2所示。主要包括两大部分, 主机与下位机以及下位机与现场设备之间的通信。系统采用linux嵌入式操作系统来完成各种任务。
(1) 主机与下位机的工作流程:当远端主机通过网络发来请求时, 监控进程作为服务器响应远端的请求, 而当下位机本身需要主动将一些信息发往远程主机时, 监控进程则作为客户机向远程主机提交信息。 (2) 下位机与设备的工作流程:控制器通过CAN总线发送读命令给仪表设备, 设备响应命令并且把数据和状态传输给处理器。处理器根据得到的信息进行数据处理和数据格式的转换, 然后把当前的状态通过网络传输给上位机, 并且通过LCD显示出来。
4 结语
本系统以STR912F为硬件核心的现场仪器的监测系统。通过嵌入式系统进行监测, 解决了现场仪表维护工作难度大以及不能实时显示的问题, 提高了系统监测的质量, 降低了系统维护成本。本系统使用简便, 实时性好, 能够广泛应用到各种监测系统, 具有一定的使用价值。
摘要：为了满足工业控制的实时性、安全性和可靠性的要求, 采用嵌入式操作系统, 采集和显示工业现场设备的信息以及通过网络与上位机进行通信, 达到远程监测的目的。
关键词：嵌入式操作系统,实时监测,以太网,CAN总线
参考文献
[1] 万松峰, 黄惟公.基于ARM&Linux的网络化监控系统的设计[J].西华大学学报, 2005, 5.
[2] 郭尚坤, 李喜莲.基于LabVIEW的电能质量实时综合监测系统[J].山东冶金, 2008, 8.
[3] 李秀珍, 张凡猛.智能检测显示控制装置的研发[J].自动化技术与应用, 2010 (3) .
[4] STR912F用户手册.http://www.mxchip.com.
[5] HT1621用户使用指南.