引 言

　　近年來，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)化席卷全球。在工業(yè)現(xiàn)場中如何將測控系統(tǒng)等儀器和設(shè)備接入互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)信息共享和遠(yuǎn)程控制成為人們關(guān)注的話題。傳統(tǒng)的工業(yè)測控現(xiàn)場所采用的總線技術(shù)(如RS232和RS485等)能夠很好地解決儀器與設(shè)備的互聯(lián)互通問題，并得到了廣泛的應(yīng)用。但此類總線是專為工業(yè)所設(shè)計(jì)的，并不能解決因特網(wǎng)的接入問題。采用單片機(jī)配合以太網(wǎng)控制芯片構(gòu)成測控系統(tǒng)，可解決測控系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)的接入問題，但卻需要花費(fèi)大量的時(shí)問和精力進(jìn)行開發(fā)。采用商品化的串口服務(wù)器或網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，雖可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，但軟硬件成本很高。針對這些情況，我們采用低成本的RS232以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換模塊作為網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)媒介，設(shè)計(jì)了基于美國Cygnal公司的C8051F020的嵌入式以太網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)。結(jié)果表明，該監(jiān)控系統(tǒng)充分利用了現(xiàn)有以太網(wǎng)資源，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程測控終端與監(jiān)控中心的通信功能，從而實(shí)現(xiàn)了高可靠性、低成本的實(shí)時(shí)監(jiān)控，達(dá)到了工業(yè)現(xiàn)場安全運(yùn)行的目的。

　　1 RS232-以太網(wǎng)模塊及C8051F020簡介

　　ZNE-100PT是周立功公司開發(fā)的一款RS232-以太網(wǎng)模塊模塊，內(nèi)部集成了TCP／IP協(xié)議棧，利用它用戶可以輕松實(shí)現(xiàn)嵌入式?jīng)]備的網(wǎng)絡(luò)功能。其主要特點(diǎn)是：

　　◆內(nèi)嵌32位ARM7 CPU；

　　◆支持TCP／IP協(xié)議(包括Ethernet、ARP、IP、ICMP、IGMP、UDP、TCP、HTTP和DHCP)，工作方式可選擇為TCP Server、TCP Client、UDP、Real COM driver和GroupMode．TCP Auto組播地址工作端口目標(biāo)IP和端口均可設(shè)定支持PairConnection對連方式工作；

　　◆10M以太網(wǎng)接口使用排針方式引出；

　　◆RS232或RS485串口，TTL電平方式，波特率為300～115200 bps。

　　采用RS232以太網(wǎng)模塊進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，可大幅度縮短軟件開發(fā)時(shí)間，且成本很低。

　　對于8路模擬信號輸入接口，要求其最高輸入電壓為+12V，而C8051F020的片內(nèi)A／D轉(zhuǎn)換器最高輸入電壓為+3V。對于+12V的輸入電壓，可采用電阻分壓衰減電路，將+12 V的輸入電壓降為+3 V輸入；而對于8路O～5 V的模擬輸出電壓，則可直接利用運(yùn)算放大器放大輸出，電路如圖2所示。

　　數(shù)字輸入部分采用光電耦合器將數(shù)字輸入信號與本系統(tǒng)隔離，從而減小了外界干擾對系統(tǒng)的影響；數(shù)字輸出部分也采用光電耦合器進(jìn)行隔離，如圖3所示。

　　3 ZNE-100PT模塊的使用和網(wǎng)絡(luò)通信規(guī)約

　　在使用RS232-以太網(wǎng)模塊ZNE-100PT之前，應(yīng)當(dāng)按照ZNE-100PT的要求對模塊進(jìn)行軟件配置。主要工作有配置模塊的IP地址、模塊的子網(wǎng)掩碼、模塊網(wǎng)關(guān)和串行接口的波特率等參數(shù)。配置完成后模塊即可使用。需要注意的是，設(shè)置模塊屬性時(shí)，可將幀起始字節(jié)和幀結(jié)束字節(jié)設(shè)為空。這樣，當(dāng)模塊對通信數(shù)據(jù)劃分TCP／IP數(shù)據(jù)包時(shí)，就可按串口數(shù)據(jù)的幀間隔作為分包條件。

　　根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的要求，設(shè)定本系統(tǒng)與以太網(wǎng)之間的通信規(guī)約。

　　通信數(shù)據(jù)格式字頭+命令字+數(shù)據(jù)長度+數(shù)據(jù)體

　　①字頭：START。

　　②命令字：共計(jì)1個(gè)字。

　　第1字節(jié)：表示數(shù)據(jù)傳輸方向。由單片機(jī)→以太網(wǎng)為U；由以太網(wǎng)→單片機(jī)為P。

　　第2字節(jié)：為命令字。

　　命令l：由單片機(jī)→以太網(wǎng)時(shí)，表示后面數(shù)據(jù)為8路A／D輸入值和8路數(shù)字I／O輸入值；由以太網(wǎng)→單片機(jī)時(shí)，表示后面數(shù)據(jù)為2路D／A輸出值和8路數(shù)字I／O輸出值。

　　命令2：由單片機(jī)→以太網(wǎng)時(shí)，表示后面數(shù)據(jù)為RS232接口收到并轉(zhuǎn)發(fā)以太網(wǎng)的，數(shù)據(jù)體長度小于255字節(jié)；由以太網(wǎng)→單片機(jī)時(shí)，表示后面數(shù)據(jù)需經(jīng)監(jiān)控系統(tǒng)的RS232接口發(fā)出，數(shù)據(jù)傳送結(jié)束時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)返回OK，表示傳送結(jié)束。

　　③數(shù)據(jù)長度：>999字節(jié)，表示后面數(shù)據(jù)體的長度。

　　④數(shù)據(jù)體：所需傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。

　　4 監(jiān)控系統(tǒng)軟件流程

　　由于監(jiān)控系統(tǒng)需要經(jīng)由ZNE-100PT雙向傳輸數(shù)據(jù)并需進(jìn)行相關(guān)操作，因此監(jiān)控系統(tǒng)軟件流程如圖4所示。

　　圖4中，CPU首先進(jìn)行初始化。之后分別采集以太網(wǎng)上發(fā)送過來數(shù)據(jù)以及本機(jī)的A／D和I／O輸入數(shù)據(jù)。采集完成后，如果收到的是D／A和I／O輸出數(shù)據(jù)，則進(jìn)行D／A和I／O輸出數(shù)據(jù)的更新。如果是以太網(wǎng)的RS232輸出數(shù)據(jù)，則啟動RS232接口并發(fā)送數(shù)據(jù)；否則，定時(shí)向以太網(wǎng)發(fā)送本機(jī)的A／D和I／O輸入數(shù)據(jù)。如果是RS232接口的數(shù)據(jù)，則向以太網(wǎng)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。

　　結(jié)語

　　本文設(shè)計(jì)的基于SoC單片機(jī)C8051F020的嵌入式以太網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，采用了RS232以太網(wǎng)模塊，從而使軟件開發(fā)的工作量大大減少，使監(jiān)控系統(tǒng)得以依托以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程測量及控制。本系統(tǒng)已用于日本某公司的生產(chǎn)線，且受到用戶的好評。將本系統(tǒng)的某些參數(shù)適當(dāng)修改，也可以用于其他工業(yè)控制場合中。