【正文】 (4)數(shù)據(jù)管理能力需求，多通信接口的M_BUS 主站 /中繼器進行數(shù)據(jù)處理、儲存。 TinyArm2387 嵌入式工控模塊硬件資源該芯片基于 ARMCortexTMm3 32 位的 RISC 內(nèi)核，工作頻率最高為 72MHz，內(nèi)置高速存儲器（高達 256K 字節(jié)的 FLASH 和 64K 字節(jié)的 SRAM） ，6 路 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換器，單通道轉(zhuǎn)換時間低至 ；USB 設(shè)備控制器； 1 路 10 位 D/A 轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換時間低至 1μs；包含標(biāo)準(zhǔn)的通信接口：4 個異步串行口（UART ）接口、CAN 總線控制接工程碩士學(xué)位論文17口、片上集成 10M/100M 以太網(wǎng)控制器并提供以太網(wǎng)接口、工業(yè)級 PHY、SD/MMC 總線控制器、12MHz 工業(yè)級有源晶振以及復(fù)位電路。主控系統(tǒng) T2387，主要負責(zé)配置四種接口模塊、收發(fā)下位機數(shù)據(jù)、收發(fā)上位機數(shù)據(jù)、響應(yīng)用戶命令、升級用戶軟件等。CAN 總線支持分布式控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。給出了程序流程圖及部分代碼。從理論上講中繼器的使用是無限的，網(wǎng)絡(luò)也因此可以無限延長。如果監(jiān)聽到有信號傳輸?shù)脑?，表明信道處于忙狀態(tài)，就繼續(xù)監(jiān)聽到信道空多通信接口的 M_BUS 主站/中繼器的設(shè)計與實現(xiàn)12閑為止；若沒有發(fā)現(xiàn)沖突，則表示發(fā)送成功。由于其性能卓越現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化、交通工具、醫(yī)療儀器、多種控制設(shè)備以及建筑、環(huán)境控制等眾多部門。CAN 總線是串行通信總線的一種，最初被設(shè)計應(yīng)用在汽車工業(yè)中的微控制器通信。DP 和 FMS 的 485 傳輸技術(shù)：RS485 采用屏蔽的雙絞線，共用一根導(dǎo)線對，適用于需要高速傳輸和設(shè)備簡單而又便宜的各個領(lǐng)域。另外，TSS721 還具有總線電壓故障指示和極性接反的保護等功能。主從式半雙工數(shù)據(jù)傳輸。這標(biāo)志著二次世界大戰(zhàn)之后，美國已經(jīng)將信息傳輸技術(shù)率先運用在軍事領(lǐng)域，并且將在日后取得了不斷的突破。我國水、電、氣事業(yè)與人們的生活息息相關(guān)，如何解決水、電、氣三大系統(tǒng)與用戶之之間的協(xié)調(diào)管理，將直接影響到國民的生活水平，間接影響到我國的經(jīng)濟發(fā)展。本人授權(quán)湖南大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。多通信接口的M_BUS主站/中繼器運用了歐洲儀表總線 M_BUS技術(shù)，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的RS485總線技術(shù)，在數(shù)據(jù)傳輸方面有著極大優(yōu)勢。在歐洲，M_BUS 總線由于其特有的總線供電模式而被廣泛的應(yīng)用于水、電、氣遠程抄表系統(tǒng)，并且由于其實時性相對較好可以廣泛用于智能化控制總線和火災(zāi)報警系統(tǒng)。數(shù)據(jù)集中系統(tǒng)近年來也逐漸向高精度、高速化、網(wǎng)絡(luò)化、模塊化、通用化的方向發(fā)展。主機通過在 M_BUS 總線上不斷的改變電壓值將信號傳輸?shù)?M_BUS 從機。Profibus 總線自 1997 年進入中國后，市場發(fā)展非常迅速。在沒有使用中繼器時，每段最多有 32 個站；使用中繼器時，最多可以有 126 個站點。CAN 總線的特性 [17]：CAN 總線是一種串行通信網(wǎng)絡(luò)，它優(yōu)先支持分布式、實時控制。早期以太網(wǎng)連接采用總線拓撲結(jié)構(gòu)，現(xiàn)在但由于它存在的固有缺陷，工程碩士學(xué)位論文11已經(jīng)逐漸被以交換機和集線器為核心的星型網(wǎng)絡(luò)所代替。然后 M_BUS 主站可以使用 B的 MAC 向 B 發(fā)送數(shù)據(jù)（ MAC 是由網(wǎng)卡附加的） 。 ?。?）大大提高了數(shù)據(jù)傳輸可靠性。本章首先從整個系統(tǒng)的整體出發(fā)簡單介紹系統(tǒng)各組成部分的功能及其在系統(tǒng)中的作用，然后著重介紹多通信接口的 M_BUS 主站/中繼器功能需求和實現(xiàn)方式。以太網(wǎng)作為一種基帶局域網(wǎng)規(guī)范，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷進步，由標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)逐漸發(fā)展為萬兆以太網(wǎng)，數(shù)據(jù)傳輸量巨大，是目前采用最為廣泛的數(shù)據(jù)傳輸方式，幾乎工業(yè)過程自動化的數(shù)據(jù)傳輸都會用到以太網(wǎng)進行傳輸。其中 M_BUS 主站模式，依據(jù)對上位機的通信接口不同分為：CAN 通信、以太網(wǎng)通信、Profibus 通信。 通信接口 ：內(nèi)部集成工業(yè)級 10/100M 以太網(wǎng) PHY 芯片；集成 2 路 CANbus 接口； 4 路 UART 控制器（UART1 符合 16C550 工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，UART3 支持 IrDA 模式） ； 1 路 全速設(shè)備接口(12Mbps)； 2 路高速 I2C 總線，數(shù)據(jù)傳輸速度 0 ~ 400Kbit/s； 2 路帶緩沖的 SSP 總線。嵌入式技術(shù)是不斷的進步的，用戶的實際的需求也會不斷的變化。(6) 系統(tǒng)的通信功能：能在四種不同的通信通道中傳輸數(shù)據(jù)，在不同的傳輸距離和不同的波特率的條件下，數(shù)據(jù)能夠很好的傳輸。具有中繼器功能，放大和再生M_BUS從機上的信號，使得信號傳輸距離更遠，彌補數(shù)據(jù)傳輸受到距離限制的不足。(3)支持本地配置，為增加系統(tǒng)靈活性，即當(dāng)外界需求變化時，通過串口下發(fā)配置命令，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)在不同的總線上傳，同時可以根據(jù)用戶需要調(diào)整通信速率。該芯片豐富的串行接口使得其外圍電路設(shè)計變得簡單。上位機多通訊接口的 M B U S主機1 從機N 從機2 從機……C A N 口 o r網(wǎng)口 o rp r o f i b u s 口M B U S中繼器1 從機N 從機2 從機……M b u s 總線圖 系統(tǒng)連接示意圖整個系統(tǒng)由工控模塊、M_BUS 電平轉(zhuǎn)換電路、電源系統(tǒng)和四種通信接口電路四部分組成。profibus 總線是一種廣泛范圍的、開放的數(shù)字通信系統(tǒng)，適合于快速、時間要求嚴(yán)格和可靠性要求高的各種通信任務(wù)。第 4 章介紹了多通信接口的 M_BUS 主站/中繼器系統(tǒng)的軟件的設(shè)計及實現(xiàn)，給出了程序流程圖并對部分關(guān)鍵代碼作了詳細解析。但是中繼器只是簡單的將某段電纜上的數(shù)據(jù)發(fā)送到另一段電纜上，而不管數(shù)據(jù)是否出錯誤數(shù)據(jù)或者數(shù)據(jù)是否不適應(yīng)于網(wǎng)段的傳輸。如果監(jiān)聽到有信號傳輸?shù)脑?，表明信道處于忙狀態(tài)，就繼續(xù)監(jiān)聽到信道空閑為止；若沒有監(jiān)聽到任何信號，表示總線當(dāng)前空閑，就進行數(shù)據(jù)包傳輸；在數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r候繼續(xù)對信道進行監(jiān)聽，如發(fā)現(xiàn)有別的數(shù)據(jù)包在傳輸，就表示發(fā)送沖突，將執(zhí)行退避算法，然后隨機等待一段時間后，重新執(zhí)行監(jiān)聽信道上是否處于忙狀態(tài)。CAN 信號調(diào)制解調(diào)方式采用不歸零編碼/解碼方式 ,并采用插入填充技術(shù)，數(shù)據(jù)位具有顯性位“0”和隱形位“1”兩種邏輯電平CAN 總線的數(shù)據(jù)通信具有可靠性突出、實時性好、靈活性能高，其總線規(guī)范已經(jīng)成為國際標(biāo)準(zhǔn)，被公認(rèn)為幾種最有前途的總線之一。在國際上，CAN 作為現(xiàn)場總線的一種應(yīng)用很廣泛。一般Profibus_FMS 和 Profibus_DP 一起使用,有三種類型傳輸方式:DP 和 FMS 的 RS485 傳輸、PA 的 ICE11582 傳輸和光纖傳輸。 TSS721 不僅可以按照 MBUS 總線規(guī)范來收發(fā)數(shù)據(jù)，還具有從設(shè)備與微處理器之間的電平轉(zhuǎn)換電路，用來實現(xiàn)微處理器和從節(jié)點設(shè)備的通信?？偩€長度可以達到 1km。數(shù)據(jù)集中系統(tǒng)產(chǎn)生于上個世紀(jì) 50 年代，由美國率先運用在軍事上，將采集到的偵察數(shù)據(jù)進行集中后在傳輸?shù)奖O(jiān)控室，這一數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)運用在軍事領(lǐng)域，為軍事情報部門提供了準(zhǔn)確實時的作戰(zhàn)數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)的手工抄表由于耗費大量人力物力，已經(jīng)不再適應(yīng)時代的需要。作者簽名： 日期： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。由于PROFIBUS總線、CAN總線、MBUS總線和以太網(wǎng)技術(shù)，它們技術(shù)成熟、穩(wěn)定性能高、應(yīng)用范圍廣，在工業(yè)生產(chǎn)的數(shù)據(jù)傳輸環(huán)節(jié)應(yīng)用極為廣泛，而嵌入式技術(shù)作為當(dāng)今的新型技術(shù)的代表，也在生產(chǎn)實踐中被廣泛運用，所以多通信接口的M_BUS主站/ 中繼器將PROFIBUS、CAN總線技術(shù)、MBUS總線技術(shù)和以太網(wǎng)技術(shù)與嵌入式相結(jié)合，以NXP 公司的LPC2387 作為核心控制芯片，成功的實現(xiàn)了M_BUS 從節(jié)點的數(shù)據(jù)與PROFIBUS、CAN總線和以太網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)雙向傳輸。M_BUS 通信高速穩(wěn)定（2400m，可靠傳輸波特率為 4800bps） 、靜態(tài)功耗低、可接入站點容量大、使用普通雙絞線、抗干擾能力強、總線拓撲任意、預(yù)留多種通信協(xié)議，擴展極為方便。而且隨著工藝等方面的改進，成本和價格將會下降，使得數(shù)據(jù)集中系統(tǒng)運用更加普及到普通工業(yè)領(lǐng)域。V m a r k = 3 6 VV s p a c e = 2 4 VS p a c e = 0 M a r k = 1tM a s t e r t o S l a v e圖 主機到從機傳輸?shù)臄?shù)據(jù)碼流M_BUS 從機到主機之間的信息傳輸采用的是電流調(diào)制。據(jù) CPO 對北京周邊 300多家企業(yè)的調(diào)查結(jié)果顯示，Profibus 的市場占有率為 40%～50%，而在全國市場至少有30%～ 40%以上的占有率。傳輸速率為 。CAN 協(xié)議遵循 ISO/OSI 參考模型，用到了 ISO/OSI 模型的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。以太網(wǎng)采用一種稱作帶沖突檢測的載波偵聽多路訪問(CarrierSense，MultipleAccesswithCollisionDetection)的訪問控制方法，簡稱CSMA/CD，指的是以太網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng)技術(shù)如何操作和運行。 中繼器的介紹由于存在線路損耗，在線路上傳輸?shù)男盘枙饾u衰減，衰減到一定程度時將造成信號失真，因此會導(dǎo)致接收方的數(shù)據(jù)接收錯誤，中繼器就是為解決這一問題而設(shè)計的?！? （5）系統(tǒng)性能得到改善。 系統(tǒng)整體概述完整的工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)，是由多種不同功能的系統(tǒng)有機組成的，其中數(shù)據(jù)監(jiān)控處理系統(tǒng)是不可缺少的，數(shù)據(jù) 監(jiān)控處理系統(tǒng)，又包含了數(shù)據(jù)采集、集中和上位機的監(jiān)控處理。且以太網(wǎng)拓通信介質(zhì)多樣，可以采用光纖、雙絞線、同軸電纜等。在 M_BUS 主站模式下，主站下掛在一定量的 M_BUS 從站，對上位機通信可以選擇 CAN 總線通信、PROFIBUS 總線通信、以太網(wǎng)通信。 A/D ： 6 路 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換器，單通道轉(zhuǎn)換時間低達 s； D/A ： 1 路 10 位 D/A 轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換時間低達 1 μ s；內(nèi)部集成高精度基準(zhǔn)電多通信接口的 M_BUS 主站/中繼器的設(shè)計與實現(xiàn)18壓源。因此在進行系統(tǒng)設(shè)計時，應(yīng)考慮系統(tǒng)的功能性的擴展與改版，保證系統(tǒng)自動升級維護功能。 多通信接口的 M_BUS 主站/中繼器系統(tǒng)性能需求時間特性要求：不間斷運行時間≥30(2) 系統(tǒng)的主要功能：采集M_BUS從機的數(shù)據(jù)，使M_BUS從機上的數(shù)據(jù)可以在PROFIBUS、以太網(wǎng)和 CAN總線上傳輸。本系統(tǒng)支持波特率配置，選取了當(dāng)今工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛的Profibus、CAN現(xiàn)場總線，有利于數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性，配上以太網(wǎng)口，增加了數(shù)據(jù)的傳輸量。 T2387 是一個 45mm 32mm 的核心模塊，通過分布在模塊邊緣的 2 組 15 x 3 排針將T2387 的通信接口、GPIO、電源等所有引腳引出。整個系統(tǒng)功能強大，即可作為 M_BUS 主站使用，又可作為中繼器使用。被廣泛運用在工業(yè)自動化和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究與開發(fā)。詳細的說明了系統(tǒng)硬件的組成、實現(xiàn)的功能。例如，按照以太網(wǎng)的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，單段信號傳輸電纜的最長只能為 500 米，但如果使用了中繼器連接 4 段電纜之后，以太網(wǎng)中信號傳輸可以達到 2022 米。 報頭 數(shù)據(jù)段報頭 數(shù)據(jù)段報頭 數(shù)據(jù)段報頭 數(shù)據(jù)段報頭報頭報頭報頭報頭報頭發(fā)送接收應(yīng)用層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層圖 以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包傳輸過程圖以太網(wǎng)中的某臺主機要進行數(shù)據(jù)包傳輸，過程如下 [21]：首先監(jiān)聽信道上是否處于忙狀態(tài)，即是否有信號在傳輸。即使是重負載的情況下，CAN 網(wǎng)絡(luò)也可以采用一點對多點或點對點方式收發(fā)數(shù)據(jù)。 CAN 總線簡介CAN 總線全稱是 controller area work,即控制器局域網(wǎng) [15,16]。Profibus_PA 數(shù)據(jù)傳輸采用擴展的 Profibus_DP 協(xié)議，另外還是用了描述現(xiàn)場設(shè)備行為的 PA 規(guī)范，并可以使使現(xiàn)場設(shè)備通過總線供電，采用分段耦合器，Profibus_PA 設(shè)備可以很方便的集成到 Profibus _DP 網(wǎng)絡(luò)上。作為 M_BUS 從設(shè)備到 M_ BUS 總線的接口電路，TSS721 大大降低了從節(jié)點的設(shè)備成本。結(jié)構(gòu)拓撲簡單?？梢哉f，數(shù)據(jù)傳輸是工業(yè)生產(chǎn)不可或缺的一個部分，所以數(shù)據(jù)集中器就顯得尤為重要。 LPC2387工程碩士學(xué)位論文1目 錄學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 ......................................................................................................................I學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 ..............................................................................................................I摘 要 ............................................................................................................................................IIAbstract ...................................................................