【正文】 多通 信 接口的 M_BUS主站 /中繼器 包含了硬件功能需求和軟件功能需求，在實(shí)現(xiàn)其相應(yīng)功能的基礎(chǔ)上也對(duì)各項(xiàng)性能指標(biāo)提出了相應(yīng)的要求。 A/D ： 6 路 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換器， 單通道轉(zhuǎn)換時(shí)間低達(dá) s； D/A ： 1 路 10 位 D/A 轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換時(shí)間低達(dá) 1 μ s；內(nèi)部集成高精度基準(zhǔn)電壓源。工控模塊硬件圖如圖 。 T2387 是一個(gè) 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。產(chǎn)品內(nèi)置有商業(yè)化 TCP/IP、 USB 、 CAN 協(xié)議棧、 SD 總線驅(qū)動(dòng)、文件管理系統(tǒng)和底層基礎(chǔ)驅(qū)動(dòng)函數(shù)庫等固件。 在 M_BUS 主站模式 下，主站下掛在一定量的 M_BUS從站，對(duì)上位機(jī)通 信 可以選擇 CAN 總線通 信 、 PROFIBUS 總線通 信 、以太網(wǎng)通信 。 T2387 主要用來接收、處理和發(fā)送用戶和從機(jī)之間的數(shù)據(jù)，還可以通過軟件配 置還可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的透明傳輸，即從機(jī)向用戶發(fā)的數(shù)據(jù)和用戶向從機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)不經(jīng)過任何處理直接進(jìn)行傳輸，此時(shí)，該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相當(dāng)于以一個(gè)透明的通道，可作為中繼器 來增加 信號(hào) 傳輸距離 。整個(gè)系統(tǒng)功能強(qiáng)大，即可作為 M_BUS主站使用，又可作為 中繼器使用?？?以將 M_BUS 從節(jié)點(diǎn)上的傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行集中、存儲(chǔ)，然后轉(zhuǎn)換 成 與上位機(jī)通信的通 信 總線的幀格式進(jìn)行傳輸 ，也可以接收總線上傳輸?shù)目刂泼?，然后跟?jù)控制信息對(duì) M_BUS 從機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的控制 。 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。 CAN 總線廢除了對(duì)站地址的編碼，采用對(duì)數(shù)據(jù)塊的編碼， 可以 使 CAN 網(wǎng)絡(luò)上的不同節(jié)點(diǎn)接收到相同的數(shù)據(jù)，有效的增強(qiáng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性。被廣泛運(yùn)用在工業(yè)自動(dòng)化和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究與開發(fā)。 Profibus 和 CAN 總線均為現(xiàn)場總線， CAN 總線是目前為止唯一成為國際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場總線。 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(jī)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(jī)的監(jiān)控處理 。 最后是結(jié)論，對(duì)論文所作工作進(jìn)行總結(jié)，并對(duì)多通 信 接口的 M_BUS 主站 /中繼器系統(tǒng)測試及實(shí)際使用情況作了介紹，對(duì)多通 信 接口的 M_BUS 主站 /中繼器系統(tǒng)的不足進(jìn)行了思考，探討了多通 信 接口的 M_BUS 主站 /中繼器系統(tǒng)需要改進(jìn)的問題。多通 信 接口的 M_BUS 主站 /中繼器 的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 14 詳細(xì)的說明了系統(tǒng)硬件的組成 、實(shí)現(xiàn)的功能。 本文 總體結(jié)構(gòu) 本論文對(duì) 多通 信 接口的 M_BUS 主站 /中繼器系統(tǒng) 的通信服務(wù)器作了較為詳細(xì)的描述與介紹。 （ 5） 系統(tǒng) 性能得到改善。 中繼器的優(yōu)點(diǎn) ： （ 1）擴(kuò)大了通信距離。 例如，按照 以太網(wǎng) 的 規(guī)定 標(biāo)準(zhǔn) ， 單段信號(hào)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(hào)傳輸 可以達(dá)到 20xx 米。一般來說，中繼器兩端的網(wǎng)絡(luò)部分是網(wǎng)段，而不是子網(wǎng)。 中繼器的介紹 由于存在 線路 損耗，在線路上傳輸?shù)男盘?hào)會(huì)逐漸衰減，衰減到一定程度時(shí)將造成信號(hào)失真，因此會(huì)導(dǎo)致 接收方的數(shù)據(jù)接收 錯(cuò)誤 ， 中繼器就是為解決這一問題而設(shè)計(jì)的 。如果未找到 ， M_BUS主站 則會(huì)向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送 一個(gè) ARP 請(qǐng)求報(bào)文 ，里面包含了 M_BUS 主站 的 IP 地址和物理地址 和 B 的 IP 地址 ， 并請(qǐng)求主機(jī) B 回答 自身的 物理地址。 多通 信 接口的 M_BUS 主站 /中繼器 的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 12 報(bào) 頭 數(shù) 據(jù) 段報(bào) 頭 數(shù) 據(jù) 段報(bào) 頭 數(shù) 據(jù) 段報(bào) 頭 數(shù) 據(jù) 段報(bào) 頭報(bào) 頭報(bào) 頭報(bào) 頭報(bào) 頭報(bào) 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(tái)主機(jī)要 進(jìn)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(hào)在傳輸。在應(yīng)用層將要發(fā)送的數(shù)據(jù)打包后，將打包后的數(shù)據(jù)發(fā)送到傳輸協(xié)議層，在該層加上標(biāo)識(shí)符，標(biāo)明自己的目標(biāo)地址和 身份。 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(yùn)行。 以太網(wǎng)簡介 以太網(wǎng) [18,19 ,20]，英文名為 Ether，是當(dāng)今世界上應(yīng)用范圍最廣的一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。 即使是 重負(fù)載 的情況下， CAN 網(wǎng)絡(luò) 也 可以 采用 一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn) 或點(diǎn)對(duì)點(diǎn) 方式 收發(fā) 數(shù)據(jù)。 CAN 總線傳輸速率隨距離改變而改變，兩個(gè)站點(diǎn)最遠(yuǎn)的 直接距離最遠(yuǎn)可以達(dá)到 10km（傳輸速度為 5kbit/s）；最高通信速率可達(dá) 1Mbit/s（傳輸距離 40m）。 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 。 CAN 通信介質(zhì)：雙絞線、同軸電纜或者光纜，通信速率可以達(dá)到 1Mbit/s，通信距離可達(dá) 10km。 CAN 總線簡介 CAN 總線全稱是 controller area work,即控制器局域網(wǎng) [15,16]。PI 組織 為 GSD 文件定義了大量的標(biāo)準(zhǔn)字，通過這些標(biāo)準(zhǔn)化的描述， 使得不同廠商生產(chǎn)的主站能夠從 GSD 文件中讀取從站信息。傳輸速率為 。 總線的 傳輸速率可選用 到 12Mbps， 一 旦設(shè)備投入運(yùn)行，全部設(shè)備據(jù)需選用 同一個(gè) 傳輸速率。 Profibus_PA 數(shù)據(jù)傳輸采用擴(kuò)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。 Profibus 按照應(yīng)用范圍可以劃分為 [10,11,12]： Profibus_FMS、 Profibus_DP 和Profibus_PA。據(jù) CPO 對(duì)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。 Profibus（ Process Fieldbus）是面向工廠自動(dòng)化、流程自動(dòng)化的一種國際性的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn) ，是一種具有頭廣泛應(yīng)用范圍的、開 放 的數(shù)字通信系統(tǒng)，適合于快速、時(shí)間要求嚴(yán)格和可靠性要求高的各種通 信 任務(wù) ， 基于分布式控制思想發(fā)展而來的、最初的設(shè)計(jì)構(gòu)想是基于擴(kuò)展的 MAP/MMS 標(biāo)準(zhǔn) 的思想，建立一個(gè)基于客戶 /服務(wù)器結(jié)構(gòu)的、面向?qū)ο蟮?、使用能夠與工廠上下各層的工業(yè)通信系統(tǒng)。 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(diǎn)的 設(shè)備成 本。在穩(wěn)態(tài)時(shí)，從機(jī)和主機(jī)無數(shù)據(jù)交換式，每個(gè)從機(jī)消耗掉電流為 ，該電流值表示邏輯 1；當(dāng)從機(jī)向主機(jī)傳輸邏輯 0 時(shí)，由從機(jī)增加一個(gè) 11～ 20mA 的電流，總線上的電流消耗就增加了 11～ 20mA，這樣主機(jī)很容易檢測到邏輯 0 信號(hào)。 工程碩士學(xué)位論文 7 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(jī)到從機(jī)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)碼流 M_BUS 從機(jī)到主機(jī)之間的信息傳輸采用的是電流調(diào)制。 M_BUS 總線構(gòu)成的抄表系統(tǒng) 應(yīng)用于居民小區(qū)，則可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程 計(jì)量、 抄表、報(bào)警、智能 化 的 控制和管理等， M_BUS 總線 的運(yùn)用 對(duì)于 構(gòu)建智能化 住宅小區(qū)和公共事業(yè)管理部門的現(xiàn)代化 建設(shè) 具有重要的意義。 結(jié)構(gòu)拓?fù)浜唵?。采用遠(yuǎn)程讀數(shù)的歐洲 抄表 總線標(biāo)準(zhǔn)，廣泛運(yùn)用于水、電、氣等部門的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)，這種總線對(duì)樓宇自動(dòng)化事業(yè)及相關(guān)的應(yīng)用有著極端的重要 作用 。 而且隨著工藝等方面的改進(jìn)， 成本和價(jià)格將會(huì)下降，使得數(shù)據(jù)集中系統(tǒng)運(yùn)用更加普及到 普通工業(yè) 領(lǐng)域。 20 世紀(jì) 90 年代到今天，由于大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展， 數(shù)據(jù)集中器 的成本 得到 降低， 節(jié)省了印刷板的空間 ， 數(shù)據(jù)集中器已經(jīng)可以由原來的體積大、智能化程度低逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)轶w積小，智能化程度高 。可以說，數(shù)據(jù)傳輸是工業(yè)生產(chǎn)不可或缺的一個(gè)部分，所以數(shù)據(jù)集中器就顯得尤為重要。系統(tǒng)采用綜合設(shè)計(jì)的思想，提出了一種具有多 通 信 接口的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)合 了 嵌入式 工控模塊 T2387（ LPC2387 集成在工控模塊中） 、 M_BUS 總線 、 Profibus 總線、 CAN 總線 、中 繼器技術(shù)、 以太網(wǎng) 技術(shù) ；以 ARM 微處理器 LPC2387 為核心， M_BUS 為數(shù)據(jù)采集總線，將采集到的數(shù)據(jù)，經(jīng)過 核心芯片 處理后，可通過 Profibus 總線、以太網(wǎng)口、 CAN 總線傳輸?shù)?相應(yīng) 的總線上，實(shí)現(xiàn)多種總線上數(shù)據(jù)的傳輸 。 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(diǎn)容量大 、使用普通雙絞線 、抗干擾能力強(qiáng)、 總線拓?fù)淙我?、 預(yù)留多種通 信 協(xié)議，擴(kuò)展極為方便 。 但是，由于某些方面的原因，遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)并未完善 ，即 便是 新型的 RS485總線傳輸技術(shù)代替了原有的手工抄表，但是還是有很多問題亟待解決 [1]。 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 ........................................................................................................................................... II Abstract ........................................................................................................................................ III 第一章 緒論 ................................................................................................................................. 4 課題背景及意義 ................................................................................................................. 4 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展現(xiàn)狀 .......................................................................................... 5 相關(guān)通信接口的簡介 ....................................................................................................... 6 M_BUS 總線簡介 ....................................................................................................... 6 Profibus 總線簡介 ...................................................................................................... 8 CAN 總線簡介 ............................................................................................................ 9 以太網(wǎng)簡介 ................................................................................................................ 11 中繼器的介紹 .............................................................................................................