| 摘要 "網(wǎng)絡通"是基于普通單片機的廉價以太網(wǎng)測控網(wǎng)關。它可以將具有RS-232、RS-485等接口的測控設備簡單而且直接地連接在以太網(wǎng)（因特網(wǎng)）上,利用豐富的現(xiàn)成的以太網(wǎng)資源,組成一系列以太網(wǎng)的分布式測控系統(tǒng)。 關鍵詞 以太網(wǎng)分布式測控系統(tǒng) 以太網(wǎng)測控網(wǎng)關 網(wǎng)關 網(wǎng)絡通 1 概述 利用現(xiàn)有以太網(wǎng)（因特網(wǎng)）的豐富資源,組建以太網(wǎng)分布式測控系統(tǒng)是一種低成本、高可靠性、快捷的技術方案。組建以太網(wǎng)分布式測控系統(tǒng)的關鍵設備是以太網(wǎng)測控網(wǎng)關,而以太網(wǎng)測控網(wǎng)關的組成方式有以下三種。 第一種是在20世紀90年代中期,人們采用PC機+網(wǎng)卡+采集插卡組成以太網(wǎng)測控網(wǎng)關,進行協(xié)議轉換,將由現(xiàn)場總線連接測控設備組成的分布式測控系統(tǒng)接入以太網(wǎng),將管理PC機放在以太網(wǎng)內,組成一個較大的自控系統(tǒng)。這種組成方式成本很高,只適用于大的自控系統(tǒng)。 第二種是在近幾年,人們采用嵌入式系統(tǒng)+以太網(wǎng)卡+采集卡來組成以太網(wǎng)測控網(wǎng)關。嵌入式系統(tǒng)實際上是在硬件和軟件上均可按用戶需要進行剪裁的PC機。例如,PC-104實際就是一臺沒有顯示器、鍵盤、硬盤、軟盤的PC-486DX計算機,有電子硬盤及各種I/O插口,可裝入Windows CE和其他PC機應用軟件。所以,實際上它是第一種網(wǎng)關的簡化和微型化。它的成本比第一種有所下降,但價格還是較高。另外,利用了PC機的軟件,開發(fā)速度較快。 第三種是今年以來,人們利用單片機加上以太網(wǎng)接口芯片組成以太網(wǎng)測控網(wǎng)關。這實際上是嵌入式網(wǎng)關向大眾化、普及化的進一步發(fā)展。它以單片機取代PC機,用以太網(wǎng)接口芯片取代以太網(wǎng)卡,使測控網(wǎng)關的價格下降到幾百元。這就使測控設備能以低廉的費用,以簡捷的方式接入以太網(wǎng),使網(wǎng)絡家電變?yōu)楝F(xiàn)實,使以太網(wǎng)分布式測控系統(tǒng)能得到迅速的發(fā)展。 本文重點介紹我們研制的基于單片機的以太網(wǎng)測控網(wǎng)關--"網(wǎng)絡通"的結構、原理和應用。 2 網(wǎng)絡通的組成 "網(wǎng)絡通"是以太網(wǎng)測控網(wǎng)關。它主要在網(wǎng)絡層完成以太網(wǎng)TCP/IP協(xié)議和測控設備現(xiàn)場總線RS-232、RS-485、并口通信等協(xié)議的轉換,完成以太網(wǎng)和現(xiàn)場總線網(wǎng)絡間的互聯(lián),實現(xiàn)不同以太網(wǎng)和現(xiàn)場總線網(wǎng)絡之間的數(shù)據(jù)交換。 "網(wǎng)絡通"的組成如圖1所示,由單片機和以太網(wǎng)接口芯片組成。 
圖1 基于單片機的以太網(wǎng)網(wǎng)關——"網(wǎng)絡通"的組成
以太網(wǎng)接口芯片可選用符合IEEE802.3協(xié)議的10Base-T通用接口芯片,如UM9003、RTL8019、DM9008等芯片。這些芯片完成與以太網(wǎng)在物理層上的通信任務,采用RJ-45插口,可以直接連接到以太網(wǎng)上。 "網(wǎng)絡通"對單片機沒有什么獨特的要求,可選用普通的單片機,如80C51等。單片機內用匯編語言寫入TCP/IP通信協(xié)議,以及RS-232、RS-485等現(xiàn)場總線及并行總線通信協(xié)議。它負責完成數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡層的協(xié)議轉換,數(shù)據(jù)交換任務。它將從以太網(wǎng)接收來的IP包,進行拆包,取出數(shù)據(jù),再按RS-232、RS-485等現(xiàn)場總線或并行總線通信協(xié)議重新組成幀,發(fā)送給測控設備;或者將測控設備發(fā)送來的數(shù)據(jù)幀,重新打成IP包,向以太網(wǎng)發(fā)送。 由于"網(wǎng)絡通"具有RJ-45、RS-232、RS-485及并行通信總線等多種接口,是異型網(wǎng)互聯(lián)、協(xié)議轉換的網(wǎng)關,所以使用"網(wǎng)絡通"可以很容易將具有RS-232、RS-485、CAN、雙口RAM等接口的測控設備連接到以太網(wǎng)上,構建基于以太網(wǎng)的分布式測控系統(tǒng)。 由于"網(wǎng)絡通"的接口豐富,且價格低廉,所以它既可以作為網(wǎng)關連接以太網(wǎng)和RS-485、CAN等現(xiàn)場總線網(wǎng),也可以直接將具有各種接口的測控設備接入以太網(wǎng),組成以太網(wǎng)分布式測控系統(tǒng),而不需要再架設現(xiàn)場總線,如圖2所示。 
圖2 基于"網(wǎng)絡通"以太網(wǎng)的分布式測控結構示意圖
3 上位PC機軟件 "網(wǎng)絡通"為了方便測控設備通過以太網(wǎng)和以太網(wǎng)上任一PC節(jié)點進行數(shù)據(jù)通信,特意設置了VB下的專用控件lenlib.ocx,用戶只需在PC機上安裝10/100 Base-T以太網(wǎng)卡,在WIN98平臺上即可調用該控件�？丶enlib.ocx提供以太網(wǎng)上接收和發(fā)送"網(wǎng)絡通"產品數(shù)據(jù)的軟件接口。嵌入lenlib.ocx控件可設計開發(fā)出"網(wǎng)絡通"的各種網(wǎng)絡控制系統(tǒng)應用軟件,實現(xiàn)各種基于以太網(wǎng)的分布式測控系統(tǒng)。 lenlib.ocx控件是一種ACTIVEX控件,使用lenuser對象。它向應用開發(fā)者提供了一個屬性remoteip,3個方法GetData()、SendData()、Link()和1個事件dataarrival()。其調用步驟如下。 �、� 首先連接PC機和"網(wǎng)絡通"。remoteip屬性賦值"網(wǎng)絡通"的IP地址,再用Link()方法連接。當收到"ACK"字符串表示連機成功時,可以進行下一步通信。 ② 通信。連通后,GetData()用來接收網(wǎng)絡數(shù)據(jù),SendData()用來發(fā)送數(shù)據(jù)到網(wǎng)絡上。PC機收到"網(wǎng)絡通"發(fā)數(shù)據(jù)后,觸發(fā)DataArrival()事件,使用 DataArrival 事件內的 GetData 方法來獲取已發(fā)送的信息,獲取當前的數(shù)據(jù)塊并將其存儲在變體類型的變量中。 �、� SendData,GetData,link語法： 返回值 Void
a. object.SendData data
b. object.GetData data, [type,] [maxLen] 通�？偸菍etData方法與 DataArrival事件并用,而 DataArrival 事件包含totalBytes參數(shù)。如果指定一個比totalBytes參數(shù)小的maxLen,則將得到警告10040,以此指出剩余的字節(jié)將丟失。 c. object.link 參數(shù)如表1所列。
設置值
type的設置值如表2所列。 表1
 表2
 4 "網(wǎng)絡通"應用中的幾個技術問題 在應用"網(wǎng)絡通"組建以太網(wǎng)測控系統(tǒng)的實際過程中,要注意以下幾個問題。 �。�1） "網(wǎng)絡通"的傳輸速度 在利用"網(wǎng)絡通"組成的以太網(wǎng)測控系統(tǒng)中,上位PC機與下位測控設備之間數(shù)據(jù)交換的速度取決于"網(wǎng)絡通"的傳輸速度;而"網(wǎng)絡通"的傳輸速度取決于以太網(wǎng)接口芯片的速度、單片機的處理速度,以及"網(wǎng)絡通"和測控設備交換數(shù)據(jù)的方式。 在一般的測控系統(tǒng)中,要傳送的僅僅是控制命令和測量數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)量不大?網(wǎng)絡通"與測控設備之間采用RS-232、RS-485、CAN等串口方式連接,其通信速率僅幾十kb/s~上百kb/s。這時以太網(wǎng)接口芯片的速度（10Mb/s）和微處理器的速度就遠大于串口通信速度。"網(wǎng)絡通"的傳輸速率就取決于串口的通信速率。 當要傳送的數(shù)據(jù)速率要求很高時（如圖像）,"網(wǎng)絡通"與測控設備之間就不能再采用串口連接,而必須采用并口連接,這時傳輸速率就取決于微處理器的處理速度。此時,要選用一些高速的單片機,如P89C52RX系列或SX系列等單片機。 以太網(wǎng)接口芯片的速度已達10 Mb/s,遠大于微處理器的速度,遠大于"網(wǎng)絡?與測控設備的數(shù)據(jù)交換速度,遠大于測控工作的要求,所以對其可不予考慮。 �。�2） 網(wǎng)絡通的IP地址 以太網(wǎng)測控系統(tǒng)中,測控設備通過"網(wǎng)絡通"進入以太網(wǎng),就必須確定自己的IP地址。"網(wǎng)絡通"的IP地址有活動IP和固定IP兩種獲取的方法。上電時,"網(wǎng)絡通"軟件自動在系統(tǒng)中搜尋是否有代理服務器。若有代理服務器,則申請并由代理服務器分配給一個活動IP地址,作為"網(wǎng)絡通"的IP地址;若系統(tǒng)中沒有代理服務器,則啟用"網(wǎng)絡通"在硬件上設立的一個固定IP地址作為"網(wǎng)絡通"的IP地址。 （3） 安全控制 在小型封閉的局域網(wǎng)中進行測控,安全問題不大,但在廣域網(wǎng)甚至因特網(wǎng)上進行測控,安全控制就至關緊要。為此,在"網(wǎng)絡通"中,微處理器采用48~128位的用戶密碼來保護測控設備的安全,合法用戶可以修改、設定自己的密碼。網(wǎng)絡非法用戶即使竊取了"網(wǎng)絡通"的IP地址,沒有用戶密碼,也無法通過"網(wǎng)絡通"來操作測控設備。 �。�4） 實時性問題 測控系統(tǒng)在很多場合都要強調它的實時性,但以太網(wǎng)不是一個實時系統(tǒng)。由于它的載波偵聽碰撞檢測（CSMA/CD）通信方式,決定了以太網(wǎng)中IP包的傳輸會有延遲,甚至丟包,這是利用以太網(wǎng)組成分布式測控系統(tǒng)最大的缺點。但是,現(xiàn)在以太網(wǎng)的速度越來越快,百兆網(wǎng)甚至千兆網(wǎng),或在一些小型封閉的局域網(wǎng)中,當網(wǎng)絡的繁忙程度大為減輕時,IP包幾乎沒有碰撞,傳輸延遲、丟包現(xiàn)象就大大減小,不會影響測控系統(tǒng)的正常工作。同時,在系統(tǒng)的網(wǎng)絡層之上,可增加應答協(xié)議,丟包的問題就可基本克服。據(jù)此,我們做過的幾個以太網(wǎng)測控系統(tǒng)一直工作正常。 �。�5） "網(wǎng)絡通"的連接 "網(wǎng)絡通"有兩個插座：一個是RJ-45插座,可用雙絞線直接連接到以太網(wǎng);另一個是25腳插座,內含RS-232、RS-485、電源和數(shù)據(jù)、地址、控制等并行總線。用戶可用硬跳線選定自己使用的通信方式。 "網(wǎng)絡通"是一個系列產品,分為HX-1和HX-2兩種,其結構基本一樣。主要不同是內部采用的微處理器芯片不同,因而傳輸速率不同：HX-1型傳輸速度在1 Mb/s以下,主要用于文本數(shù)據(jù)傳輸;而HX-2型在1 Mb/s以上,主要用于圖像數(shù)據(jù)傳輸。 結束語 用單片機組成以太網(wǎng)關--"網(wǎng)絡通"可以滿足一般測控系統(tǒng)的要求,而且它的造價、尺度都非常小。它既可以作單獨的網(wǎng)關,用以連接以太網(wǎng)與現(xiàn)場總線網(wǎng),或將測控設備直接接入以太網(wǎng),這就使組建以太網(wǎng)測控系統(tǒng)不再是一件很麻煩的事;同時,它又可以作為一個模塊,直接嵌入測控設備,生產新一帶的網(wǎng)絡測控設備、網(wǎng)絡家電。這必將大大地促進以太網(wǎng)測控系統(tǒng)的發(fā)展。 參考文獻 1 陽憲惠. 現(xiàn)場總線技術及其應用. 北京：清華大學出版社,2000
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