（测试计量技术及仪器专业论文）嵌入式网络测控系统的设计及应用.pdf

ad i s s e r t a t i o ns u b m i t t e dt og u a n g d o n gu n i v e r s i t yo f t e c h n o l o g yf o r t h ed e g r e eo fm a s t e ro fe n g i n e e r i n gs c i e n c e d e s i g na n da p p l i c a t i o no fe m b e d d e d n e t w o r k m e a s u r e m e n ta n dc o n t r o ls y s t e m m a s t e rc a n d i d a t e ：q i a nz a i l o n g s u p e r v i s o r ：p r o f w ul i m i n g j u l y2 0 1 0 f a c u l t yo fi n f o r m a t i o ne n g i n e e r i n g g u a n g d o n gu n i v e r s i t yo ft e c h n o l o g y g u a n g z h o u ，g u a n g d o n g ，p r c h i n a ，5 1 0 0 0 6 5 3伽9m 5惭4 舢乃m1舢y 摘要 摘要 随着测控技术、网络技术以及微电子技术的发展，大量智能控制芯片和智 能传感器的不断出现，网络测控系统已成为工业控制领域研究的热点，而网络 测控技术也在工业自动化领域中发挥着越来越重要的作用。针对实际的应用需 求，本文采用网络通信机制设计了一种嵌入式测控系统，采用模块化设计理念， 开放性的技术标准，使其适用于不同的工业测控领域。 本文首先介绍了测控网络技术，然后根据系统功能需求，选择合理的测控 网络用于构建嵌入式网络测控系统。由于构建分布式嵌入式测控系统时，采用 c a n 总线能达到系统各单元间可靠、有效的通信效果，满足系统的实时性、安 全性以及可靠性等要求，因此在测控网络的选型中，选择c a n 作为底层控制网 络的通信协议，根据相关协议规范制定网络测控系统的通信机制，包括通信协 议格式、信息帧数据域编码。针对系统通信实时性问题，提出通信实时性优化 的解决方法。 根据网络测控系统的特点，采用软硬件结合的方式，设计面向工控领域的 嵌入式网络测控系统。系统主要由网络控制器和现场测控节点构成，网络控制 器采用$ 3 c 2 4 4 0 a 微处理器，连接分布在不同位置的节点，实现了各通信网络 间的数据流控制；现场测控节点采用c 8 0 5 1 f 0 4 0 核心控制器，充分利用该控制 器资源，对其进行硬件扩展和软件编程；系统上位机采用面向无连接的u d p 协 议，实现了在控制室对系统进行监控的功能。 本文最后介绍嵌入式网络测控系统在电子轴印刷机中的应用。构建了电子 轴印刷机的通信网络，结合网络通信协议和通信实时性处理机制，设计具有印 刷、开槽、模切功能的电子轴印刷机控制系统。实际证明了本测控系统设计合 理、运行可靠。 关键词：嵌入式技术；测控系统；网络通信；电子轴；上位机 广东_ y - , _ l k 大学硕士学位论文 a bs t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fm e a s u r e m e n ta n dc o n t r o lt e c h n o l o g y , n e t w o r k t e c h n o l o g y , a n dm i c r o e l e c t r o n i ct e c h n o l o g y , a n dt h ec o n t i n u a le m e r g e n c eo f a l a r g e n u m b e ro fi n t e l l i g e n tc o n t r o lc h i pa n di n t e l l i g e n ts e n s o r s ， n e t w o r k m o n i t o r i n ga n dc o n t r o ls y s t e m sh a v eb e c o m eah o tr e s e a r c h f i e l do fi n d u s t r i a l c o n t r o l ，a n dn e t w o r km o n i t o r i n ga n dc o n t r o lt e c h n o l o g i e s a r ea l s op l a y i n gam o r e a n dm o r ei m p o r t a n tr o l e i ni n d u s t r i a la u t o m a t i o n i nv i e wo ft h er e q u i r e m e n t so f a c t u a la p p l i c a t i o n ，t h i sp a p e rd e s i g n sae m b e d d e dm e a s u r e m e n ta n dc o n t r o ls y s t e m w i t hn e t w o r kc o m m u n i c a t i o ns t a n d a r di su s e dt om a k ei t a p p l i c a b l et od i f f e r e n t i n d u s t r i a lc o n t r 0 1 f i r s to fa l l ，t h i s p a p e ri n t r o d u c e s t h em e a s u r e m e n ta n dc o n t r o ln e t w o r k t e c h n o l o g y , a n dt h e n s e l e c t sar e a s o n a b l em e a s u r e m e n ta n dc o n t r o ln e t w o r kf o r b u i l d i n ge m b e d d e dn e t w o r kc o n t r o ls y s t e ma c c o r d i n gt ot h es y s t e m f u n c t i o n a l r e q u i r e m e n t s w h e nb u i l d i n g ad i s t r i b u t e de m b e d d e dm e a s u r e m e n ta n dc o n t r o l s y s t e m ，u s i n gc a n b u sc a na c h i e v er e l i a b l ec o m m u n i c a t i o nb e t w e e nd e f i r r e n tu n i t s o fs y s t e ma n de f f e c t i v ec o m m u n i c a t i o nr e s u l t s ，t h e r e f o r e ，c a ni sc h o o s e da st h e c o n t r o ln e t w o r kc o m m u n i c a t i o np r o t o c o li nt h es e l e c t i o no ft h em e a s u r e m e n ta n d c o n t r o ln e t w o r k c o m m u n i c a t i o nm e c h a n i s mo fm e a s u r e m e n ta n dc o n t r o ls y s t e mi s f o r m u l a t e d a c c o r d i n g t ot h er e l e v a n t p r o t o c o ls p e c i f i c a t i o n ， i n c l u d i n g c o m m u n i c a t i o np r o t o c o lf o r m a ta n de n c o d e dd a t af i e l d o fi n f o r m a t i o nf r a m e t h e s o l u t i o no fr e a l t i m e o p t i m i z a t i o no fc o m m u n i c a t i o ni sp r o p o s e da c c o r d i n g t o r e a l t i m ec o m m u n i c a t i o np r o b l e mo fs y s t e m t h ee m b e d d e dn e t w o r km e a s u r e m e n ta n dc o n t r o ls y s t e mi s d e s i g n e df o r i n d u s t r i a la r e a sb yu s i n gh a r d w a r ea n ds o f t w a r ea c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i c so f t h en e t w o r km e a s u r e m e n ta n dc o n t r o ls y s t e m t h es y s t e mi sc o n s i s to fn e t w o r k c o n t r o l l e ra n df i e l dm e a s u r e m e n ta n dc o n t r o ln o d e $ 3c 2 4 4 0 am i c r o p r o c e s s o ri s a p p l i e di nn e t w o r kc o n t r o l l e rf o rc o n n e c t i n gn o d e si nd i f f e r e n tl o c a t i o n ，a n dd a t a a b s t r a c t f l o wc o n t r o lb e t w e e nv a r i o u sc o m m u n i c a t i o nn e t w o r k si sr e a l i z e d c 8 0 5lf 0 4 0c o r e c o n t r o l l e ri sa p p l i e di nf i e l dm e a s u r e m e n ta n dc o n t r o ln o d ef o rh a r d w a r ee x p a n s i o n a n ds o f t w a r e p r o g r a m m i n gb yu s e i n gt h e c o n t r o l l e rr e s o u r c e sa m p l y p o s i t i o n c o m p u t e ru s e sn o n - c o n n e c t i o nu d pp r o t o c o la n da c h i e v e st om o n i t o rt h ef u n c t i o n s o ft h es y s t e mi nt h ec o n t r o lr o o m f i n a l l y , t h ea p p l i c a t i o no fe m b e d d e dm e a s u r e m e n ta n dc o n t r o ls y s t e mi n e l e c t r o n i cs h a f tp r i n t i n gc o n t r o ls y s t e mi si n t r o d u c e d t h ec o m m u n i c a t i o nn e t w o r ki s c o n s t r u c t e db yc o m b i n i n gn e t w o r kc o m m u n i c a t i o np r o t o c o la n dc o m m u n i c a t i o n m e c h a n i s mo fr e a l t i m ep r o c e s s i n g ，a n de l e c t r o n i c s h a f tp r i n t i n gc o n t r o ls y s t e m w h i c hh a st h ef u c t i o n so fp r i n t i n g ，s l o t t i n ga n dc u t t i n gi sd e s i g n e d a c t u a l l y , i tp r o v e s t h a tt h ed e s i g no ft h i ss y s t e mi sr e a s o n a b l ea n dt h es y s t e mc a n o p e r a t er e l i a b l y k e y w o r d s ：e m b e d d e dt e c h n o l o g y ；m e a s u r e m e n ta n dc o n t r o ls y s t e m ；n e t w o r k c o m m u n i c a t i o n ；e l e c t r o n i cs h a f t ；p o s i t i o nm a c h i n e i i i 目录 目录 摘要i a b s t r a c t i i l i i录1 r c o n t e n t s v i i 第一章绪论。1 1 1 引言一l 1 2 课题来源、目的及意义2 1 3 网络测控技术发展现状2 1 4 本文的研究内容4 第二章嵌入式测控网络系统相关技术分析。5 2 1 测控网络技术5 2 1 1 工业测控网络5 2 1 2 嵌入式测控网络选型6 2 1 3c a n 总线技术7 2 2 测控网络通信协议设计8 2 2 1 通信协议格式9 2 2 2 信息帧功能扩展1 1 2 3 通信网络实时性优化1 4 2 3 1 通信网络仲裁技术分析1 4 2 3 2 通信实时性优化算法l6 2 3 2 实时调度算法仿真1 7 2 4 本章小结1 9 第三章嵌入式网络测控系统硬件设计与软件实现_ 2 0 3 1 系统硬件模块化设计。2 0 3 1 1 网络控制器的硬件结构及功能2 0 3 1 2 现场测控节点的硬件结构及功能2 1 v 广东工业大学硕士学位论文 3 2 系统功能模块软件设计2 l 3 2 1 网络控制器软件设计2 1 3 2 2 现场测控节点软件设计方案2 6 3 3 基于l a b v l e w 的上位机通信软件设计2 8 3 3 1u d p 节点功能模块2 8 3 3 2u d p 网络通信的实现2 9 3 4 本章小结31 第四章嵌入式电子轴印刷机控制系统3 2 4 1 电子轴印刷机控制系统架构o 3 2 4 2 局部控制单元的设计与实现3 3 4 2 1 局部控制单元总体电路结构3 3 4 2 2 局部控制单元程序设计思路3 4 4 4 通信程序的调试与运行3 5 4 4 1 c a n 通信程序模块化设计3 6 4 4 2 应用层通信协议的实现3 7 4 4 3 实时通信程序程序设计3 8 4 5 人机交互功能实现3 9 4 5 1 电子轴印刷机控制界面的实现3 9 4 5 2 上位机操作功能的实现4 1 4 6 本章小结。叩。4 3 结论4 4 参考文献。4 5 攻读学位期间发表的论文4 8 独创性声明4 9 | 薯c谢5 0 l f | 录5 l v i 目录 c o n t e n t s a b s t r a c t ( c h i n e s e ) i a b s t r a c t i i c o n t e n t s ( c h i n e s e ) v i ：o n t e n t s 。v i i c h a p t e r li n t r o d u c t i o n 1 1 1f o r e w o r d ：1 1 2s u b j e c ts o u r c e ，p u r p o s ea n ds i g n i f i c a n c e 2 1 3n e t w o r km e a s u r e m e n ta n dc o n t r o lt e c h n o l o g yi na p p l i e dd e v e l o p m e n t 2 1 4m a i nc o n t e n t so f t h i sp a p e r 4 c h a p t e r2r e l a t e dt e c h n o l o g ya n a l y s i so fs y s t e m 5 2 1n e t w o r km e a s u r e m e n ta n dc o n t r o lt e c h n o l o g y 5 2 1 1i n d u s t r a ln e t w o r km e a s u r e m e n ta n dc o n t r o l 一5 2 1 2s e l e c t i o no fe m b e d d e dm e a s u r e m e n ta n dc o n t r o ln e t w o r k 6 ：! 1 3c a nb u st e c h n o l o g y 7 2 2d e s i g no fc o m m u n i c a t i o np r o t o c o lo fm e a s u r e m e n ta n dc o n t r o ln e t w o r k 8 2 2 1f o r m a to fc o m m u n i c a t i o np r o t o c o l 9 2 2 2e x t e n s i o no fi n f o r m a t i o nf r a m e 。j _ 1 1 2 3r e a l - t i m eo p t i m i z a t i o no fc o m m u n i c a t i o nn e t w o r k 1 4 2 3 1a n a l y s i so f a r b i t r a t i o nt e c h n o l o g yo f c o m m u n i c a t i o nn e t w o r k 1 4 2 3 2r e a l - t i m eo p t i m i z a t i o n a l g o r i t h mo f c o m m u n i c a t i o n 1 6 2 3 2s i m u l a t i o no fr e a l t i m es c h e d u l i n ga l g o r i t h m 17 2 z ig e n e r a l i z a t i o n 19 c h a p t e r3h a r e w a r ed e s i g na n ds o f t w a r ei m p l e m e n t a t i o no fs y s t e m 2 0 ：；1m o d u l a rd e s i g no fh a r d w a r e 2 0 ：；1 1h a r d w a r ed e s i g no f n e t w o r kc o n t r o l l e r 2 0 3 1 2h a r d w a r ed e s i g no ff i e l dm e a s u r e m e n ta n dc o n t r o l ln o d e 2 1 3 2s o f t w a r ed e s i g no f f u n c t i o nm o d u l e o f s y s t e m 2 1 v i i 广东工业大学硕士学位论文 3 2 1s o f t w a r ed e s i g no f n e t w o r kc o n t r o l l e r 2 1 3 2 2s o f t w a r ed e s i g no ff i e l dm e a s u r e m e n ta n dc o n t r o l ln o d e 2 6 3 3s o f t w a r ed e s i g no fp cc o m m u n i c a t i o nb a s e do nl a b v i e w 2 8 3 3 1f u n t i o nm o d u l eo fu d pn o d e 2 8 3 3 2i m p l i m e n t a t i o no fu d pc o m m u n i c a t i o n 2 9 3 4g e n e r a l i z a t i o n 31 c h a p t e r4e m b e d d e de l e c t r o n i cs h a f tp r i n t i n gc o n t r o ls y s t e m 3 2 4 1s c h e m eo fe l e c t r o n i cs h a f tp r i n t i n gc o n t r o ls y s t e m 3 2 4 2d e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fl o c a lc o n t r o lu n i t 3 3 4 2 1t h eo v e r a l lc i r c u i ts t r u c t u r eo fl o c a lc o n t r o lu n i t 3 3 4 2 2p r o g r a m m i n gi d e ao fl o c a lc o n t r o lu n i t 3 4 4 4d e b u g g i n ga n do p e r a t i o no fc o m m u n i c a t i o np r o g r a mo fs y s t e m 3 5 4 4 1m o d u l a rd e s i g no fc a nc o m m u n i c a t i o n 3 6 4 4 2i m p l e m e n t a t i o no fc o m m u n i c a t i o np r o t o c o lo f a p p l i c a t i o nl a y e r 3 7 4 4 3r e a l - t i m es o f t w a r ed e s i g n 3 8 4 5i m p l e m e n t a t i o no fg u if u n t i o n 3 9 4 5 1i m p l i m e n t a t i o no fe l e c t r o n i cs h a f tp r i n t i n gc o n t r o ls y s t e mg u i 3 9 4 5 2i m p l i m e n t a t i o no f p cm o n i t o r i n ga n dc o n t r o li n t e r f a c e 4 1 4 6g e n e r a l i z a t i o n 4 3 c o n c l u s i o n 。 r e f e r e n c r e 4 5 p u b l i s h e dp a p e r ss t u d y i n ga n dr e s e a r c ha w a r d s 4 8 a n n o u n c eo fo r i g i n a lc r e a t i o n 4 9 a c k n o w l e d g e m e n t 5 0 a p p e n d i x 5 1 第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 嵌入式系统目前己经广泛地应用于网络通信、消费电子、工业控制、国防 等各个领域。从某种程度上说，嵌入式系统可应用于人类工作与生活的各个领 域，具有极其广阔的应用前景。 将嵌入式技术应用到测控领域可以提高测控系统的整体性能，采用嵌入式 微处理器可以提高系统的稳定性、可靠性，同时又可以降低系统的功耗和减小 体积；另一方面采用嵌入式实时操作系统可以使控制软件具有良好的实时性、 连贯性、升级性和可移植性，简化系统的开发难度和减少维护、升级的成本1 1 弓】。 通常意义上嵌入式测控系统是基于计算机的测量和控制系统，它广泛应用 于国防军事、工农业生产、生物医学、环境科学、空间探索、科研教育、建筑 及城市管理和其他商业领域，为人类社会经济发展做出了卓越的贡献。测控系 统运用计算机技术、电子技术、通信技术、传感技术等先进技术和具体的被测 对象结合起来，将采集的被测对象信号进行加工处理后结合测控系统软件执行 相应的操作完成对被测对象的控制和管理【4 】。近年来随着微计算机技术、微机电 系统( m e m s ) 、无线通信网络技术、传感技术的发展及各种技术的交叉融合， 产生了许多新的信息获取和处理模式，使得测控系统的实现方法也日新月异， 功能和可靠性也有新的提高。 随着网络技术的发展，网络化产品的应用不断增多，网络化控制系统体系 结构日益清晰，向着结构趋向简单化、大量采用成熟、开放和通用的技术方向 发展。充分利用网络设施进行网络测控，既能降低组建系统的费用，又能实现 测控设备与测控信息的共享。在网络上进行测控与数据采集，可以不必亲自到 达现场，就可以远程监测或控制过程和实验数据。这样，不但节约了人力物力， 而且实时性好。网络测控使测控跨越了空间和时间的界限，与传统仪器和测控 系统相比，这是一个质的飞跃【5 1 。以上网络技术的发展为嵌入式测控系统开辟了 广东工业大学硕士学位论文 新的实现途径和应用领域，将网络技术、传感器技术、嵌入式测控技术、微机 电系统等结合起来使得测控系统获取信息和处理模式有了新的变化。 嵌入式技术和网络技术的紧密结合，在工控领域有广泛的应用，是新一代 测控网络发展的新趋势。网络化的嵌入式测控系统可应用于很多工业监测与调 试系统以及一些智能小区的楼宇化监视系统。系统具有可移植性高、结构简单、 使用方便、功耗低、可靠性强等特点，具有广阔的应用前景。 1 2 课题来源、目的及意义 课题来源于广东省科技计划攻关项目“包装机械嵌入式数控系统设计”，该项 目由广东工业大学与广州科盛隆纸箱包装机械有限公司合作研发基于机械轴的瓦 楞纸包装机械成套设备嵌入式数控系统，项目取得了预期科研成果。本文是结合 该项目，提出了系统软硬件平台采用嵌入式技术，并且针对工业控制领域的方便 使用、安全可靠、低成本的网络化测控系统方案，重点研究嵌入式测控系统的网 络构建、通信实时性问题。 本课题研究开发面向工控领域的嵌入式网络测控系统，目的是为测控系统建 立一个规范的嵌入式软硬件公共平台。充分利用嵌入式系统的软硬件资源，在嵌 入式测控系统中接入网络功能，将处于不同位置的多台测控设备组成有机的整体， 实现数据共享和统一管理，大大提高测控系统的模块化、网络化、智能化等功能， 使其适用于不同的控制领域，如工厂自动化、楼宇自动化、城市基础设施监测、 气象监测、环境监测等。嵌入式网络测控系统结合了计算机技术、电子技术、通 信技术，其在不同行业中的具体应用，被看作技术密集，不断创新的知识集成系 统。该系统具有可移植性、互操作性、分散性、网络化、可扩展性、低成本等特 性，为用户提供了强大的联网能力、单元控制功能，同时促进系统集成化和信息 综合化。因此，本课题的设计开发和广泛应用具有重要的实际意义。 1 3 网络测控技术发展现状 网络信息技术的迅猛发展和广泛应用，使许多科学技术和生产领域发生了巨 大的变革。网络信息技术与测控技术的结合，产生了基于网络环境的测控新领域， 2 第一章绪论 两者的融合正使信息和控制两大领域的相关理论和技术得到迅速发展。工业现场 测控网络、远程智能测控、网络化分布式测控等正成为国内外研究的热点。这些 网络化测控技术的发展和广泛深入应用必将极大地改变人们的生产方式、工作方 式和生活方式，引起技术的、经济的、社会形态的变革。 网络化测控系统是在计算机网络技术、通信技术高速发展、以及对大容量 分布式测控的大量需求背景下，由单机仪器、局部的自动测控系统到全分布式 的网络化测控系统而逐步发展起来的。 目前，测控系统的设计思想明显受到计算机网络技术的影响，基于网络化、 模块化、开放性等原则，测控网络由传统的集中模式转变为分布模式，成为具 有开放性、可互操作性、分散性、网络化、智能化的测控系统【6 】。网络节点上不 仅有计算机、工作站，还有智能测控仪器仪表，测控网络将有与信息网络相似 的体系结构和通信模型。比如，目前测控中迅速发展的现场总线，它的通信模 型和o s i 模型对应，将现场的智能仪表和装置作为节点，通过网络将节点同控 制室内的仪器仪表和控制装置连成有机的测控系统【j 7 1 。测控网络的功能将远远大 于系统中各独立个体功能的总和，结果是测控系统的功能显著增强，应用领域 及范围明显扩大。 随着以i n t e m e t 为代表的计算机网络的迅速发展及相关技术的日益完善，突 破了传统通信方式的时空限制和地域障碍，使更大范围内的通信变得十分容易， i n t e m e t 拥有的硬件和软件资源正在越来越多的领域中得到应用，比如远程数据 采集与控制、高档测量仪器设备资源的远程实时调用、远程设备故障诊断等。 与此同时，高性能、高可靠性、低成本的网关、路由器、中继器及网络接口芯 片等网络互联设备的不断进步，又方便了i n t e m e t 、不同类型测控网络及企业网 络间的互联。利用现有i n t e m e t 资源而不需要建立专门的拓扑网络，使组建测控 网络、企业内部网络及它们与i n t e m e t 的互联都十分方便，这就为测控网络的普 遍建立和广泛应用铺平了道路。 把t c p i p 协议作为一种嵌入式的应用，嵌入现场智能仪器( 主要是传感器) 的r o m 中，使信号的收、发以t c p i p 方式进行，如此，测控系统在数据采集、 信息发布、系统集成等方面都以企业内部网络( i n t r a n e t ) 为依托，将测控网和企 业内部网及i n t e m e t 互联，便于实现测控网和信息网的统一【8 - 9 1 。 在这样构成的测控网络中，传统仪器设备充当着网络中独立节点的角色， 广东工业大学硕士学位论文 信息可跨越网络传输至所及的任何领域，实时、动态的在线测控成为现实，将 这样的测控技术与过去的测控技术相比不难发现，今天的测控节约大量现场布 线、扩大测控系统所及地域范围。在这种现代测控任务的执行和完成过程中， 网络发挥了不可替代的关键作用，即网络实实在在地介入了现代测量与测控的 全过程，使得测控系统易于扩展和维护。 1 4 本文的研究内容 本文的主要研究内容包括：首先在分析现有网络测控技术的基础上，利用嵌 入式技术的普及和优势，研究面向工业控制领域的嵌入式网络测控系统的实现； 其次研究嵌入式网络测控系统的网络平台构建方式及通信机制；最后探讨如何实 现基于嵌入式网络测控系统的电子轴印刷机。研究内容分为四章，分别从理论和 实际应用的角度对课题的重点难点及实现方法进行了深入分析。主要的内容包括 以下几个部分： 第一章绪论。介绍了课题研究的来源、目的及意义，网络测控技术的发展 现状。对嵌入式系统技术、测控网络技术及应用作了简单的介绍，在这基础上 介绍了本课题的主要内容。 第二章嵌入式网络测控系统相关技术分析。对构建嵌入式网络测控系统的 技术进行分析，主要包括测控网络的选型、测控网络通信协议的制定、测控网 络实时性优化解决算法。 第三章嵌入式网络测控系统硬件设计与软件实现。硬件方面介绍了网络控 制器、现场测控节点的硬件结构和实现的功能。软件设计方面主要有以太网软 件设计、嵌入式图形用户界面及基于l a b v i e w 的上位机通信软件设计。 第四章嵌入式电子轴印刷机控制系统。介绍了嵌入式网络测控系统在电子 轴印刷机中的应用，主要内容有印刷机局部控制单元硬件及软件总体设计、现 场测控节点功能函数模块、系统通信程序设计、人机交互界面设计。给出了系 统的实际运行结果。 最后对本文的工作进行了总结，并对进一步工作进行了展望。 4 第二章嵌入式测控网络系统相关技术分析 第二章嵌入式测控网络系统相关技术分析 2 1 测控网络技术 2 1 1 工业测控网络 计算机网络是通过数据通信系统把地理上分散的、具有独立处理能力的计算 机系统连接起来，达到数据通信和资源共享目的；是计算机技术和通信技术密切 结合的产物【1 0 】。目前由于网络技术及仪器硬件技术的飞速发展，任何一台仪器只 要具有必要的通信能力就可以接入网络中。 虽然网络类型的划分标准各种各样，从地理范围划分可以把网络类型划分 为局域网和远程网。虽然远程网传输距离远，但成本较高，且传输速率低。局 域网传输距离没远程网远，但其传输速率高、误码率低，可以满足一般的工业 测控需求。工业测控网络一般是以控制设备和生产过程为特征的计算机网络系 统，它体现了测控系统向网络化、集成化、分布化、节点智能化发展的趋势。 工业测控网络特别强调可靠性和实时性，所以应用于测控的数据通信不同于一 般信息网络通信。 现阶段工业测控网络技术主要包括现场总线技术和工业以太网技术。分布 式计算机控制技术由于其与现场信号联系主要采用的是模拟方式，因而不能纳 入工业测控网络技术范畴。 由于现场总线系统节省硬件数量与投资、节省安装费用、节约维护开销、 用户具有高度的系统集成主动权、设计简单、易于重构等优点，广泛地应用于 工业测控领域。目前，国内外比较流行的几种现场总线是：c a n ，l o n w o r k s ， p r o f i b u s ，f f 等，它们各自占有一定的市场份额，在一些特定的应用领域显示了 自己的优势。 c a n 是控制器局域( c o n t r o l l e ra r e an e t w o r k ) 的简称，最早由德国b o s c h 公 司推出，用于汽车内部测量与执行部件之间的数据通信，由于得至l j p h i l i p ，i n t e l ， 广东工业大学硕士学位论文 m o t o r o l a ，n e c 等公司的支持，广泛应用在离散控制领域。l o n w o r k s 是局部操作网 络( l o c a lo p e r a t i n gn e t w o r k ) 的简称，主要应用于楼宇自动化、交通运输和工业过 程控制等行业。p r o f i b u s 是p r o c e s sf i e l d b u s 的简称，f l j p r o f i b u s d p ，p r o f i b u s f m s ， p r o f i b u s p a 组成，其中d p 型用于分散外设间的高速数据传输，适合于加工自动化 领域；f m s 意为现场信息规范，适用于楼宇自动化、p l c 等；p a 则适用于过程自 动化。f f 是基金会现场总线( f o u n d a t i o nf i e l d b u s ) 的简称，具有较好的互操作性， 但其产品的使用相对用户而言比较复杂，主要应用于石油化工、工业过程控制中 的仪表【1 1 j 。 2 1 2 嵌入式测控网络选型 在设计嵌入式系统，尤其是分布式嵌入式系统时，解决好系统各单元间可靠、 有效的通信是系统设计成败的关键，对实时性和安全可靠性要求高的网络而言就 更是如此。解决这一问题有多种方案，如r s 2 3 2 4 8 5 串行总线、c a n 、p r o f i t b u s 、 f f 、w o r l d f i p 、l o n w o r k s 等各类型的现场总线，还有嵌入式以太网等。其中，尽 管r s 4 8 5 串行总线协议的性能不高，但由于其在硬件成本以及开发简便性上的巨 大优势，目前仍然是国内广泛的总线应用。 随着嵌入式系统应用的发展，r s 4 8 5 性能上的不足逐渐显露