外文翻译译文-嵌入式单片机网络测控系统的设计

中 北 大 学 毕 业 设 计 外 文 文 献 译 文第 1 页 共 8 页嵌入式单片机网络测控系统的设计摘要：本文介绍了一种基于以太网的嵌入式单片机网络测控系统，该系统采用高速8052 内核单片机，通过以太网控制专用芯片来实现了的 TCPIP 协议功能。由于该系统可以作为一个独立的系统，任何一个连网的计算机都可以控制该系统或通过标准的 TCP / IP 协议给该系统传输命令和数据。该系统装备有数字温度传感器，它可用于工业领域的温度测量并将结果发送到计算机通过网络，然后得到温度曲线。该传感器的测量和控制范围均为-10 125，精度为 1，分辨率可以达到0.1。该系统具有许多优点，如结构简单，普及范围广，连接网络，使用灵活，成本低廉等优点。它可以应用于各种的智能传感器并具有很好的扩展能力，还可用于远程数据采集，远程测量和控制等领域。关键词：嵌入式单片机网络测量和控制系统，以太网，系统参数，数字温度传感器中 北 大 学 毕 业 设 计 外 文 文 献 译 文第 2 页 共 8 页1 引言该测控系统的发展历史经历了一下六个阶段。 （1）传统的控制系统由单片机，PC 或 IPC 组成。 （2）基于 PC 总线的测控系统。 （3）分布式控制系统（DCS） 。（4）基于网络的 DCS 系统。 （5）HART 总线 它是通过 2 线 4mA20mA 标准信号，是使用智能现场设备和自动化控制设备之间一种现场总线。 （6）自 20 世纪 90年代以来，随着互联网的快速发展，这使得更迅速，更方便，更经济的获取和交换信息成为可能。因此，测控系统可以成为全球网络的客户端。目前，基于互联网的远程控制系统正驱动着测量和控制技术的发展，并且该系统已应用于核电站监控，石油运输管道，电力网络的运行和机器人这些领域。基于互联网远程控制系统有快速信息传递，互动性强，成本低的优点，而且它可以实现数据的共享。现有的网络控制设备大多调制解调器芯片通过通过电话网络使用 PPP 协议拨号到互联网或专用网络。虽然这种方法可以实现网络控制和数据传输，但对电话的依赖其使用成本的显着增加。此外，因为的电话网络的限制，传输速度不会超过几百 kbps（通常只有几十 kbps 或更低） ，这对于大量的数据的传输来说是不足够的。因此，基于以太网的网络测控技术显得越来越重要。以太网是一种由 IEEE - 802.3 定义广泛使用的局域网标准，通常以双绞线电缆或光纤作为传输介质，它可以支持 10Mbps， 100Mbps，千兆带宽，其特点是价格低，技术成熟，应用灵活。2 嵌入式单片机网络系统的设计方案一种基于以太网的嵌入式单片机网络测控系统，采用具有 8052 内核的高速单片机，通过对专用以太网芯片 RTL8019AS 的控制，在以太网上实现了 TCP/IP 中常用的 ARP、IP、ICMP、UDP 等协议的部分功能。它完全可作为以太网的一个独立系统，网络上的任何一台计算机都可通过标准的 TCP/IP 协议对其进行控制，在它们直径传输命令或数据。该系统在功能上有以下特定：结构简单，使用灵活；成本低，便于大规模及多通路应用；适配性强，可配合多种系统设备使用；Internet 进行通信。该系统采用串口作为与数据采集部分的接口，适配多种智能中 北 大 学 毕 业 设 计 外 文 文 献 译 文第 3 页 共 8 页传感器并具有较强的扩张能力，可防范用于远程数据采集、远程测控等领域。嵌入式单片机网络系统的电路宽途和系统的程序流程图分别如图 1、图 2 所示。 为了在单片机上实现标准的 TCP/IP 协议，在电路设计上采用了华邦公司生产的 W78E58 单片机作为主控芯片。W78E58 单片机能满足以下三个条件：第一，与 MCS-51 系列单片机兼容；第二，内部有较大的程序存储空间(32KB),免去了因程序过大而无法写入的后顾之忧；第三，运行速度快(最高时钟频率可达 40MHz)。以 W78E58 为核心，沿着数据传递的方向向向两侧延伸，可以构成两个主要的功能模块：一是从 W78E58 的 P0 和 P2 口，对以太网接口芯片卡及 32KB 的外部KAM(62256)。进行读、写操作或控制。这样从网络上发送来的传感器(或控制器)的数据或控制型号首先被以太网芯片接受，再送至 W78E58 单片机进行处理，然后从串行口输出到 89C51 单片机，89C51 单片机将其打包成标准的 TCP/IP 数据包，再发送到远程主机。为使网络系统能与不同的传感器及网上主机相匹配，还外接一片 2Kbit 的闪速存储器 AT24C02，用来存放 IP 地址、端口、串行口设置等系统参数。图 1 嵌入式单片机网络系统的电路框图在串口的两条数据线上接上了两只发光二级管，用来指示串口是否有数据。中 北 大 学 毕 业 设 计 外 文 文 献 译 文第 4 页 共 8 页图 2 系统的程序流程图3 嵌入式单片机网络系统的电路设计网络传感器采用美国 DALLAS 公司最新推出的 DS1821 型单线可编程数字温度传感器。单片机选用单片机完全兼容，内含 4KBFlash 程序存储器，可方便地将程序写入芯片中，不用外扩程序存储器。为了能和嵌入式单片机网络系统相配合，现通过串行口输入控制命令、数据，输出温度及状态值。串口电平转换芯片选择MAXIM 公司的 MAX232.DS1821 有两种工作模式：单线模式和自动控温模式。选择单线模式适合构成数字温度计或测温系统；若选用自控模式，用户就必须预先对芯片进行编程后才中 北 大 学 毕 业 设 计 外 文 文 献 译 文第 5 页 共 8 页能构成温控系统。两种工作模式可互相转换。利用 AT89C51 单片机把串行口发来的控制命令、数据转换成 DS1821 可以识别的单线信号，再发送到 DS1821，对其进行编程控制，将 DS1821 以单线访问的第状态值或温度值进行识别转换，最后从串行口发送出去。W78E58 单片机采用 22.1184MHz 的石英晶体振荡器，电路如图 3 所示。上电复位电路由 C1 和 R3 组成。预置开关 S1-1 用于设定系统上电时进入设置状态还是正常工作状态。P1.5 接网卡的复位引脚，用于对网卡进行复位。图 3 W78E58 单片机的电路图RAM 存储器 62256 使用典型的接法与单片机相连,74HC373 用于对地址的低 8中 北 大 学 毕 业 设 计 外 文 文 献 译 文第 6 页 共 8 页位进行锁存。62256 的地址为 0x0000 0x7FFF。外部存储器 AT24C02 的SDA、SCL 分别与单片机的 P1.7、P1.6 口线相连,通过软件在 P1.6、P1.7 口线上模拟出2C 总线的时序,对 AT24C02 进行读、写操作,写保护端 Wb 固定接低电平,不对其进行写保护。将 A0、A1、A2 端都接地时,读、写地址分别为:0xA1、0xA0。串行接口芯片 MAX232 的 CPUTXD、CPURXD 引脚, 分别接单片机的 TXD、RXD 引脚。该系统可使用任何一种与 NE2000 兼容的 ISA 接口网卡。新网卡可在计算机上用其自带的设置程序进行基本设置,以满足嵌入式网络系统的要求。具体操作步骤如下:进入 MSDOS 操作系统, 运行网卡设置程序。选择“YES”退出网卡设置程序, 使所有设置生效。把该网卡从计算机上拔下, 插入系统板即可使用。按照表 1 对网卡进行设置。4 系统参数的自定义设置网络系统提供了初始化参数的自定义功能,用户只需使用 Windows 操作系统自带的“超级系统”工具, 即可灵活、方便地对系统的各项初始化参数进行合理设置。首先,将系统的串行口连接到计算机的一个串行口,这里选择 COM2。从“开始”菜单起,依次选择“程疗”“附件”“通信”,启动超级系统,就会出现一个“连接说明”的对话框, 等待输入一个连接名, 这里输入“setup”并点击“确定”。在随后出现的“连接到”窗口的“连接时使用”栏目上,选择系统与计算机相连的串口 COM2 并点击“确定” 。然后对 COM2 的通信参数进行设置,在“COM2 属性”设置窗口中进行设置。点击“确定”后即可进入超级系统的主界面。5 网络传感系统的程序设计要点及应用单片机通过时序(亦称“时间片”)来写入或读出 DS1821 中的数据。时序用于传输数据位和指定进行何种操作的命令字。5.1 写时序单片机把 I/O 线(即单线总线：亦称数据线) 从高电平拉成低电平时, 作为一个写周期的开始。写时序包括两种类型:写 1 时序,写 0 时序。写 1 或写 0 时序时至少要保持 60s, 在两个写周期之间至少要有 1s 的恢复期。中 北 大 学 毕 业 设 计 外 文 文 献 译 文第 7 页 共 8 页图 4 读 写时序波形图 写时序#读时序DS1821 在 I/O 线变为低电平后的 15s60s 的时间内进行采样。若 I / O线为高电平,即认为写入了一位 1;若 I/O 线为低电平,即认为写入了一位 0。写时序的波形如图 4a 所示。单片机在开始写 1 周期时,必须将 I/O 线拉成低电平,然后再释放,15s 内将 I/O 线拉成高电平。单片机在开始写 0 周期时,也应将 I/O 线拉成低电平,并保持 60s 的时间。5.2 读时序当单片机将 I / O 线从高电平拉成低电平时, 就作为一个读周期的开始, 并且 I / O 线保持低电平的时间至少为 1s。DS1821 的输出数据在读时序下降沿过后的 15s 内有效。在此期间, 单片机应释放 I /O 线, 使之处于输入状态以便读取数据。经过 15s 后读时序结束, I / O 线经外部上拉电阻又变成高电平。读取一位数据至少需要 60s 时间, 并且在两位数据之间至少要有 1s 的恢复期。读时序的波形如图 4b 所示。使用上述温控系统测量某工业现场温度, 然后通过网络传输给计算机, 最终获得的温度曲线如图 5 所示。该系统的测温范围与控温范围均为- 10+125, 测温误差为1, 分辨力