基于UIP协议栈的磁熵变测量数据的传输设计

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磁熵变是衡量磁制冷材料性能的重要指标，它是指转变磁场后磁熵的改变值[1?3]。磁测量的详细方法是测量来自仪器的关于磁场强度H和磁化强度M的两个微分电压和一个探头所处的温度值。现将磁场强度H和磁化强度M的电压微分值传到上位机，上位机通过算法对其进行积分计算。本设计采纳的传输方式基于UIP协议栈，具有代码少，占用内存少，方便阅读和移植，支持多个主动链接和被动连接并发等优点，并且其硬件处理层、协议栈层和应用层共用一个全局缓存区，极大地节约了空间和时间。

1系统总体设计

整个系统由探测源和磁扮装置，信号放大电路，单片机系统，显示部分和上位机软件组成。系统总构成如图1所示。磁扮装置磁化探测源，探测源将信号发出，信号经过处理后由单片机系统采集，单片机一方面通过SPI通信将采集的电压和当前金属的温度以数字的方式显示在LCD上，直观地显示磁感应强度的强弱，另一方面通过通过UIP协议栈与上位机进行通信。

图1系统构成

2磁熵变的信号采集

2.1磁熵变的测量原理与信号采集

本试验测量的金属选用钆。磁化金属钆的仪器，内部绕有大量线圈，上电后，通过扫描电源在适当的时间掌握电压的改变，改变范围为0～5V，每隔约5s电压值上升100mV，如图2所示，这样产生的磁场就会发生跃变。另一个装置有两个凹槽，一个装有金属钆，另一个不装。线圈磁化金属钆，钆就会在电压上升的一瞬间磁感应强度增大，磁通量上升，产生感应电动势，两个圆孔凹槽的电压经过信号处理电路，经放大后电压瞬时值可达到2mV左右，此时ADC就可以采集试验数据。

图2磁化仪器电压掌握

2.2基于UIP协议栈的数据的传递

UIP通过一系列的函数实现与底层硬件和高层应用程序的通信，对于整个系统来说它内部的协议组是透亮的，从而增加了协议的通用性[4]。本文以太网芯片为ENC28J60。该芯片支持全双工和半双工模式，带有最高速度可达10Mb/s的SPI接口，采纳可编程8KB双端口SRAM缓冲器，支持单播、组播和广播数据包，可以实现占位小、成本低、更加精简的网络应用系统[5]。

2.3以太网芯片与微掌握器接口电路设计

ENC28J60与微掌握器的硬件电路连接如图3所示，其连接可以实现半双工通信。微掌握器运用的是ST公司的STM32C8T6，其运行速度快，性能高。本系统选择选用STM32微处理器可以在-40～85℃的温度范围内工作，而且体积小，稳定性强[6]。ENC28J60与STM32连接，二者通过SPI通信。

图3以太网芯片与微掌握器的接口电路

3系统软件设计

3.1单片机系统总流程

系统上电后，首先进行系统初始化，包括I/O初始化、时钟初始化、SPI初始化、UIP初始化以及开中断、定时器，单片机采集电压数据后进行滤波，然后通过移植的UIP协议将数据发送到上位机，流程如图4所示。

3.2上位机系统流程

系统上电后首先进行系统的初始化，然后开始接收数据包，分析接收到的数据包，与下位机一起进行校验位计算，当错误涌现时上位机就会有相应的提示，假设有数据而且数据正确，那么提取测量数据，用示波器实时显示测量数据，并且实时存储测量数据。部分代码如下：

服务端：

IPAddressip=newIPAddress(newbyte[]{127，1，1，1});

TcpListenerserver=newTcpListener(ip，8005);

server.Start();//服务端启动侦听

TcpClientclient=server.AcceptTcpClient();

//接受发起连接对象的同步方法

Console.WriteLine(收到客户端连接恳求)

客户端：

IPAddressip=IPAddress.Parse(127.1.1.1);

TcpClientclient=newTcpClient();

client.Connect(ip，8005);

//8005端口号，需要与服务端给定的端口号全都

连接后，客户端要发送数据给服务端：

NetworkStreamdataStream=client.GetStream();

stringmsg=服务端亲启!;

byte[]buffer=Encoding.default.getBytes(msg);

stream.write(buffer，0，buffer.length);

服务端拆包：

NetworkStreamdataStream=client.GetStream();

byte[]buffer=newbyte[8192];

intdataSize=dataStream.Read(buffer，0，8192);

Console.write(Encoding.default.GetString(buffer，0，dataSize));

图4单片机系统流程

4测试结果及分析

给仪器一个改变的电流，大约经过3s磁场改变结束，把这3s内的电压做积分也就是求与时间轴交汇的'面积就是对应的H值，如图5所示，依次累加就对应着各自状态下的H值。

该区域的面积S就是该时刻的金属钆的H值，在此把它设为S1，设下一个阶梯到时面积为S2，此时的H2=S2+S1，依次类推，Hn=S1+S2+…+Sn。这是金属钆的H值，另一个没有金属钆凹槽测量出来的是M值，同样，Mn=S1+S2+…+Sn。然后再通过水冷盒转变金属钆的温度就可以测出在不同温度下金属钆的磁熵，计算公式如下：

[ΔS=H2H1?M?THdH;ΔS=i=1n?M?THΔH]

图6是通过以上的测量给出的H，M曲线，图7为磁