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嵌入式串口联网服务器的设计与实现

发布时间:2018-08-07 14:39
【摘要】:在工业控制系统中,串行通信简单、可靠、易于实现,而且具有很好的数据传输能力,因而广泛用于工业控制系统设备中。但是,这类设备常常采用集中的管理方式,并不易扩展。随着互联网的发展和广泛普及,工业领域的控制模式也发生了巨大的变化,工业控制系统正在日趋网络化和分散化。于是将工业控制中的设备通过以太网组成分布式的工业控制网络系统成为了必然趋势。 要将现场控制网络和信息网络相连,只需要解决由于现场控制网络上的通信协议和信息网络上的通信协议的不同而引起的协议转换问题,就可以将传统串行链路上的数据传输到信息网络上,而不需要淘汰原有的设备,如此可以提高原有设备利用率,节约成本,还可以在已有网络的基础上最大化的简化布线的复杂度。 本文根据工控环境的需要,设计了低成本的嵌入式串口联网服务器,实现串口数据流与以太网数据帧之间的转换,使分散于工控现场的串口设备接入以太网,以实现工业监控中对数据采集、传输及设备控制的分布式智能管理。 本文介绍了串口联网服务器的意义和作用,实现了基于ARM Cortex-M3构架的32位高性能、低成本微处理器LM3S6911、开源的嵌入式实时操作系统Rt-Thread及开源的Lwip协议的串口联网服务器的完整设计,并且开发了上位机配置软件。 本设计主要包括三个部分: 1)根据工控环境特点,选用低功耗、高性能的嵌入式处理器LM3S6911,该处理器结合了10/100Mbps以太网媒体访问控制(MAC)以及物理层(PHY),使得本设计可以实现单芯片的解决方案。 2)在移植嵌入式实时操作系统Rt-Thread和嵌入式TCP/IP协议栈Lwip的基础上,开发了数据交换程序和各接口之间的通信程序。 3)在windows平台上,开发实现了可供用户对串口联网服务器进行配置的上位机软件。 最后给出了功能及性能测试结果。 本文设计的工业串口联网服务器具有体积小、性能高、操作简单、成本低等优点,适用于工控环境,满足实际需求。
[Abstract]:In the industrial control system, the serial communication is simple, reliable, easy to realize, and has good data transmission ability, so it is widely used in industrial control system equipment. However, such devices are often managed centrally and are not easily scalable. With the development and popularization of the Internet, the control mode in the industrial field has changed greatly, and the industrial control system is becoming more and more networked and decentralized. Therefore, it is an inevitable trend to form a distributed industrial control network system by Ethernet. To connect the field control network with the information network, we only need to solve the problem of protocol conversion caused by the difference between the communication protocol on the field control network and the communication protocol on the information network. The data on the traditional serial link can be transmitted to the information network without the need to eliminate the original equipment, which can improve the utilization rate of the original equipment and save the cost. It can also maximize the complexity of simplified routing on the basis of existing networks. According to the need of industrial control environment, a low-cost embedded serial port network server is designed in this paper to realize the conversion between serial data stream and Ethernet data frame, so that the serial port devices scattered in industrial control field can connect to Ethernet. In order to realize the distributed intelligent management of data acquisition, transmission and equipment control in industrial monitoring. This paper introduces the significance and function of serial port network server, and realizes the complete design of 32 bits high performance, low cost microprocessor LM3S6911, open source embedded real time operating system Rt-Thread and open source Lwip protocol serial port network server based on ARM Cortex-M3 architecture. And developed the upper computer configuration software. This design mainly includes three parts: 1) according to the characteristics of industrial control environment, select low power consumption, The high performance embedded processor LM3S6911, which combines 10/100Mbps Ethernet media access control (MAC) and physical layer (PHY), enables this design to implement a single-chip solution. 2) porting embedded real-time operating system Based on Rt-Thread and embedded TCP/IP protocol stack Lwip, The data exchange program and the communication program between the interfaces are developed. 3) on the windows platform, the upper computer software which can be configured for the serial port network server is developed. Finally, the test results of function and performance are given. The industrial serial port network server designed in this paper has the advantages of small volume, high performance, simple operation and low cost. It is suitable for industrial control environment and meets the actual demand.
【学位授予单位】:安徽大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TP368.1;TP273

【参考文献】

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本文编号:2170344


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