DNC系统嵌入式串口服务器的研究与开发

发布时间：2020-09-01 11:38

　　随着计算机技术、网络技术在工业生产中的日益普遍应用,数控加工的网络化、集成化已成为必然的趋势。分布式数控(Distributed Numerical Control,DNC)是实现网络化、集成化数控加工的主要手段之一。在我国的制造业中,只具备串行接口的数控机床占有相当大的比例。此类设备的DNC系统目前多采用通用串口服务器来实现各种串行协议和TCP/IP协议的转换,不能真正有效地对车间中异构数控系统的信息进行集成,这为网络化DNC系统的开发和维护带来了一定困难。本文结合嵌入式技术和以太网技术,给出了基于嵌入式方法的网络化DNC系统构建方案,并自主开发了经济型嵌入式串口服务器。该服务器是由32位微处理器和嵌入式实时操作系统构成,并通过制定适用于数控机床在线加工的数据传输机制来进一步实现嵌入式串口服务器的多任务内核设计。通过向操作系统植入简化了的TCP/IP协议栈和嵌入式Web服务器,使得该服务器不仅实现了数控机床串行协议和TCP/IP协议的转换,还实现了对数控加工的网络化监测和控制,从而达到数控机床和上层管理软件较全面的信息交流。在此基础上,本文还对基于多线程技术的DNC服务器通信程序的设计方法进行了简要阐述,利用Socket和多线程技术实现了DNC服务器与多台串口服务器的连接与通信研究。最后通过实验测试证明了嵌入式串口服务器软硬件设计的合理性,以及所采用的数据传输机制的可靠性。
【学位单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2007
【中图分类】：TP368.5
【部分图文】：

拓扑结构图,DNC系统,拓扑结构

在每台数控设备上安装一台单串口设备服务器，将串行接口直接转换成以太网口，实现任意数控设备与以太网的联接，在企业局域网内的任意一台计算机都可以直接控制该网络的任意一台机床。网络拓扑结构如图2.5所示，此方案的优点是：1）灵活性好，机床设备可以按照需要任意分组，由不同的计算机控制不同数量的机床。2）可靠性高，采用星型连接方式构建的DNC网络，即便网络中的一台单串口服务器出现故障，影响的只是与该服务器相连的数控机床，其他数控控机床依然正常运行。3）可通过Internet进行远程监测和控制，实现数控加工信息的共享和优化，提高数控机床的利用率。图2.5 网络化DNC系统的拓扑结构在图2.5所示的结构中，用户无法直接操作加工车间的数控机床，但可以把加工信息通过网络提交给DNC服务器

硬件结构图,实体图,嵌入式,串口

21图3.2 串口服务器硬件结构图3.3 嵌入式串口服务器实体图3.2.1 LPC2220微控制器LPC2220微控制器是基于一个支持实时仿真和嵌入跟踪的32/16位ARM7TDMI-SCPU，由于LPC2220的144脚封装、极低的功耗、多个32位定时器、8路10位ADC、PWM输出以及多达9个外部中断管脚使它们特别适用于工业控制、医11.0592MHZ有源晶振RTL8019以太网控制器LPC2220（ARM7）RS232驱动器外部复位Flash

复位电路,串口,服务器

板面积、过多过长的引脚容易引入射频干扰，功耗大也是很多应用难以接受。而集成电路能很好的解决此类问题。图3.4 串口服务器的复位电路图在图3.4中，信号nRST连接到LPC2220芯片的复位脚RESET，信号nTRST连接到LPC2220芯片内部JTAG接口电路的复位脚TRST。当复位键RST按下时，ADM708S立即输出复位信号，其引脚RST输出低电平导致74HC125导通，信号nRST和nTRST将输出低电平使系统复位。平时ADM708S的RST输出高电平，74HC125截止，有上拉电阻R3和R4将信号nRST和nTRST上拉为高点平

【引证文献】