基于PROFINET通信协议的IO设备研究

发布时间：2017-08-03 23:27

  本文关键词：基于PROFINET通信协议的IO设备研究

  更多相关文章： PROFINET IO 增量式编码器 信号处理 变M/T法 eCos操作系统

【摘要】：随着增量式编码器的广泛应用,以及PROFINET实时以太网在工业控制领域中的兴起,研究带有PROFINET通讯接口的编码器具有十分重要的意义。本文将编码器信号处理和PROFINET通讯进行整合,设计出具有PROFINET通讯接口的IO设备,该设备能够实现对电机转速、位置和方向的测量。研究提高PROFINET通信实时性的实现方法,并给出了RT和IRT数据传输时间的计算方法。在比较了几种转速测量的方法后,选择使用变M/T法对转速进行测量。根据IO设备的功能需求,完成了PROFINET IO设备的硬件设计,包括以ERTEC200为核心的通讯接口模块、信号调理模块以及电源模块等,并对各模块的电路原理图进行了说明。阐述了eCos操作系统移植的一般步骤以及PROFINET IO协议栈的基本结构。完成了编码器信号处理模块的设计,利用Verilog HDL语言实现了四倍频鉴相、位置计数、变M/T法测速以及A/D采样等功能。搭建起PROFINET IO设备测试的硬件平台,使用SignalTap Ⅱ、Wireshark以及监控软件对IO设备进行了测试。测试结果表明,10设备能够通过PROFINET通信协议获得转速、位置和方向信息,达到了预期的目标。
【关键词】：PROFINET IO 增量式编码器 信号处理 变M/T法 eCos操作系统
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN915.0
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-16
• 第一章 绪论16-21
• 1.1 选题的背景与意义16-17
• 1.2 PROFINET实时以太网17-18
• 1.2.1 PROFINET实时以太网的优势17-18
• 1.2.2 PROFINET的组成18
• 1.3 国内外发展现状18-19
• 1.4 论文的主要研究内容及章节安排19-21
• 第二章 PROFINET IO设备设计理论基础21-34
• 2.1 PROFINET IO通信的设备类型21
• 2.2 PROFINET实时通信21-24
• 2.2.1 优化网络结构21-23
• 2.2.2 快速转发23
• 2.2.3 传输时间通道23-24
• 2.3 PROFINET通信帧24-25
• 2.3.1 UDP/IP帧结构24-25
• 2.3.2 RT帧结构25
• 2.3.3 IRT帧结构25
• 2.4 传输时间25-27
• 2.4.1 RT传输时间分析26-27
• 2.4.2 IRT传输时间分析27
• 2.5 几种常见转速测量方法27-31
• 2.5.1 T法测速27-28
• 2.5.2 M法测速28-29
• 2.5.3 M/T法测速29-30
• 2.5.4 变M/T法测速30-31
• 2.6 四倍频鉴相31-32
• 2.7 本章总结32-34
• 第三章 PROFINET IO设备硬件设计34-48
• 3.1 功能分析34-35
• 3.2 PROFINET通信模块设计35-37
• 3.2.1 ERTEC200的性能特点35-36
• 3.2.2 PROFINET通讯接口36-37
• 3.3 信号调理模块设计37-38
• 3.4 其他硬件电路设计38-45
• 3.4.1 电源电路设计38-39
• 3.4.2 晶振电路设计39
• 3.4.3 复位电路设计39-40
• 3.4.4 存储电路设计40-43
• 3.4.5 RS232通讯接口设计43-44
• 3.4.6 JTAG电路设计44-45
• 3.5 抗干扰性设计45-47
• 3.5.1 阻抗匹配45-46
• 3.5.2 差分布线46
• 3.5.3 其他提高信号抗干扰性的设计46-47
• 3.6 本章总结47-48
• 第四章 PROFINET IO设备软件设计48-64
• 4.1 eCos嵌入式操作系统48-49
• 4.1.1 eCos的核心组件49
• 4.2 eCos及PROFINET IO协议栈的移植49-52
• 4.2.1 eCos的移植49-50
• 4.2.2 PROFINET IO协议栈50-52
• 4.3 编码器信号处理模块52-60
• 4.3.1 接口处理模块52-54
• 4.3.2 四倍频鉴相模块54-56
• 4.3.3 位置计数模块56-57
• 4.3.4 A/D采样模块57-59
• 4.3.5 变M/T法测速模块59-60
• 4.4 应用程序设计60-62
• 4.4.1 系统初始化60-61
• 4.4.2 数据的采集和交换61-62
• 4.5 本章总结62-64
• 第五章 PROFINET IO设备测试64-70
• 5.1 测试条件及平台的搭建64-65
• 5.2 编码器信号处理模块测试65-66
• 5.2.1 编码器信号处理模块测试步骤65
• 5.2.2 编码器信号处理模块测试结果分析65-66
• 5.3 PROFINET通讯模块测试66-68
• 5.3.1 PROFINET通讯模块测试步骤67
• 5.3.2 PROFINET通讯模块测试结果分析67-68
• 5.4 PROFINET IO设备测试68-69
• 5.5 本章总结69-70
• 第六章 总结与展望70-72
• 6.1 研究内容总结70
• 6.2 工作展望70-72
• 参考文献72-75
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况75

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