基于现场总线的远程数据交换系统研究

摘要

随着控制、计算机、通信、网络等技术的发展，信息交换应用的领域正在迅速覆盖从工厂的现场设备到中央控制、管理的各个层次。管理者对设备运行情况进行实时、动态(包括远程)的数据交换变得越来越迫切。 在远程数据交换的实现上，本课题重点研究了CAN总线和以太网的通信机理，采用高性能微控器设计了透明化嵌入式网关，并用软件方法实现网络协议。具体应用中选用SX52微控制器作为处理器，以太网驱动芯片RTL8019AS经耦合隔离滤波器HR61101G和RJ45接口接入以太网。为企业管理层和工业控制层之间的数据交换提供了可靠的平台。 本课题的通信程序实现过程中主要是TCP/IP协议和CAN现场总线协议的转换。课题中采用Brower/Server(简称B/S)开发模式。但是因为SX单片机的资源有限，在用单片机搭建的服务器上编程实现实时动态数据的浏览任务较重。在服务器端运行程序，速度也受到限制，加上网页界面或程序结构的单方面调整都将导致整个系统全盘修改，系统的灵活性与可扩展性差。在设计中，如果仅仅采用B/S访问方式，其功能是难以完全完成的。为克服传统B/S访问模式的弊端，做了以下两点改进： 1．采用套接字编程，实现部分服务器程序在客户端运行，在客户端浏览器实现动态网页显示实时数据。 2．不再将HTML语言写入汇编程序，在浏览器端解压成网页，而是利用嵌入式Web服务器扩展的EEPROM24C256与SX52相连，用来存储要浏览的Web文件。当浏览器与Web服务器交互时，利用HTTP协议通过统一资源定位器URL来确定Web服务器应该为浏览器提供哪些资源。

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第一章绪论

1.1课题研究的背景和目的

1.2目前国内外发展现状

1.3课题的主要工作

第二章现场总线通信模型

2.1总线系统的拓扑结构

2.2控制网络参考模型

2.3 PROFIBUS总线

2.3.1 PROFIBUS几个版本

2.3.2 PROFIBUS的协议结构

2.4 WORLDFIP现场总线

2.5控制器局域网(CAN)总线

2.5.1 CAN现场总线协议规则

2.5.2 CAN2.0B协议中信息格式的定义

2.5.2信息的滤波、确认及编码

2.5.3错误处理

2.5.4故障分离

2.5.5位周期

2.5.6 CAN现场总线的技术特点

2.5.7 CAN总线的可靠性分析

2.6以太网技术

2.6.1以太网协议

2.6.2以太网体系结构

2.6.3以太网技术和现场总线技术比较

2.9 小结

第三章网络互连技术

3.1网络互连的层次

3.2网络互连的设备

3.3 CAN总线技术与太网技术的结合

3.4网关的组成以及协议模型

3.4.1数据网关的设计

3.4.2数据服务器

3.5小结

第四章嵌入式网关的软硬件设计

4.1系统结构

4.2硬件设计

4.2.1 CAN总线网络设备接口设计

4.2.2嵌入式透明SX52网关设计

4.3软件设计

4.3.1 RTL8019AS驱动程序实现

4.3.2 TCP/IP协议栈的实现

4.3.3嵌入式网关与现场总线及以太网之间的通信

4.3.4 SX52协议的设计

4.4小结

第五章总结与展望

5.1本课题的主要成果

5.2未来工作展望

致谢

参考文献

攻读研究生期间发表论文和科研成果