基于工业以太网传输方式的远程控制卡的设计及应用

摘要

烟草异物智能分拣系统是用于生产线上剔除烟叶物料中杂物的一种专用设备。它是集光学、计算机、电子、机械等于一体的自动化检测系统。它的使用可以提高整条生产线的自动化程度、降低劳动强度、保证分拣效果的一致性,从而可以更好的保证最终产品品质,提高烟草生产企业的整体效益和产品竞争力。
　　 工业以太网近几年得到广泛重视和深入研究,并在工控领域有了许多成功应用的例子。将工业以太网技术用于烟草异物智能分拣系统是一个非常有价值的研究课题。
　　 本文论述在烟草异物智能分拣系统中,对远端的气动电磁阀控制方式上的革新。将以往采用I/O卡并行总线或现场总线的控制方式,重新设计为采用工业以太网控制的方式。主要过程是将工控机发送的剔除信号,通过以太网方式传输到下位基于FPGA的控制卡上,控制卡提取出剔除信号之后通过FPGA引脚输出相应的电平,控制气阀有效的剔除异物。
　　 本文主要研究了FPGA的编程原理、TCP/IP协议以及为适合本以太网控制卡的实时性与高速性所进行的TCP/IP协议的精简,从硬件和软件两个方面对下端工业以太网传输方式的控制卡(简称工业以太网卡)进行了设计和实现,并通过编写Socket软件和使用示波器等实验仪器,测试证明了工业以太网卡的实时性和数据传输的正确性。采用工业以太网卡控制气动电磁阀的方式,简化了电路,节约了成本,提高了生产效率。
　　 最后本文对课题的研究工作进行了总结和展望。

目录

文摘

英文文摘

图表清单

注释表

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 异物智能分拣系统的简介

1.3 国内外研究现状

1.4 本课题的主要内容和本文结构

1.5 本章小结

第二章 FPGA平台研究

2.1 FPGA特性及其选型

2.2 FPGA程序开发流程

2.2.1 Top-down设计方法

2.2.2 FPGA程序开发流程分析

2.3 硬件描述语言

2.3.1 硬件描述语言的特点

2.3.2 Verilog HDL的历史

2.3.3 Verilog HDL的特点

2.4 本章小结

第三章 数据传输与采集关键技术的介绍

3.1 传输网络介绍

3.1.1 以太网概述

3.1.2 工业以太网技术的发展现状

3.1.3 工业以太网技术的发展趋势与前景

3.2 TCP/IP协议介绍

3.1.1 TCP/IP协议与嵌入式TCP/IP协议

3.1.2 TCP/IP协议的分层

3.3 精简TCP/IP各协议的介绍

3.3.1 IP协议

3.3.2 ARP协议

3.3.3 UDP协议

3.4 以太网协议的封装格式

3.5 以太网协议芯片的介绍

3.5.1 RTL8019AS选择与概述

3.5.2 RTL8019AS DMA操作

3.6 本章小结

第四章 系统功能模块的设计与实现

4.1 系统总体设计

4.2 RTL8019AS读/写控制模块的设计

4.2.1 RTLS019AS读/写时序

4.2.2 RTL3019AS读/写时序仿真

4.3 RTL8019AS总线输入/输出控制模块设计

4.3.1 RTL8019AS的初始化模块

4.3.2 数据接收模块

4.3.3 数据发送模块

4.4 RTL8019AS校验模块设计

4.4.1 CRC校验介绍

4.4.2 CRC校验计算

4.5 RTL8019AS主控模块设计

4.6 本章小结

第五章 系统调试

5.1 工以太网卡实时性测试

5.1.1 实时性的重要性

5.1.2 实时性测试软件编制的介绍

5.1.3 测试软件模型介绍以及工业以太网卡的实时性分析

5.2 工业以太网卡准确性测试

5.2.1 数据准确性的重要性

5.2.2 物理层信号准确性测试

5.2.3 接收数据准确性测试

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 未来展望

参考文献

致谢

在校期间发表的学术论文及科研项目