工业照明系统中嵌入式智能网关的研究与应用

摘要

随着自动化控制技术以及通信技术的进步，基于现场总线的工业照明系统应用变得越来越广泛。工业现场总线的特点是高效、安全和稳定，而以太网则具有高速、信息管理与交互能力强的优势。本文提出在维持现场总线网络相对独立的情况下，通过同时支持以太网网络和现场网络的嵌入式智能网关将以太网TCP/IP应用到现场照明网络系统的信息控制管理，使得现场网络与上层信息网络实现合理有效的融合，从而增强工业照明系统管理的便捷性和安全性。
　　在通过对当前现场总线和信息网络的交互应用背景和发展现状的的调查和研究的基础上，本文对嵌入式智能网关的总体实现方案进行了设计和功能的规划，对以太网TCP/IP协议和Modbus协议网络进行了比较深入的分析，并对嵌入式网关的功能应用做出了网络规划。在应用32位ARM内核处理器STM32F107VCT6的基础上对嵌入式智能网关的硬件进行设计，完成对所用到的处理器、以太网模块、RS485模块和电源等硬件进行的分析，搭建了电路、绘制和设计了原理图和PCB。将TCP/IP网络协议和Modbus应用协议在硬件平台上进行了软件开发，并设计了数据缓存和交互功能。开发了Modbus智能网关监控上位机程序，并针对工业照明系统的特点，对嵌入式软件和上位机软件做了相应的优化。最后通过搭建了一个通信实验模型，对智能网关和上位机的通信、照明控制器网络和其他的附属功能进行了测试。
　　通过上述的工作，实现了经以太网对Modbus-485网络运行参数的获取和配置，以及智能网关自治的数据的巡检、更新和报警等功能，并据此给出了照明控制网络的样例实现，为工业照明系统以太网化的开发和应用奠定了基础，对实际工程实现具有参考意义。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景和发展现状

1．2 研究内容和难点

2 总体方案和通信协议

2．1 总体方案

2．2 Modbus-485网络

2．3 以太网协议

2．4 本章小结

3 智能网关硬件设计

3．1 处理器模块

3．2 以太网模块

3．3 RS485模块

3．4 电源与PCB设计

3．5 本章小结

4 智能网关软件方案

4．1 系统中断设定

4．2 启动配置软件设计

4．3 以太网模块软件设计

4．3．1 TCP／IP协议软件设计

4．3．2 以太网底层驱动

4．3．3 应用层程序

4．4 Modbus-485模块软件设计

4．4．1 串行链路数据收发

4．4．2 底层驱动

4．4．3 功能码发送和处理

4．4．4 Modbus协议栈主程序

4．5 通信数据交互保存软件设计

4．6 照明控制软件设计

4．7 本章小结

5 上位机监控软件及通信测试

5．1 智能网关配置

5．2 Modbus从站设置

5．3 寄存器设置

5．4 照明系统上位机软件设计

5．5 通信测试

5．5．1 通信测试平台设计

5．5．2 Modbus从站设置与启动

5．5．3 上位机软件设置与启动

5．5．4 数据巡检与更新测试

5．5．5 数据修改和报警测试

5．5．6 照明系统通信测试

5．6 本章小结

结论

参考文献

附录

致谢