自动化仪表网络化实现技术研究

摘要

随着信息时代的到来，传统的仪表已经远远不能满足人们的需求，如何充分利用Internet软硬资源是如今仪表发展应用中最热门的课题之一。网络化仪表正是在这一背景下应运而生。本文提出了两种实现网络化仪表的关键技术：自动化仪表的LAN接口实现技术研究和ZigBee无线通讯技术在网络化仪表中的应用。 在自动化仪表的LAN接口技术方面，本文对TCP/IP的Modbus工业控制协议实现方法进行研究，设计并实现一个RS485转以太网接口，具有Modbus协议的网络化工业仪表的实例进行验证。采用德州仪器公司的16位MSP430单片机MSP430F147作为MCU，运行uIP协议栈，网卡芯片采用CS8900A。 对ZigBee无线通讯的关键技术，本文对其做了详细研究，并在理论研究的基础上设计了ZigBee开发平台。此平台用MSP430F1611单片机作为系统主控芯片，使用CC2420射频芯片实现2.4GHz的无线通信。平台采用RS-232串行总线接口与电脑相连，并对MSP430单片机进行配置。

目录

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英文文摘

声明

第一章绪论

1.1自动化仪表的发展和现状

1.1.1自动化仪表的概念

1.1.2自动化仪表的发展

1.2 LAN接口网络化仪表

1.2.1 LAN接口网络化仪表概念提出

1.2.2网络化分类

1.2.3国内外现状

1.3无线组网技术研究

1.3.1无线组网技术概念

1.3.2无线组网技术种类

1.3.3 ZigBee技术的发展趋势

1.3.4 ZigBee技术国内外现状

1.4选题背景

1.4.1研究LAN接口网络化仪表意义

1.4.2研究ZigBee技术意义

1.4.3本论文系统设计方案

第二章 自动化仪表网络化实现方案

2.1有线网络实现方案

2.1.1 LWIP协议栈+ARM方案分析

2.1.2 uIP协议栈+MCU方案分析

2.1.3本文的LAN接口方案

2.2无线网络实现方案

2.2.1 ZigBee技术与其他无线技术的比较

2.2.2 ZigBee技术应用前景

2.2.3本文采用的无线组网技术方案

2.3总结

第三章 自动化仪表的有线LAN接口实现

3.1引言

3.2 LAN接口硬件电路

3.2.1 MSP430单片机控制电路设计

3.2.2 CS8900A网卡芯片电路设计

3.2.3 RS-232/RS-485接口电路设计

3.3 CS8900A网卡驱动程序设计

3.3.1控制逻辑和读写操作

3.3.2数据包的发送和接受

3.3.3驱动程序实现

3.4 TCP/IP协议栈移植

3.4.1 uIP协议栈的性能，指标

3.4.2 uIP协议栈的移植修改

3.4.3 uIP协议栈的用户接口

3.5基于TCP/IP的Modbus转换协议设计

3.5.1基于串行接口的Modbus协议

3.5.2基于TCP/IP的Modbus协议

3.5.3协议转换代码实现

3.6 LAN接口通信测试

3.6.1通信测试步骤

3.6.2通信测试结果

3.7总结

第四章 自动化仪表的无线ZigBee接口实现

4.1 Zigbee的应用特点

4.1.1 Zigbee技术特点

4.1.2 Zigbee产品应用

4.1.3 Zigbee标准/IEEE802.15.4标准

4.2 Zigbee网络协议和结构

4.2.1 Zigbee协议构架

4.2.2网络配置

4.2.3网络关联

4.2.4端点、接口、群集、属性和配置文件

4.2.5端点绑定

4.2.6数据传输机制

4.3 ZigBee开发平台总体设计

4.4基于MSP430的控制模块设计

4.4.1 MSP430F1611性能指标

4.4.2 MSP430F1611功能框图

4.4.3 MSP430F1611硬件电路设计

4.5基于CC2420的Zigbee模块设计

4.5.1 CC2420性能指标

4.5.2 CC2420内部结构

4.5.3 CC2420应用电路

4.5.4 CC2420调制IEEE 802.15.4工作模式

4.5.5 CC2420接口软件设计

4.5.6 CC2420寄存器控制软件接口设计

4.6仪表接口的通信测试

4.6.1通信功能测试

4.6.2通信测试结果

4.7总结

第五章总结

致谢

参考文献

作者在读期间发表论文