支持以太网接入的网络控制终端的设计

摘要

本文阐述了一种基于Ethernut解决方案的嵌入式网络控制终端及其控制系统的开发过程，该嵌入式网络控制终端具有模拟量输入输出，数字量输入输出，不同网络连接（RS-485和以太网），连接RS-232串口设备，扩展无线通信模块等多种功能接口，实现了控制对象的以太网接入并形成计算机网络控制系统。系统软件设计包括嵌入式网络控制终端程序和计算机端应用软件两部分，网络控制终端程序由各种外围功能模块驱动程序，以太网通信协议程序和系统主程序组成。该网络控制终端实现了ARP、IP、TCP、UDP等协议。计算机端应用软件采用VB编写，通过与网络控制终端建立TCP连接，实现可靠地数据通信。该系统设计简单，软件灵活，成本较低，具有较强的适用性，对于同类系统的设计具有实际的参考和推广价值。主要研究内容如下： ⑴嵌入式网络控制终端的硬件设计包括微控制器ATmegal28接口电路设计、网络接口芯片RTL8019AS电路设计、复杂可编程逻辑器件（CPLD）XC9536电路设计、静态随机存储器（SRAM）扩展电路设计、RS-232接口电路设计、RS-485接口电路设计、模拟量输入输出电路设计、数字量输入输出电路设计、电源电路设计等。 ⑵嵌入式网络控制终端的软件设计包括嵌入式操作系统NUT/OS、嵌入式TCP/IP协议栈NUT/NET、嵌入式应用软件设计三部分，其中嵌入式应用软件介绍了以太网接口芯片RTL8019驱动程序设计、模数转换驱动程序设计、数模转换驱动程序设计、串口通信驱动程序设计、系统主程序设计等。 ⑶介绍了使用VB6.0在计算机端开发应用软件，实现对网络控制终端各种功能的测试任务，最后使用本文设计的网络控制终端，并结合温度控制系统实现网络控制，取得了良好的控制效果。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1 课题的国内外背景和研究的意义

1.2 论文的主要研究内容

第二章 系统的总体设计方案

2.1 系统总体框架

2.2 系统方案设计

2.3 系统关键技术

第三章 嵌入式网络控制终端的硬件设计

3.1 硬件设计方案

3.2 主要功能及技术指标

3.2.1 主要功能

3.2.2 技术指标

3.3 网络控制终端的电路设计

3.3.1 关于微控制器ATmega128和网络接口芯片RTL8019AS

3.3.2 ATmega128和RTL8019AS的接口方式和电路设计

3.3.3 复杂可编程逻辑器件(CPLD)XC9536电路设计

3.3.4 静态随机存储器(SRAM)扩展电路设计

3.3.5 RS—232接口电路设计

3.3.6 RS—485接口电路设计

3.3.7 模拟量输入输出电路设计

3.3.8 数字量输入输出电路设计

3.3.9 电源电路设计

第四章 嵌入式网络控制终端的软件设计

4.1 Nut/OS实时操作系统

4.2 网络协议栈Nut/Net

4.3 基于Ethernut的驱动程序设计

4.3.1 RTL8019驱动

4.3.2 RS—232驱动

4.3.3 模数转换驱动

4.3.4 数模转换驱动

4.4 MODBUS协议

4.4.1 Modbus协议简介

4.4.2 blodbus—ASCII/RTU/TCP

4.5 嵌入式应用程序设计

4.5.1 设计目标

4.5.2 主程序流程图

4.5.3 网络控制终端的数据寄存器

4.5.4 Modbus/TCP的命令格式

4.5.5 数据处理流程图

第五章 嵌入式网络控制终端在温度控制系统中的应用

5.1 温度控制系统的组成

5.2 温度控制系统的软件设计

5.2.1 关于VB6.0

5.2.2 VB与网络控制终端的通信

5.2.3 主程序设计

5.2.4 主程序界面介绍

5.2.5 控制模块(PID算法)的实现

5.3 实验测试及结果分析

第六章 总结与展望

6.1 主要工作总结

6.2 有待解决的问题

参考文献

致谢

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