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電子皮帶秤二次儀表近年來發(fā)展很快，出現(xiàn)了兩大趨勢：一是二次儀表的面板更加簡化，在面板尺寸減少的同時(shí)，顯示部分的尺寸增大，顯示內(nèi)容更為豐富，操作鍵減少。二是通信功能強(qiáng)化也是智能儀表的重要標(biāo)志，通過ＲＳ２３２，ＲＳ４８５，ＣＡＮ等現(xiàn)場總線方式進(jìn)行多臺(tái)皮帶秤聯(lián)網(wǎng)、集中監(jiān)控或與上位機(jī)系統(tǒng)通信。新型電子皮帶秤二次儀表ＸＫ３２０８－Ａ１就是應(yīng)這種趨勢而開發(fā)、生產(chǎn)的對皮帶運(yùn)輸機(jī)所輸送物料進(jìn)行動(dòng)態(tài)連續(xù)計(jì)量的計(jì)量儀表。該儀表以增強(qiáng)型８０５２微控制器為核心，并配有液晶屏和輕觸式ＰＶＣ按鍵，操作簡單，功能齊全。通過以太網(wǎng)接口，可以輕松實(shí)現(xiàn)多臺(tái)電子皮帶秤的聯(lián)網(wǎng)，將瞬時(shí)流量、累計(jì)流量、皮帶速度等相關(guān)數(shù)據(jù)送入上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場稱重儀表的集中監(jiān)控管理。本文重點(diǎn)介紹該儀表Ｅｔｈｅｒｎｅｔ接口部分的設(shè)計(jì)方法。

１ＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ協(xié)議介紹

在企業(yè)信息系統(tǒng)中，ＴＣＰ／ＩＰ以太網(wǎng)已經(jīng)成為事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)，將標(biāo)準(zhǔn)ＴＣＰ／ＩＰ以太網(wǎng)延伸到工業(yè)實(shí)時(shí)控制，將很好地幫助用戶獲得更加開放集成的工業(yè)自動(dòng)化和信息化的整體解決方案。ＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ就是為實(shí)現(xiàn)這一目的的標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，它是標(biāo)準(zhǔn)ＴＣＰ／ＩＰ以太網(wǎng)和通用工業(yè)協(xié)議（ＣＩＰ）的結(jié)合。ＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ使用標(biāo)準(zhǔn)ＴＣＰ／ＩＰ以太網(wǎng)，ＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ支持在標(biāo)準(zhǔn)ＴＣＰ／ＩＰ以太網(wǎng)上為提供ＩＴ服務(wù)所開發(fā)的任何應(yīng)用層協(xié)議，如ＨＴＴＰ，ＳＮＭＰ，ＳＭＴＰ等等，實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化和企業(yè)信息系統(tǒng)的直接集成。比如，運(yùn)行人員打開網(wǎng)頁瀏覽器軟件，像訪問某個(gè)網(wǎng)站一樣，可方便地瀏覽、組態(tài)、診斷并監(jiān)視ＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ設(shè)備。ＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ使用標(biāo)準(zhǔn)ＴＣＰ／ＩＰ以太網(wǎng)技術(shù)，保證了用戶在工業(yè)環(huán)境場合可以使用工業(yè)等級的標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)交換機(jī)；在非工業(yè)環(huán)境場合，用戶還可利用已有的普通標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)交換機(jī)產(chǎn)品來擴(kuò)展ＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ網(wǎng)絡(luò)，這有助于實(shí)現(xiàn)更多的靈活性和更高的性價(jià)比的皮帶秤控制系統(tǒng)。ＴＣＰ／ＩＰ協(xié)議是一套把因特網(wǎng)上的各種系統(tǒng)互聯(lián)起來的協(xié)議組，保證因特網(wǎng)上數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確快速傳輸。參考開放系統(tǒng)互聯(lián)（ＯＳＩ）模型，ＴＣＰ／ＩＰ通常采用一種簡化的４層模型，分別為：應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、鏈路層。

符合ＩＥＥＥ８０２．３標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)幀的長度一般介于６４字節(jié)與１５１８字節(jié)之間。它們由５個(gè)或６個(gè)不同的字段組成，分別是：目標(biāo)ＭＡＣ地址、源ＭＡＣ地址、類型／長度字段、數(shù)據(jù)有效負(fù)載、可選的填充字段和循環(huán)冗余校驗(yàn)（ＣＲＣ）字段。另外，當(dāng)通過以太網(wǎng)介質(zhì)發(fā)送數(shù)據(jù)包時(shí)，一個(gè)７字節(jié)的前導(dǎo)字段和一個(gè)字節(jié)的幀起始定界符將被附加到以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包的開頭。因此，在雙絞線上的傳輸格式如下：

２ｕＩＰ棧

ｕＩＰＴＣＰ／ＩＰ棧是使用于低至８位或１６位微處理器的嵌入式系統(tǒng)的一個(gè)極輕型的ＴＣＰ／ＩＰ協(xié)議棧，它實(shí)現(xiàn)了ＴＣＰ／ＩＰ協(xié)議組的４個(gè)基本協(xié)議：ＡＲＰ協(xié)議、ＩＰ協(xié)議、ＩＣＭＰ協(xié)議和ＴＣＰ協(xié)議。ｕＩＰＴＣＰ／ＩＰ棧由瑞典單片機(jī)專家ＡｄａｍＤｕｎｋｅｌｓ編寫，是一個(gè)免費(fèi)的ＴＣＰ／ＩＰ棧，它使用Ｃ語言編程，可以方便地應(yīng)用到電子衡器中。ｕＩＰ的實(shí)現(xiàn)目標(biāo)是保持代碼大小和儲(chǔ)存器使用量最小。目前，ｕＩＰ代碼的大小和ＲＡＭ的需求比其他的ＴＣＰ／ＩＰ棧要小，但是ｕＩＰ與其他ＴＣＰ／ＩＰ棧不同，它的重發(fā)工作需要應(yīng)用程序的幫助。其他ＴＣＰ／ＩＰ棧ＲＡＭ中存儲(chǔ)著傳輸數(shù)據(jù)，直到數(shù)據(jù)被確認(rèn)已成功發(fā)送才釋放ＲＡＭ空間。如果數(shù)據(jù)需要重傳，堆棧在沒有通知應(yīng)用程序下監(jiān)視著重傳工作，在等待確認(rèn)的過程期間，數(shù)據(jù)必須緩存在ＲＡＭ里。ｕＩＰ利用應(yīng)用程序可以快速重新生成數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，在等待數(shù)據(jù)確認(rèn)的過程中，ＲＡＭ中不必緩存數(shù)據(jù)，而是等確認(rèn)不成功信號到達(dá)時(shí)由應(yīng)用程序重新快速生成數(shù)據(jù)。例如，一個(gè)ＨＴＴＰ服務(wù)器服務(wù)的大部分是ＲＯＭ里的靜態(tài)和半靜態(tài)頁，不需要在ＲＡＭ里緩存靜態(tài)內(nèi)容，所以，如果一個(gè)包丟失了，ＨＴＴＰ服務(wù)器可以容易地從ＲＯＭ里重生數(shù)據(jù)，使數(shù)據(jù)簡單地從原先的位置讀回來。

３皮帶秤控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

皮帶秤儀表的微控制器選用美國ＡＤＩ公司的模擬微控制器ＡＤｕＣ８４５，它內(nèi)部集成有兩個(gè)獨(dú)立的２４位Σ－ΔＡＤＣ、８路模擬量輸入通道（ＭＱＦＰ封裝）、單周期８０５１兼容內(nèi)核、６２ｋｂ片內(nèi)程序存儲(chǔ)器、４ｋｂ片內(nèi)Ｆｌａｓｈ／ＥＥ數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、２ｋｂ片內(nèi)ＸＲＡＭ、１２位電壓輸出型ＤＡＣ、雙１６位Σ－ΔＤＡＣ／ＰＷＭ、片內(nèi)溫度傳感器。以太網(wǎng)控制器選用美國ＭｉｃｒｏｃｈｉｐＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ公司的ＥＮＣ２８Ｊ６０２８引腳獨(dú)立以太網(wǎng)控制器。目前市場上大部分以太網(wǎng)控制器采用的封裝均超過８０引腳，而符合ＩＥＥＥ８０２．３協(xié)議的ＥＮＣ２８Ｊ６０只有２８引腳，就能既提供相應(yīng)的功能，又可以大大簡化相關(guān)設(shè)計(jì)，并減少占板空間。此外，ＥＮＣ２８Ｊ６０以太網(wǎng)控制器采用業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的ＳＰＩＴＭ串行接口，只需４條連線即可與主控單片機(jī)連接。

ＥＮＣ２８Ｊ６０的硬件設(shè)計(jì)需要注意復(fù)位電路、時(shí)鐘振蕩器、振蕩器啟動(dòng)定時(shí)器、時(shí)鐘輸出引腳、變壓器、終端和其他外部器件、輸入／輸出電平等幾個(gè)方面。ＥＮＣ２８Ｊ６０是一個(gè)工作電壓為３．３Ｖ的器件，它被設(shè)計(jì)為易于集成到５Ｖ的系統(tǒng)中。ＳＰＩ的ＣＳ，ＳＣＫ和ＳＩ輸入以及ＲＥＳＥＴ引腳都可以承受５Ｖ的電壓。另一方面，主控制器ＡＤｕＣ８４５是運(yùn)行在５Ｖ電壓下，當(dāng)ＳＰＩ和中斷輸入由ＥＮＣ２８Ｊ６０上的３．３ＶＣＭＯＳ輸出驅(qū)動(dòng)時(shí)，它很可能不符合規(guī)范要求，此時(shí)需要一個(gè)單向電平轉(zhuǎn)換器?？梢允褂靡粋€(gè)廉價(jià)的７４ＡＣＴ１２５（四三態(tài)緩沖器），便于系統(tǒng)集成，并與其他器件共享ＳＰＩ總線。硬件電路設(shè)計(jì)見圖１。

４單片機(jī)通信系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

在使用ＥＮＣ２８Ｊ６０發(fā)送和接收數(shù)據(jù)包前，必須對器件進(jìn)行初始化設(shè)置。通常初始化任務(wù)會(huì)在復(fù)位后立即完成，并且不再需要更改。初始化包網(wǎng)絡(luò)層鏈路層ＩＰ，ＩＣＭＰ中的Ｐｉｎｇ響應(yīng)協(xié)議ＡＲＰ應(yīng)答協(xié)議括接收緩沖器的初始化、發(fā)送緩沖器的初始化、接收過濾器的初始化、ＭＡＣ初始化設(shè)置和ＰＨＹ初始化設(shè)置。符合ＩＥＥＥ８０２．３標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)幀的長度一般介于６４字節(jié)與１５１８字節(jié)之間。它們由５個(gè)或６個(gè)不同的字段組成，分別是：目標(biāo)ＭＡＣ地址、源ＭＡＣ地址、類型／長度字段、數(shù)據(jù)有效負(fù)載、可選的填充字段和循環(huán)冗余校驗(yàn)（ＣＲＣ）字段。另外，當(dāng)通過以太網(wǎng)介質(zhì)發(fā)送數(shù)據(jù)包時(shí)，一個(gè)７字節(jié)的前導(dǎo)字段和一個(gè)字節(jié)的幀起始定界符將被附加到以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包的開頭。因此，在雙絞線上的傳輸格式如下：ＥＮＣ２８Ｊ６０內(nèi)的ＭＡＣ在發(fā)送時(shí)會(huì)自動(dòng)生成前導(dǎo)符和幀起始定界符。此外，ＭＡＣ可根據(jù)配置生成填充（如果需要）和ＣＲＣ字段。主控制器必須生成所有其他幀字段，并將它們寫入緩沖存儲(chǔ)器，以待發(fā)送。ＥＮＣ２８Ｊ６０還要求在待發(fā)送的數(shù)據(jù)包前添加一個(gè)包控制字節(jié)。

6，結(jié)束語

在電子皮帶秤二次儀表中添加了以太網(wǎng)接口，可實(shí)現(xiàn)電子皮帶秤的運(yùn)行情況，其具有傳輸速度快、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，有著廣泛的應(yīng)用前景。

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