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基于ATmega64及RTL8019AS实现工业系统远程控制的设计

跟着互联网的日益遍及,各类家电设备、仪器仪表以及工业临盆中的数据采集与节制设备在慢慢地走向收集化,以实现散播式远程监控、信息互换与共享。目 前广泛应用的以太网以及TCP/IP 协议已经成为最常用的收集标准之一,其高速、靠得住、分层以及可扩充性使其在各个领域的利用越来越机动,很多环境下采纳以太网和TCP/IP,能够简化布局 和低落资源。

今朝大年夜多半智能设备和仪表都是采纳RS232/485 或USB通讯要领,不具备远程节制和数据传输能力。 使用以太网实现工业系统远程节制, 经由过程互联网共享小型嵌入式设备的信息,是工业节制钻研的成长趋势。本系统采纳高速单片机ATmega64及RTL8019AS 以太网节制器,用嵌入式TCP/IP 协议可以实现TCP和UDP等收集功能,进一步实现HTTP协议办事,实现Web Sever 及接入Internet 的功能。

1、 系统硬件设计

系统的布局框图如图1所示, ATmega64是基于增强的AVR RISC 布局的低功耗8位CMOS微节制器。内带64KB的Flash、2KB的E2PROM、4KB的SRAM。因为其先辈的指令集以及单时钟周期指令履行时 间,ATmega64 的数据吞吐率高达1MIPS/MHz,从而可以满意系统在功耗和处置惩罚速率方面的要求。

RTL8019AS 是一种高度集成的10MB以太网节制器,与NE2000兼容, 支持8位、16位数据总线;内置16KB SRAM缓存;可连接同轴电缆和双绞线,并可自动检测所连接的介质。以太网隔离滤波器选用20F00IN。

RTL8019AS 与主处置惩罚器的接口要领有三种:跳线要领、PNP(即插即用)要领和免跳线要领。RTL8019AS 的第65 脚JP 抉择网卡的事情要领,本设计中JP脚接高电平(VCC),即应用跳线要领,此时可以省掉落外部E2PROM 93C46芯片。单片机经由过程I/O 模式造访以太网节制器。RTL8019AS 必须事情在8位模式下,其引脚IOCS16B经电阻接地。电路框图如图2所示。

RTL8019AS本身具有地址译码功能,所有的节制功能或数据传输都是经由过程造访地址偏移为00H~1FH的寄存器完成的,以是只必要5条地址 线(SA4~SA0)。在跳线要领下RTL8019AS的I/O 地址由引脚 IOS3~IOS0抉择,将IOS3~IOS0对应引脚整个接低电平,这时RTL8019AS的I/O 基地址为300H,是以可以用SA8 和SA9进行片选接至单片机的PC7。当PC7引脚置高电日常平凡选中RTL8019AS ,当PC7引脚置低电日常平凡选中外部RAM,而将片选旌旗灯号AEN接地,这种片选要领可以节省一个反向器。AUI 用来检测在AUI接口外部MAU 的应用环境。当该引脚未用时,应该接地。

介质的选择由引脚PL1和PL0抉择,RTL8019AS 还具有自动测试介质连接是否成功的功能。无樊篱双绞线(UTP)电缆是今朝应用最为普遍的电信介质类型。为了更方便地将嵌入式以太网模块接入到局域网中, 本设计采纳RTL8019AS 与双绞线连接的接口电路,即将PL0、PL1 接地。

2、 以太网节制器的事情历程

以太网节制器的 RAM 以 256 字节为一页,是按页存储的布局,16位RAM地址的高 8位又叫页码。以太网节制器的16KB RAM的地址从0x4000~0x7FFF,即从页0x40 到页0x7F,共有64 页用来接管和发送数据包。这64页RAM是一块双端口RAM。所谓双端口便是说有两套总线连接到该RAM,总线A 用于以太网节制器读/写片上RAM,总线B 用于单片机读/写以太网节制器上的 RAM。总线A又叫Local DMA,总线B 又叫 Remote DMA。

2.1 数据包的发送历程

(1) 封装数据包:数据包在发送前,单片机将其按如图3所示的以太网帧款式封装好,并寄放在外部SRAM。

(2)经由过程远程DMA将数据包写入到 RLT8019AS 的数据发送缓冲区, 数据的目的缓冲区首地址和字节数由内部寄存器RSCR0、1设定。

(3) 经由过程RTL8019AS的本地DMA将数据送入FIFO 缓冲器进行发送。

2.2 数据包的接管历程

(1)本地 DMA 将必要接管的数据包存入到接管缓冲环中。

(2)由远程 DMA 将接管缓冲环中的数据包写入到外部 SRAM 中。

假如以太网节制器运行正常,接管到数据包时自动启动本地 DMA 将数据存入接管缓冲环中,也便是说第一步是由 RTL8019AS 自动完成的。然则,接管缓冲环的范围必要设置,PSTART、PSTOP 分手用于设置接管缓冲环的肇端页和发送页,设置了接管缓冲环之后,接管到的第一个数据包放置的位置由当前页面寄存器CURR 抉择。[page]

3、 办事器端事情历程

图4 所示为本系统 TCP/IP 各层协议,链路层协议由单片机节制RTL8019AS 实现,而其他协议由单片机内部法度榜样实现。

办事器接管数据时,以太网驱动法度榜样认真接管数据,由以太网节制器中断处置惩罚法度榜样唤醒数据接管义务,由数据接管义务将接管到的数据帧交给收集接口 层,收集接口层掏出帧头,判断接管数据的类型,假如是ARP 报文,则将ARP 报文交给ARP 协议模块处置惩罚;假如是IP 数据包,则将IP数据包交给IP 协议模块处置惩罚,IP协议模块掏出IP 首部信息,然后根据数据包的类型,将报文交给响应的协议模块(UDP 模块、TCP 模块或ICMP 模块)处置惩罚,UDP 模块或TCP 模块收到报文后,掏出首部进行处置惩罚,并将用户数据交给利用法度榜样。

办事器发送数据时,将用户数据交给UDP协议模块或TCP 协议模块处置惩罚,UDP协议模块或TCP协议模块将其首部和数据封装成UDP数据包或TCP数据包,然后将封装好的数据包交给IP协议模块,IP模块在上层 交给的数据包上添加IP首部,并封装成IP数据包,然后为 IP 数据包探求路由,假如找不到响应路由,则向ICMP 协议发送掉足报文,由ICMP 协议模块进行处置惩罚,在找到了相宜的路由后,假如因此太网要领,则将数据包发送到收集接口层,使用ARP协议找到目的IP对应的物理地址,然后封装成以太网 帧,由网卡驱动法度榜样将以太网帧发送出去。

4 、使用HTTP协议实现Web接管与发送节制数据

在单片机系统中实现HTTP 协议办事真个功能,就可以为其他的客户机供给超文本信息,客户端只必要应用统一的浏览器就可以与办事器进行信息互换。

超文本传输协议(HTTP)是今朝经由过程Internet进行信息互换最主要的要领。在Internet上HTTP 通讯常常发生在 TCP/IP 连接之上。其缺省端口是TCP 协议的80 端口,当然,其他的端口也是可以应用的。HTTP 协议是建立在哀求/相应(request/response) 模型上的。首先由客户建立一条与办事器的TCP链接,并发送一个哀求到办事器,哀求中包孕哀求措施、URI、协议版本以及相关的 MIME(Multipurpose Internet Mail Extensions) 样式的消息。办事器相应一个状态行,包孕消息的协议版本、一个成功或掉败码以及相关的MIME 样子容貌外形的消息(包孕办事器的信息、资本实体的信息和可能的资本内容)。

单片机办事器除了包括HTML 文件以外,还有一个HTTP 驻留法度榜样,用于相应谋略机真个节制哀求。用HTML 文件编写的收集界面,可以经由过程浏览器造访并使用响应的按扭向办事器发送HTTP 哀求,此哀求被送往由IP地址指定的URL。驻留法度榜样接管到哀求,在进行需要的操作后回送所要求的文件。在这一历程中,在收集上发送和接管的数据已经被分 成一个或多个数据包(packet),每个数据包包括:要传送的数据;节制信息,即奉告收集如何处置惩罚数据包。TCP/IP抉择了每个数据包的款式。

图5 是经由过程Web 浏览器看到的收集节制界面,必需将客户谋略机与办事器系统的IP地址设置在一个段内。如本系统办事器IP地址设为192.168.0.10,客户机IP地址设为192.168.0.11,默认网关均为255.255.255.0。

(1) 发送节制数据历程:①经由过程浏览器向办事器系统(单片机)发送HTTP 哀求;②办事器系统经由过程HTTP办事法度榜样查看网页法度榜样中表单内输入变量的变更;③掏出变量值,调用串口法度榜样将数据发出。

(2)接管采集数据历程:①系统HTTP 协议法度榜样的http_serve 中调用串口法度榜样接管串口数据,并用此数据取代其内部网页中的表格内“NO DATA”标记;②办事器系统把Web页面传送给用户界面的浏览器。

用低资源的AVR单片机和以太网节制器,共同适当的收集协议,实现了经由过程收集对RS232接口设备的数据采集及系统节制。如对其进行适当的改变与扩展,便可以用于其他接口的仪器仪表,并利用于更广泛的领域。因为系统的节制器应用的是单片机,限于其内部资本,以是网页文件不能过大年夜。

责任编辑:gt

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