C8051F基于ZNE-100PT的以太网监控系统

发布时间:2008/5/29 0:00:00 访问次数:411

引言

近年来，随着网络技术的发展，网络化席卷全球。在工业现场中如何将测控系统等仪器和设备接入互联网，实现信息共享和远程控制成为人们关注的话题。传统的上业测控现场所采用的总线技术(如rs232和rs485等)能够很好地解决仪器与设备的互联互通问题，并得到了广泛的应用。但此类总线是专为工业所设计的，并不能解决因特网的接入问题。采用单片机配合以太网控制芯片构成测控系统，可解决测控系统与互联网的接入问题，但却需要化费大量的时间和精力进行开发。采用商品化的串口服务器或网络服务器进行网络互联，虽可实现网络互联，但软硬件成本很高。针对这些情况，我们采用低成本的rs232以太网转换模块作为网络互联媒介，设计了基于美国cygnal公司的c8051f020的嵌入式以太网监控系统。结果表明，该监控系统充分利用了现有以太网资源，实现了远程测控终端与监控中心的通信功能，从而实现了高可靠性、低成本的实时监控，达到了工业现场安全运行的目的。

1 rs232-以太网模块及c8051f020简介

zne-100pt是周立功公司开发的一款rs232-以太网模块模块，内部集成了tcp／ip协议栈，利用它用户可以轻松实现嵌入式设备的网络功能。其主要特点是：

◆内嵌32位arm7 cpu；

◆支持tcp／ip协议(包括ethernet、arp、ip、icmp、igmp、udp、tcp、http和dhcp)，工作方式可选择为tcp server、tcp client、udp、real com driver和groupmode，tcp auto组播地址工作端口目标ip和端口均可设定支持pairconnection对连方式工作；

◆10m以太网接口使用排针方式引出；

◆rs232或rs485串口，ttl电平方式，波特率为300～115 200 bps。

采用rs232以太网模块进行网络互联，可大幅度缩短软件开发时间，且成本很低。

单片机c8051f020是一款完全集成的混合信号系统级芯片，与8051指令集完全兼容。它具有如下特点：

◆高速流水线结构的8051兼容的cip-51内核(可达25 mips)；

◆高速非侵入式的在线系统调试接口(片内)；

◆真正12位100 ksps的8通道adc，带pga和模拟多路开关；

◆2个12位dac；

◆64 kb可在系统编程的flash存储器；

◆4 352(4096+256)字节的片内存储器；

◆可寻址64 kb地址空间的外部数据存储器接口；

◆硬件实现的spi、smbus／i2c和2个uart串行接口；

◆5个通用16位定时器；

◆5个捕捉比较模块的可编程计数器／定时器阵列；

◆片内看门狗定时器、vdd监视器和温度传感器。

c8051f020是一款真正独立工作的片上系统，将c8051f020用于嵌入式以太网监控系统，可大量减少外围器件，充分发挥c8051f020的高速度特点，大大提高了系统的集成度。

2 嵌入式以太网监控系统的技术要求和硬件实现方案

2.1 技术要求

用户对嵌入式以太网监控系统的要求如下：

◇8位全隔离数字输入接口；

◇8位全隔离数字输出接口；

◇8路12位模拟／数字输入接口，输入电压dc为0～12 v；

◇2路12位数字／模拟输出接口，输出电压dc为0～5 v；

◇rs232串行接口，最高波特率为19.2 kbps；

◇rj45 10m网络接口。

2.2 实现方案

根据用户提出的技术要求，以单片机c8051f020为核心，辅以rs232-以太网模块zne-100pt及少最外围电路，构成嵌入式以太网监控系统的硬件电路，如图1所示。

图1中，由于c8051f020具有2个标准串行接口，因而一个分配给zne-100pt模块，作为以太网接口，另一个就分配给了rs232接口，作为与上位机的通信接口(其通信速率可根据用户要求在300～19 2 00 bps调整。

对于8路模拟信号输入接口，要求其最高输入电压为+12 v，而c8051f020的片内a／d转换器最高输入电压为+3 v。对于+12 v的输入电压，可采用电阻分压衰减电路，将+12 v的输入电压降为+3 v输入；而对于8路0～5 v的模拟输出电压，则可直接利用运算放大器放大输出，电路如图2所示。

数字输入部分采用光电耦合器将数字输入信号与本系统隔离，从而减小了外界干扰对系统的影响；数字输出部分也采用光电耦合器进行隔离，如图3所示。