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在现代工业控制领域中,监测对象和控制设备往往具有很广的地域分散性和对数据的实时监控性,如野外环保数据的采集,城市中供水调度等等,因此我们需要一种分布式的控制系统来完成任务的传送与控制。目前最典型的做法是通过现场总线通信网络来实现,但这些通信网络具有先天性的缺点,主要表现在铺设网络的成本很高且应用有限,总线通信具有多样性,不同总线不能直接互联互用。要克服这些缺点目前最热门的方法就是将以太网技术应用到工业底层网络中。现场控制终端单元日益智能化,控制的方式也正走向多智能控制单元的协同工作模式;以后的现场设备很可能不再是简单的传感器和控制器,而将是具有一定的自主控制、数据管理和通信能力的智能设备。现场设备之间通讯方式的选择,通信协议、通信技术的采纳和应用,在控制系统中显得越来越重要。以太网成本低、用户多、技术成熟等诸多优点,使工业以太网成为控制系统中受欢迎和支持的通信方式。
随着社会的不断发展,对现场设备人们要求它具有相应的通信能力,即具有工业以太网的通讯接口。由于工业以太网的快速发展,人们需要对通讯协议、接口技术这两方面的技术有一个较为全面和系统的认识;同时,市场上也需要这两方面的新技术和新产品。当今的工业控制领域中很大一部分采用MODBUS工业控制协议,但MODBUS协议控制信息复杂,用户层的易用性很差,很大程度上制约了企业真正信息化的快速实现。因此实现具有工业控制协议MODBUS接口的可移动的Web控制器,具有很强的现实意义。嵌入式的Web服务器不仅可以利用浏览器提供用户界面远程管理、监控MODBUS工控设备的功能,并且可以在服务器端进行进一步开发。
本文论述了作者在硕士学位论文工作期间在嵌入式系统、电磁兼容及通信信息领域所作的研究和实践工作,主要围绕着如何为具有MODBUS接口的的可移动嵌入式Web服务器搭建高效、稳定的硬件平台的具体工作展开。论文完成了一个基于ARM的RISC处理器的嵌入式设备,包括:CPU、FLASH、SDRAM、以太网模块、RS-232接口及GPRS模块的硬件选择与集成。在硬件集成设计中,考虑到工业控制领域价格敏感的特点,FLASH和SDRAM都选用了16位的产品,通过复用的方式而达到32位使用。为了减少由于高速开关时钟所造成的高频噪声,采用了外接较低频率晶振,通过处理器内部PLL电路倍频来达到较高的时钟频率。在电路设计中通过在恰当的地方设置RC电路来消除线路中的高、低频噪声。