摘要
本文阐述了一种基于以太网的测控节点的应用设计方案。该节点具有数据采集、控制量输出和以太网通讯的功能,使其能够较好的应用于以太网分布式控制系统。
该节点以ADμC834单片机和RTL8019AS网络控制芯片为主要硬件架构,辅以模拟量和数字量输入输出通道等外围电路。
该节点以μC/OS-Ⅱ作为嵌入式操作系统,以uIP软件作为以太网协议栈,从而具有基于操作系统的多任务处理功能和以太网通讯功能。
随后,本文介绍了该节点在电阻炉温度控制系统中的具体应用,设计了满足该温控系统要求的温度传感器接口和晶闸管驱动电路。另外在控制算法方面,系统采用FUZZY-PID参数自整定控制算法,有效的克服了一般PID控制算法在大时间滞后控制系统中的不足。
The thesis introduces the idea, design and application of an ethernet-based measurement and control node that can be used as on-site data acquisition/control unit to join an ethernet-based distributed measurement/control system.
The hardware is designed around ADμC834 and RTL8019AS, along with the design of peripheral circuits such as analog/digital I/Os.
With the embeddedμC/OS-Ⅱas operating system and uIP as Ethernet protocol stack, the node posseses the capability of multitasking and Ethernet communication.
The thesis also presents an application of such nodes in a furnace temperature control system. Besides the circuits design of sensor’s interfaces and the thyristor drivers, the design puts the stress on an adaptive FUZZY-PID algorithm to overcome the drawbacks of common PID controller while being used in systems with big time delay.
引文
[1]陈在平岳有军编著,工业控制网络与现场总线技术.北京:机械工业出版社,2006.
[2]李正军编著,现场总线与工业以太网及其应用系统设计.北京:人民邮电出版社,2006.
[3]沈釜刻,交换式以太网原理、技术及实现,人民邮电出版社,1999.
[4]谢希仁编著,计算机网络(第2版),北京:电子工业出版社,2001年1月.
[5]张绍诚,计算机通信网络,北京理工大学出版社,1990.
[6] Stevens,TCP/IP详解,卷1:协议,机械工业出版社,2000.4.
[7] Stevens,TCP/IP详解,卷2:实现,机械工业出版社,2000.4.
[8]冯东芹等,工业以太网及其应用技术讲座,第一讲:工业以太网与工业IT,自动化仪表,2003,24(4),59-62.
[9]冯东芹等,工业以太网及其应用技术讲座,第二讲:工业以太网与TCP/IP,自动化仪表,2003,24(5),67-70.
[10]冯东芹等,工业以太网及其应用技术讲座,第四讲:工业以太网在工业控制中的实时性问题,自动化仪表,2003,24(7),67-70.
[11] ADuC834: MicroConverter? Dual 16-/24- Bit SIgma-Delta ADCs with Embedded 62KB Flash MCU Data Sheet[EB/OL], http://www.analog.com,Rev.A 04/2003.
[12]徐科军陈荣保张崇巍,自动检测和仪表中的共性技术.北京:清华大学出版社,2000.12.
[13] HCNR200 and HCNR201 High-Linearity Analog Optocouplers[EB/OL].http://www.avagotech.com,December 4,2007.
[14] RTL8019AS Datasheet[EB/OL]. http://www.realtek.com. tw,2005.
[15]曹宇等,用51单片机控制RTL8019AS实现以太网通讯,电子技术应用,2003(1):21-23.
[16]马忠梅等,单片机的C语言应用程序设计,北京航空航天大学出版社,1999.12.
[17]叶以民赵会斌等,嵌入式系统中的实时操作系统,测控技术,2000,19(4):6-8.
[18] Jean J.Labrosse著邵贝贝译.嵌入式实时操作系统μC/OS_II(第2版)[M].北京:北京航天航空大学出版社,2004:1-3.
[19]任哲,嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ原理及应用[M].北京:北京航天航空大学出版社,2005:37-45.
[20]叶丰桥黄海,UCOS-II在51XA上的移植应用.工业控制计算机,2002(4).
[21]罗强徐家品,μCOS_Ⅱ在ARM7处理器中的移植技巧[J].微计算机信息,2007,05:60-61.
[22]王田苗主编,嵌入式系统设计与实例开发——基于ARM微处理器与μC/OS-Ⅱ实时操作系统.北京:清华大学出版社,2003.
[23]胡德斌,基于μcOSⅡ操作系统的嵌入式网络服务器的设计与实现[J].微计算机信息,2005,(13).
[24]李柳魏世民郭磊,μC/OS_Ⅱ的嵌入式系统的TCP/UDP协议的综合应用[J].仪表技术, 2007,(01).
[25] Dunkels Adam. uIP-A Free Small TCP/IP Stack[M].Swedish:Institute of Computer Science,2002:1-11.
[26]胡晓岚钱涨洋朱志权,基于ARM7及μCOS-Ⅱ的IP协议的初步实现[J].仪表技术,2007,(02).
[27]雷建军朱华祝磊顾德英.基于Fuzzy-PID的电阻炉温度控制系统[J].微计算机信息,2003,(09).
[28]常健生主编,检测与转换技术.北京:机械工业出版社,1999.12.
[29]张永贤,基于凌阳SPCE061A的电阻炉温度控制系统[J].华东交通大学学报,2005,(04).
[30]蔡春桥王永军王俊彪李峰.电阻炉温度控制系统的设计与实现[J].科学技术与工程,2007,(10).
[31] MOC306_ Series Datasheet,http://www.isocom.com.
[32] WANG Xibo;ZHOU Benhai;YU Ge;LI Qian, Homology Priority Task Scheduling inμC/OS-ⅡReal-Time Kernel[J]. Wuhan University Journal of Natural Sciences, 2007,(05).
[33] Wang Y C;Lin K,Implementing a General Real-Time Scheduling Framework in the RED-Linux Real-Time Kernel[C].Proceedings of the 20th IEEE Real-Time Systems. Phoenix:IEEE Press, 1999:246-255.
[34]孙琼,嵌入式Linux应用程序开发详解,北京:人民邮电出版社,2006年7月.
[35]蒋东兴等编著,Windows Sockets网络程序设计大全.北京:清华大学出版社,1999.
[36]孙增圻等编著,智能控制理论与技术.北京:清华大学出版社,1997.4.
[37]伍铁斌刘祖润王俊年,一种新型电阻炉温度控制系统的设计[J].自动化与仪表,2006,(06).
