摘要：隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展,，嵌入式系統(tǒng)在工業(yè)領(lǐng)域得到初步的應(yīng)用，針對工業(yè)的需求,，結(jié)合實際,，精選優(yōu)化各種方法，提出了1種基于以太網(wǎng)的電機控制與診斷方案,，闡述了具體的實現(xiàn)過程,。基于以太網(wǎng)的電機控制與診斷系統(tǒng)采用C8051F020單片機作為系統(tǒng)的核心控制器件,，通過RTL8019AS網(wǎng)卡與Internet在物理上連接起來,，并在C8051F020單片機嵌入了精簡優(yōu)化后的TCP/IP協(xié)議，通過單片機本身產(chǎn)生SPWM脈沖,，控制變頻器，實現(xiàn)對電機的調(diào)速控制,，通過參數(shù)的采集，可以有效的對電機故障進行在線診斷,。

0 引言

隨著Internet技術(shù)的發(fā)展,、普及和單片機技術(shù)的進步，基于單片機的小型嵌入式系統(tǒng)正逐步走向工業(yè)過程控制的底層,，也就是設(shè)備層,，這就給工業(yè)設(shè)備帶來了新的控制和診斷方法?；谝蕴W(wǎng)的單片機設(shè)備的控制與診斷結(jié)合先進的WEB技術(shù)與嵌入式技術(shù),，實現(xiàn)了PC與設(shè)備的直接跨平臺的信息交互，這樣PC就可以共享設(shè)備運行的信息,，有效的實現(xiàn)對設(shè)備的控制與診斷,。而這一實現(xiàn)不僅帶來了控制技術(shù)的改變，同時也給診斷技術(shù)帶來了生機,，可以遠程甚至跨國界進行設(shè)備的在線診斷,。

1 基于以太網(wǎng)的電機控制與診斷的結(jié)構(gòu)設(shè)計

基于以太網(wǎng)的單片機設(shè)備控制與診斷是以工業(yè)現(xiàn)場的三相電機為研究對象，其中包括對電機運行轉(zhuǎn)速的測量與控制,，對電樞電流的采集,，采集電機電勢參數(shù)，其他模相關(guān)擬量的采集,。本設(shè)計的結(jié)構(gòu)主體就是WEB技術(shù)與單片機和客戶機的有機結(jié)合,，建立電機設(shè)備的診斷與控制模型，其模型如圖1所示,。模型主要由客戶機,，網(wǎng)絡(luò)和過程控制底層，即單片機嵌入式系統(tǒng)組成,，這里采用TCP/IP協(xié)議作為嵌入式系統(tǒng)的通信協(xié)議,，嵌入式系統(tǒng)的WEB服務(wù)器與客戶機的WEB服務(wù)器進行信息交互，上傳電機運行的參數(shù),，這樣客戶或是廠家均可通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)對電機的控制與在線診斷,。

2 系統(tǒng)硬件電路的實現(xiàn)

基于以太網(wǎng)的電機控制與診斷系統(tǒng)以C8051F020單片機作為嵌入式系統(tǒng)的CPU，內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議,，以RTL8019AS作為網(wǎng)絡(luò)通信芯片,，通過控制采樣開關(guān)采集電機參數(shù)和控制電機的轉(zhuǎn)速，并通過RTL8019AS網(wǎng)卡將采集到的溫度數(shù)據(jù),、轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù),、電流數(shù)據(jù)、振動數(shù)據(jù)、磁場數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)器,，客戶機通過服務(wù)器之間的交互,，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享，客戶根據(jù)具體的需求,，利用單片機本身產(chǎn)生SPWM,，在變頻器模擬量輸入端輸入0~10V或4~20mA信號，通過改變輸入模擬量的大小控制變頻器的輸出頻率調(diào)解變頻器,，控制電機轉(zhuǎn)速，同時根據(jù)電機參數(shù)的數(shù)值,，監(jiān)控電機的運行和診斷電機的故障,，其硬件電路框圖如圖2所示。

3 以太網(wǎng)幀格式

以太網(wǎng)協(xié)議有兩種,，一種是IEEE802.2/IEEE802.3,；另一種是以太網(wǎng)的封裝格式。現(xiàn)代的操作系統(tǒng)均能同時支持這2種類型的協(xié)議格式,，因此對我們來說只需要了解其中的一種就夠了,，特別是對單片機來說，不可能支持太多的協(xié)議格式,。本系統(tǒng)采用IEEE802.3以太網(wǎng)協(xié)議,，表1給出了以太網(wǎng)幀格式的封裝形式。

表1以太網(wǎng)幀格式的封裝形式

PR：同步位,。

SD：分隔位,。

DA：目的地址，以太網(wǎng)的地址為48位(6個字節(jié))二進制地址,，表明該幀傳輸給哪個網(wǎng)卡,。

SA：源地址，48位,，表明該幀的數(shù)據(jù)是哪個網(wǎng)卡發(fā)的,，即發(fā)送端的網(wǎng)卡地址，同樣是6個字節(jié),。

TYPE：類型字段,，表明該幀的數(shù)據(jù)是什么類型的數(shù)據(jù)。

DATA：數(shù)據(jù)段,，該段數(shù)據(jù)不能超過1500字節(jié),。

FCS：32位數(shù)據(jù)校驗位。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計

本系統(tǒng)軟件的實現(xiàn)包括系統(tǒng)時鐘,、定時器,、網(wǎng)卡RTL8019AS的初始化，初始化ARP協(xié)議,，TCP協(xié)議和HTTP協(xié)議等來完成對電機參數(shù)的接收和發(fā)送,，然后由主程序循環(huán)查詢rtl8019as看是否有新數(shù)據(jù)包到來,。系統(tǒng)根據(jù)判斷事件的標志，來讀取電機的參數(shù),，如圖3所示,。其中事件的判斷執(zhí)行由單片機定時器中斷來完成，它貫穿了程序的始末,。如TCP序列號每隔20ms增加6250,，ARP地址解析時候的重發(fā)請求，每隔0.5s重發(fā)1次,，連續(xù)2次重發(fā)的請求沒回應(yīng),，則終止重發(fā)，認為這個IP地址不存,。

圖3系統(tǒng)軟件流程

ARP映射表管理,，如果ARP地址映射表內(nèi)所記錄的MAC地址60s內(nèi)沒被使用，則從映射表中刪除該條映射記錄,，進行自動更新,。最后本控制系統(tǒng)的WEBSERVER界面如圖4所示。

圖4系統(tǒng)的WEBSERVER界面

5 結(jié)論

本文提出了1種基于以太網(wǎng)的單片機的電機控制與診斷,，在文中采用了具有高性價比的以太網(wǎng)RTL8019AS芯片,，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的接收與發(fā)送，系統(tǒng)實現(xiàn)了基于8位單片機的TCP/IP協(xié)議的移植,，并實現(xiàn)了網(wǎng)頁數(shù)據(jù)傳輸功能和電機參數(shù)的查詢和電機的控制,，在這里應(yīng)用僅僅是一個實例，且由于嵌入式以太網(wǎng)的價格低廉,，相信在不久的將來一定會在工業(yè)領(lǐng)域得到更廣泛的應(yīng)用,。