CN102095457A - 具有标准以太网接口的电磁流量计 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有标准以太网接口的电磁流量计，主控制模块与以太网通讯模块双向连接，电源模块同时与传感器、接线端子模块、主控制模块、以太网通讯模块双向连接，传感器与电源模块和主控制模块双向连接，接线端子模块与以太网通讯模块双向连接，主控制模块与液晶显示及按键模块双向连接；本发明的有益效果为：具有时钟显示、掉电存储、自诊断报警等功能，可实现在工业以太网内的数字化通信，访问和控制，具有较强的通信速率和抗干扰性能；实现了工业控制网络与企业信息网络的无缝连接，形成企业级管控一体化的全开放网络。
Description
技术领域
本发明涉及一种电磁流量计，特别涉及一种具有标准以太网接口的电磁流量计。
背景技术
随着IT技术的飞速发展和工业自动化要求的不断提高，工业控制领域需要一种高速、廉价、实时性和开放性好、稳定性和准确性高的网络，以太网技术具有价格低廉、稳定可靠、通信速率高、软硬件产品丰富、应用广泛以及支持技术成熟等优点，特别适应于工业控制领域的新需求。工业以太网中最典型的形式是以太网技术与TCP/IP协议栈相结合，在设备中嵌入以太网通讯接口，嵌入TCP/IP协议便可形成支持以太网、TCP/IP协议和Web服务器的Internet现场节点。在企业内部，可以利用企业信息网络，进行工厂实时运行数据的发布和显示，在应用层协议尚未统一的环境下，管理者可直接实现对生产现场的监视与控制，进而实现实时监控、在线设备调试及设备故障诊断和处理。
发明内容
鉴于工业控制网络系统的优点，本发明的目的在于提供一种具有标准以太网接口的电磁流量计，将其应用于工业控制现场，实现系统的流量检测功能，实现电磁流量计的网络化通讯。本发明采用的技术方案为：一种具有标准以太网接口的电磁流量计，包括主控制模块、以太网通讯模块、传感器、电源模块，接线端子模块和液晶显示及按键模块构成，其特征在于：主控制模块与以太网通讯模块双向连接，电源模块同时与传感器、接线端子模块、主控制模块、以太网通讯模块双向连接，传感器与电源模块和主控制模块双向连接，接线端子模块与以太网通讯模块双向连接，主控制模块与液晶显示及按键模块双向连接；所述的主控制模块由微处理器，数据采集电路、电源转换电路、可编程时钟输出电路和EEPROM存储器构成，其连接为微处理器同时与电源转换电路、可编程时钟输出电路和EEPROM存储器双向连接，与数据采集电路单向连接；所述的以太网通讯模块由网络变压器、以太网控制器、ARM处理器芯片、标准JTAG电路构成，其连接为标准JTAG电路、ARM处理器芯片、以太网控制器、网络变压器依次双向连接；
主控制模块工作流程包括以下步骤，⑴初始化：微处理器通电后首先关闭中断，对微处理器芯片及其外围芯片进行初始化，包括微处理器芯片串口初始化及中断优先级设置，对外围EEPROM、时钟芯片、AD采样芯片进行初始化及液晶屏显示初始化；⑵以太网通信的映射变量和写映射变量初始化：打开中断，进行以太网通信的映射变量和写映射变量初始化；⑶进入主循环：完成掉电检测，不掉电时定时器每1秒置位自定义标志变量一次，进行流量检测采集、读写以太网映射变量、存储时间及累计流量，定时器每500毫秒置位自定义标志变量一次，进行屏幕刷新，如有按键操作，完成按键响应；
以太网通讯模块工作流程包括以下步骤，⑴初始化：该模块通电后，ARM和网络芯片初始化，设置时钟和外围控制器并移植嵌入式操作系统uC/OS-II和嵌入式TCP/IP网络协议；⑵发送报文：当接收到主控制模块发送的报文时，提取主控制模块报文中的数据部分，添加TCP/IP报头后发送到以太网中；⑶当接收到网络中的TCP/IP报文时，提取TCP/IP报文中的数据部分，添加主控制模块报头后发送到主控制模块中。
本发明的有益效果为：具有时钟显示、掉电存储、自诊断报警等功能，可实现在工业以太网内的数字化通信，访问和控制，具有较强的通信速率和抗干扰性能；实现了工业控制网络与企业信息网络的无缝连接，形成企业级管控一体化的全开放网络。
附图说明
图1为本发明的电路总体结构框图。
图2为本发明的主控制模块的程序流程图。
图3为本发明的以太网通讯模块的程序流程图。
具体实施方式
采用P89C51RD2微处理器、标准JTAG电路、PCF8563T时钟/日历芯片、带看门狗的串行EEPROM 存储器X5325PI、AT91SAM7x256的ARM处理器、以太网控制器采用集成PHY层的RTL8201。
如图1所示，主控制模块由P89C51RD2微处理器，数据采集电路，电源转换电路，可编程时钟输出电路和EEPROM存储器构成，对采集的传感器数据进行处理、通过串口遵照自定义的通信交互协议与以太网通讯模块的通讯、存储必要的采集和菜单设置数据、菜单功能的实现、按键响应等功能。其中P89C51RD2微处理器为主控制模块的核心；数据采集电路用于采集传感器产生的感应电动势，对信号进行放大、滤波及采样保持；电源转换电路将电源模块产生的信号进行电平转换，产生主控制模块各芯片所需的电源信号；可编程时钟输出电路为电磁流量计提供显示时钟，通过IIC总线与P89C51RD2微处理器进行通信；EEPROM存储器用于保存必要的数据，以免掉电后重要数据的丢失。
以太网通讯模块由网络变压器，以太网控制器，ARM处理器芯片，标准JTAG电路及外围电路构成。网络变压器分别与以太网控制器和RJ45相连，实现网络信号与片上通讯信号的隔离，提高系统的抗干扰能力；以太网控制器为集成了PHY层的网络芯片，其外接晶振为25MHz，通过MII接口与ARM处理器芯片相连，实现网络数据的收发；ARM处理器芯片与以太网控制器相连，实现以太网数据报文的接受与发送，完成与以太网控制器和P89C51RD2微处理器间的数据交换；标准JTAG电路与ARM处理器相连，实现ARM处理器的程序下载及仿真调试；外围电路主要实现电平转换，为以太网通讯模块提供工作电源。以太网通讯模块与主控制模块通过串行接口进行数据交互，使仪表具有实时以太网通信的功能。上位组态软件可以对符合TCP/IP协议的现场设备进行组态和监控，实现设备管理和信息访问。
电源模块通过整流电路、隔离变压器将220V交流电源转换成直流5V和24V电源，为整个系统提供工作电源。电源模块中还包括激磁回路和励磁断线检测电路，激磁回路接受P89C51RD2微处理器产生的励磁信号，为励磁线圈供电，若励磁回路断路，励磁断线检测电路会产生励磁断线报警信号传送给P89C51RD2微处理器。
液晶显示及按键模块用于仪表瞬时流量、累计流量、单位、提示信息等的显示，3个按键可根据用户要求设置仪表菜单等工作。
接线端子模块包含交流电源接口和网络接口RJ45，用于交流电源的供电和网络传输，以太网接口直接连接工业交换机。接线端子模块还包含热敏电阻和保险丝，用于电路过流时为系统提供保护。
如图2所示，P89C51RD2微处理器通电后首先关闭中断，对P89C51RD2芯片及其外围芯片进行初始化，包括P89C51RD2芯片串口初始化及中断优先级设置，对外围EEPROM、时钟芯片、AD采样芯片进行初始化及液晶屏显示初始化，然后打开中断，进行以太网通信的映射变量和写映射变量初始化，之后进入主循环，主循环中完成掉电检测、流量检测采集、读写以太网映射变量、存储时间及累计流量、屏幕刷新、按键响应等功能。
如图3为所示，以太网通讯模块为封装了TCP/IP通信协议栈的以太网通讯接口模块，其中集成了TCP/IP通信协议栈以及为与主控制模块交互数据而自定义的通信交互协议，实现了工业以太网数据的确定性通信。TCP/IP通信协议栈实现以太网数据报文的接受与发送，实现工业以太网控制系统结构中各个层次的协议规范。
以太网通讯模块整个软件系统移植有嵌入式操作系统uC/OS-II和嵌入式网络TCP/IP协议。在该模块通电后，程序首先进行整个硬件系统的初始化，使能 ARM和网络芯片，设置时钟和外围控制器，然后初始化嵌入式操作系统uC/OS-II和嵌入式TCP/IP网络协议，当接收到主控制模块发送的报文时，提取主控制模块报文中的数据部分，添加TCP/IP报头后发送到以太网中。当接收到网络中的TCP/IP报文时，提取TCP/IP报文中的数据部分，添加主控制模块报头后发送到主控制模块中。
Claims (1)
1.一种具有标准以太网接口的电磁流量计，包括主控制模块、以太网通讯模块、传感器、电源模块，接线端子模块和液晶显示及按键模块构成，其特征在于：主控制模块与以太网通讯模块双向连接，电源模块同时与传感器、接线端子模块、主控制模块、以太网通讯模块双向连接，传感器与电源模块和主控制模块双向连接，接线端子模块与以太网通讯模块双向连接，主控制模块与液晶显示及按键模块双向连接；所述的主控制模块由微处理器，数据采集电路、电源转换电路、可编程时钟输出电路和EEPROM存储器构成，其连接为微处理器同时与电源转换电路、可编程时钟输出电路和EEPROM存储器双向连接，与数据采集电路单向连接；所述的以太网通讯模块由网络变压器、以太网控制器、ARM处理器芯片、标准JTAG电路构成，其连接为标准JTAG电路、ARM处理器芯片、以太网控制器、网络变压器依次双向连接；主控制模块工作流程包括以下步骤；
⑴初始化：微处理器通电后首先关闭中断，对微处理器芯片及其外围芯片进行初始化，包括微处理器芯片串口初始化及中断优先级设置，对外围EEPROM、时钟芯片、AD采样芯片进行初始化及液晶屏显示初始化；
⑵以太网通信的映射变量和写映射变量初始化：打开中断，进行以太网通信的映射变量和写映射变量初始化；
⑶进入主循环：完成掉电检测，不掉电时定时器每1秒置位自定义标志变量一次，进行流量检测采集、读写以太网映射变量、存储时间及累计流量，定时器每500毫秒置位自定义标志变量一次，进行屏幕刷新，如有按键操作，完成按键响应；
以太网通讯模块工作流程包括以下步骤，
⑴初始化：该模块通电后，ARM和网络芯片初始化，设置时钟和外围控制器并移植嵌入式操作系统uC/OS-II和嵌入式TCP/IP网络协议；
⑵发送报文：当接收到主控制模块发送的报文时，提取主控制模块报文中的数据部分，添加TCP/IP报头后发送到以太网中；
⑶当接收到网络中的TCP/IP报文时，提取TCP/IP报文中的数据部分，添加主控制模块报头后发送到主控制模块中。
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|---|---|
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