CN105847294A - 基于w5500的高频静电除尘电源系统通讯协议转换器及通讯方法 - Google Patents

基于w5500的高频静电除尘电源系统通讯协议转换器及通讯方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于W5500的高频静电除尘电源系统通讯协议转换器及通讯方法，包括下位机、通讯模块和上位机，下位机采用TMS320F2812主控芯片；通讯模块采用基于移植uCOSII操作系统的ARM芯片STM32F103ZET6，程序运行时把一个应用程序分割成多个任务，根据任务的优先级，通过调度器使CPU分别执行各个任务，减少CPU的空闲时间；上位机采用IFIX，配置MBE驱动，实现与下位机的通讯以及实时监控。位机与ARM芯片间通过RS485串口实现数据的发送与接收；STM32F103ZET6作为SPI通信的主控，通过SPI通讯协议实现与W5500实时交换数据。本发明提高数据传输的可靠性，可以实现远程实时监控，移植方便，传输速度快，网络安全稳定。

Description

基于W5500的高频静电除尘电源系统通讯协议转换器及通讯 方法
技术领域
本发明涉及一种基于W5500的高频静电除尘电源系统通讯协议转换器及通讯方法。
背景技术
随着工业领域的迅速发展，对环境造成的污染的也越来越严重，除尘装置的应用也越来越广泛，对除尘设备各方面的要求也越来越严格。
现有的除尘装置在实现远距离的通讯上仍然有很大的局限，而且协议栈需开发人员自己移植，在工业应用中有一定的局限，增加了开发的难度。在通讯可靠性方面，现在普遍采用根据下位机返回码检测数据传输是否正常的方法，但是仅根据下位机返回码检测数据传输状态存在很多局限性，当下位机与上位机之间连接不稳定时，上位机就收不到应答数据，此时上位机就不能对故障做出判断。
发明内容
针对上述所述缺点，本发明的目的是提供一种基于W5500的高频静电除尘电源系统通讯协议转换器及通讯方法，该转换器采用集成了TCPIP协议栈的网卡芯片W5500, 同时移植操作系统uCOSII到STM32中，采用MODBUS TCP通讯协议，在工业生产中更有通用性。本发明采用不仅仅依赖下位机返回码的故障检测机制，提高数据传输的可靠性，可以实现远程实时监控，移植方便，传输速度快，网络安全稳定。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种基于W5500的高频静电除尘电源系统通讯协议转换器，其特征在于：该转换器包括下位机、通讯模块和上位机，下位机和上位机均与通讯模块连接；所述的下位机采用TMS320F2812主控芯片；所述的通讯模块采用基于移植uCOSII操作系统的ARM芯片STM32F103ZET6，程序运行时把一个应用程序分割成多个任务，根据任务的优先级，通过调度器使CPU分别执行各个任务，减少CPU的空闲时间；所述的上位机采用IFIX，配置MBE驱动，实现与下位机的通讯以及实时监控。
本发明中，所述的下位机采用TMS320F2812主控芯片，它是一款专用于控制的多功能、高性价比、高性能的32bit定点DSP。负责采集处理除尘电源的参数并控制电源系统稳定高效的运行。适用于复杂的功能控制系统中。由于其性价比高，在工业自动化控制中得到广泛应用。
通讯模块采用基于移植uCOSII操作系统的ARM芯片STM32F103ZET6，相较于裸机运行的程序代码，移植操作系统后，程序运行时可以把一个应用程序分割成多个任务，操作系统根据任务的优先级，通过调度器使CPU分别执行各个任务，减少了CPU的空闲时间，提高了CPU的利用率。
所述的通讯模块采用ARM芯片STM32F103ZET6。STM32F103ZET6具有体积小、低功耗、低成本、高性能以及寻址方式灵活简单，执行效率高等优点。通讯模块采用W5500，内部集成了TCP/IP协议栈，物理层（PHY）及10/100M以太网数据链路层（MAC），在拓展网络连接中有广泛应用。
通讯模块是基于移植uCOSII操作系统的ARM芯片STM32F103ZET6，并在此芯片上成功移植W5500，实现TCP IP通讯，同时在应用层采用MODBUS 通讯协议，最终实现上位机与下位机间的MODBUS TCP远程通讯方式。
一种高频静电除尘电源系统通讯协议转换器的通讯方法，其特征在于该方法包括以下几个方面：
1）下位机与ARM芯片间通过RS485串口实现数据的发送与接收；
2）STM32F103ZET6作为SPI通信的主控，通过SPI通讯协议实现与W5500实时交换数据；
3） ARM芯片作为协议转换器，下位机DSP采用自由协议，当STM32F103ZET6采集到来自下位机的数据与控制命令时，将自由协议转换为MODBUS TCP通讯格式，并实时的将相关寄存器的数据通过W5500传送至上位机，上位机中符合数据地址要求的变量将做出相应的动作；同理，上位机发送的数据以MODBUS TCP协议通过W5500传至STM32，STM32将MODBUS TCP协议转换为自由协议通过串口传送到DSP，实现数字量与模拟量的采集与监控，使电源系统安全稳定的运行；
4）首先利用modbus自身的故障检测功能，即依据服务器返回的应答报文中判断，当报文中检测到异常码时，则通讯出现异常，根据相应的异常码，判断故障类型并处理；同时针对某些服务器无法收到返回报文的情况，在底层网卡及接收下位机串口数据处编写程序，当STM32在预定时间内未收到串口数据，则协议转换器向上位机发送下位机连接异常报警，当底层网卡在预定时间未收到数据则协议转换器向上位机发送上位机连接异常报警。方便工作人员对不同的故障情况及时进行处理，提高数据传输的可靠性。
在本发明中，上位机采用功能强大的iFIX监控软件，配置MBE驱动，实现与下位机的通讯，实时监控除尘设备的运行状况。
本发明采用集成了TCPIP协议栈的网卡芯片W5500, 同时移植操作系统uCOSII到STM32中，采用MODBUS TCP通讯协议，在工业生产中更有通用性。本发明采用不仅仅依赖下位机返回码的故障检测机制，提高数据传输的可靠性，可以实现远程实时监控，移植方便，传输速度快，网络安全稳定。
附图说明：
图1是本发明的通讯系统结构图。
图2是本发明的W5500集成的TCPIP协议栈内核结构图。
图3是本发明的数据传输可靠性检测流程图。
具体实施方式：
结合附图说明本发明的实现方法：
如图1所示：一种基于W5500的高频静电除尘电源系统通讯协议转换器，包括下位机、通讯模块和上位机，下位机和上位机均与通讯模块连接；下位机采用TMS320F2812主控芯片；通讯模块采用基于移植uCOSII操作系统的ARM芯片STM32F103ZET6，程序运行时把一个应用程序分割成多个任务，根据任务的优先级，通过调度器使CPU分别执行各个任务，减少CPU的空闲时间；上位机采用IFIX，配置MBE驱动，实现与下位机的通讯以及实时监控。
一种高频静电除尘电源系统通讯协议转换器的通讯方法，包括以下几个方面：
下位机与ARM芯片间通过串口实现数据的发送与接收；STM32F103ZET6作为SPI通信的主控，通过SPI通讯协议实现与W5500实时交换数据。ARM芯片作为协议转换器，下位机DSP采用自由协议，当STM32F103ZET6采集到来自下位机的数据与控制命令时，将自由协议转换为MODBUS TCP通讯格式，并实时的将相关寄存器的数据通过W5500传送至上位机，上位机中符合数据地址要求的变量将做出相应的动作。同理，上位机发送的数据以MODBUS TCP协议通过W5500传至STM32，STM32将MODBUS TCP协议转换为自由协议通过串口传送到DSP，实现数字量与模拟量的采集与监控。
如图2所示：W5500集成了的TCPIP协议栈，以太网芯片的内核由传输层的 TCP、UDP、ICMP、IGMP 等协议、网络层的 IP、ARP、PPPoE 等协议以及链路层的 MAC 构成，再加上物理层的 PHY 和外围的寄存器、内存、SPI 接口实现以太网传输。
如图3所示：针对数据传输的可靠性问题，首先利用modbus自身的故障检测功能，即依据服务器返回的应答报文中判断，当报文中检测到异常码时，则通讯出现异常，根据相应的异常码，判断故障类型并处理；同时针对某些服务器无法收到返回报文的情况，在底层网卡及接收下位机串口数据处编写程序，当STM32在预定时间内未收到串口数据，则协议转换器向上位机发送下位机连接异常报警，当底层网卡在预定时间未收到数据则协议转换器向上位机发送上位机连接异常报警。方便工作人员对不同的故障情况进行处理，提高数据传输的可靠性。

Claims (4)

1.一种基于W5500的高频静电除尘电源系统通讯协议转换器，其特征在于：该转换器包括下位机、通讯模块和上位机，下位机和上位机均与通讯模块连接；所述的下位机采用TMS320F2812主控芯片；所述的通讯模块采用基于移植uCOSII操作系统的ARM芯片STM32F103ZET6，程序运行时把一个应用程序分割成多个任务，根据任务的优先级，通过调度器使CPU分别执行各个任务，减少CPU的空闲时间；所述的上位机采用IFIX，配置MBE驱动，实现与下位机的通讯以及实时监控。
2.根据权利要求1所述的高频静电除尘电源系统通讯协议转换器，其特征在于：所述的通讯模块采用ARM芯片STM32F103ZET6。
3.根据权利要求1所述的高频静电除尘电源系统通讯协议转换器，其特征在于：所述的通讯模块采用W5500，内部集成了TCP/IP协议栈，物理层及10/100M以太网数据链路层。
4.一种权利要求1所述的高频静电除尘电源系统通讯协议转换器的通讯方法，其特征在于该方法包括以下几个方面：
1）下位机与ARM芯片间通过RS485串口实现数据的发送与接收；
2）STM32F103ZET6作为SPI通信的主控，通过SPI通讯协议实现与W5500实时交换数据；
3） ARM芯片作为协议转换器，下位机DSP采用自由协议，当STM32F103ZET6采集到来自下位机的数据与控制命令时，将自由协议转换为MODBUS TCP通讯格式，并实时的将相关寄存器的数据通过W5500传送至上位机，上位机中符合数据地址要求的变量将做出相应的动作；同理，上位机发送的数据以MODBUS TCP协议通过W5500传至STM32，STM32将MODBUS TCP协议转换为自由协议通过串口传送到DSP，实现数字量与模拟量的采集与监控，使电源系统安全稳定的运行；
4）首先利用modbus自身的故障检测功能，即依据服务器返回的应答报文中判断，当报文中检测到异常码时，则通讯出现异常，根据相应的异常码，判断故障类型并处理；同时针对某些服务器无法收到返回报文的情况，在底层网卡及接收下位机串口数据处编写程序，当STM32在预定时间内未收到串口数据，则协议转换器向上位机发送下位机连接异常报警，当底层网卡在预定时间未收到数据则协议转换器向上位机发送上位机连接异常报警。
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