基于EtherCAT總線的串聯(lián)型分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、在實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)和工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，經(jīng)常會(huì)遇到被測(cè)物理量種類多、測(cè)點(diǎn)位置分散、測(cè)點(diǎn)數(shù)量多、通信實(shí)時(shí)性要求高等問(wèn)題。為了很好地解決這些問(wèn)題，本論文設(shè)計(jì)了一套基于EtherCAT總線的分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。EtherCAT協(xié)議是目前存在的實(shí)時(shí)性和可靠性最高的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議之一，它采用改進(jìn)的以太網(wǎng)協(xié)議實(shí)現(xiàn)，并由硬件電路完成協(xié)議功能，充分保證了通信的實(shí)時(shí)性和可靠性。EtherCAT網(wǎng)絡(luò)采用“一主多從”式控制結(jié)構(gòu)，主站使用普通的PC機(jī)即可實(shí)現(xiàn)

2、，從站使用專門的控制芯片完成通信任務(wù)。在本系統(tǒng)中，任何輸出1-5V標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)的傳感器都可以與從站相連，使系統(tǒng)可以采集多種物理量。系統(tǒng)中每個(gè)從站只連接一個(gè)傳感器，并與傳感器一起布置在測(cè)點(diǎn)位置，根據(jù)測(cè)點(diǎn)數(shù)量的多少靈活增減從站數(shù)量。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的分布式結(jié)構(gòu)非常適用于測(cè)點(diǎn)位置分散、測(cè)點(diǎn)數(shù)量多的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控場(chǎng)合。
　　論文首先概述了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)與研究現(xiàn)狀，分析得出分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是主流的發(fā)展趨勢(shì)之一。同時(shí)對(duì)比分析了幾種常用的

3、工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，結(jié)果表明EtherCAT以太網(wǎng)在實(shí)時(shí)性、可靠性和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)靈活性方面非常突出。然后，詳細(xì)介紹了本套數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)和工作原理，并分析了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)。其次，分別從整體架構(gòu)、物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層方面介紹了EtherCAT協(xié)議的工作原理。再次，詳細(xì)闡述了系統(tǒng)主站軟件的設(shè)計(jì)過(guò)程，包括主站軟件的功能需求分析，多線程和多媒體定時(shí)器編程技術(shù)介紹，以及主站各個(gè)功能模塊的編程實(shí)現(xiàn)。而后，分析了系統(tǒng)從站電路的功能結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將從站

4、電路分成了EtherCAT網(wǎng)絡(luò)通信模塊、模擬信號(hào)處理模塊、微處理器控制模塊和電源管理模塊四大功能模塊并依次介紹了各個(gè)功能模塊的電路設(shè)計(jì)，給出了各模塊的關(guān)鍵部分電路原理圖。又介紹了整個(gè)從站電路板的PCB設(shè)計(jì)，交代了電路板中各項(xiàng)PCB設(shè)計(jì)參數(shù)和應(yīng)該注意的抗干擾設(shè)計(jì)原則。
　　最后，我們借助實(shí)驗(yàn)室資源，利用本系統(tǒng)搭建了波高數(shù)據(jù)采集平臺(tái)，通過(guò)實(shí)際采集波浪水池中不同位置的波浪高度數(shù)據(jù)，測(cè)試并分析了系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)。測(cè)試結(jié)果表明本論文設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)