基于W3100A的IP荷重传感器设计.docx

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1、基于W3100A的IP荷重传感器设计ronggang导语：介绍基于W31OOA的嵌入式IP荷重传感器构造厦其网络化接口的几种实现方式;着重讨论基于TCP/IP协议栈芯片W3100A的网络化接口及Web功能的实现;给出嵌入式IP荷重传感器的一个应用实例摘要：介绍基于W31OOA的嵌入式IP荷重传感器构造厦其网络化接口的几种实现方式;着重讨论基于TCP/IP协议栈芯片W3100A的网络化接口及Web功能的实现;给出嵌入式IP荷重传感器的一个应用实例。关键词：IP传感器网络化接口W31OOA荷重传感器工业消费中，传统测控系统已逐渐由集中式向分散式方向开展。分布在现场的传感器和执行机构的智能越来越强，

2、它们之间也越来越表现出对通讯的迫切要求。随着Intelnet的迅速开展，TCP/IP协议正逐渐成为一种世界通用的网络通讯协议标准。假如让处于现场的传感器实现TCP/IP协议，也就是把网络连接功能嵌入到现场传感器中，使传统的传感器真正成为一个独立的网络结点，数据收集、信息传输等都能直接在Intranet/Internet上以Web方式进展，既统一了标准，又到达了远程控制和操纵的目的。基于W3IOOA的嵌入式IP荷重传感器正是为实现这种目的而设计的。1IP荷重传感器构造嵌入式IP荷重传感器是在智能传感器的根底上开展起来的具有Internet功能的新型传感器。其本质是在传统传感器的根底上实现TCP/

3、IP网络通讯协议接口，将传感器作为网络节点直接与计算机网络通讯。它的组成主要有：敏感单元、智能处理单元和TCP/IP通讯协议接口。图l为嵌入式IP荷重传感器的构造框图。整个传感器的工作原理如下:传统的传感器将被测荷重信号转换为电信号，先通过A/D转换器转换为数字信号，再经过微处理器的数据处理滤波、校准将结果传送给网络;与网络的数据交换由基于TCP/IP协议的网络接口模块完成。嵌入式IP荷重传感器的内部存储器存储传感器的物理特征，如偏移、灵敏度、校准参数等;微处理器实现数据的处理及输出校准;TCP/IP协议实现传感器的网络连接。与传统的传感器相比，基于W3100A的嵌入式IP传感用具有可靠、廉价

4、、扩展性好的优点，而且可以在内部直接对原始数据加工、处理，并通过Intranet/Internet与外界进展数据交换，因此它具有微型化、网络化和智能化的特点。由于传感器可与Intranet/Internet互连，因此实现了资源分享。2TCP/lP协议栈的几种实现方案IP传感器实现的关键在于网络化接口的设计，而网络化接口实现的关键在于TCP/IP通讯协议的实现。目前，实现的方法有下面两种：基于软件来实现TCP/IP协议栈。通过将TCP/IP协议栈移植到系统中，然后调用相关的API函数实现网络通讯。或不采用移植的方法，参照标准的TCP/IP协议精简相应的协议层，编写相关的API函数完成简易的TCP

5、/IP通讯。但是这种方法需要有操纵系统、高性能MCU及大容量存储器的支持。直接采用TCP/IP协议栈芯片。这种方案的主要优点在于，应用系统的设计不必考虑任何网络协议，只需要解释并执行网络芯片传送过来的指令和数据就可以实现与Internet网络连接，实现数据对网络的传送，且不需要操纵系统的支持。本文基于W3IOOA芯片的嵌入式IP荷重传感器就是采用这种方法实现的。3传感器系统硬件设计3.1W3100A芯片简介W3100A是韩国Wiznet公司消费的一种TCP/1P协议栈芯片，其中包含的协议层有TCP传输控制协议、IP网际协议、UDP用户数据报协议、ICMP因持网控制报文协议和协议的DLC数据链路

6、控制，以及MAC协议。该芯片提供2个接口给上层应用层MCU接口和I2C接口，1个MIIMediaIndependentInterface接口给底层物理层。芯片支持全双工4M5Mb/s的数据通讯;内部带有双口RAM的数据缓冲器，64引脚LQFP封装，内部构造如图2所示。芯片内部提供512B的控制存放器存储空间和16KB的数据存储缓冲器。其中8KB传输数据缓冲器供Mcu传输数据用，MCU只能写而不能读;8KB接收数据缓冲器供MCU接收数据用，MCU只能读而不能写。芯片提供存放器供MCU访问，详细的存放器分类如下;控制存放器命令、状态及中断;系统存放器网关地址、子网掩码、IP地址等;用于数据收、发的

7、指针存放器;通道操纵的通道存放器。各存放器功能和地址参阅文献。3.2硬件接口及其数据传输W3100A提供了并口和串口两种方式实现与MCU的通讯。图3为基于12C的串口连接方式。其中MCU为传感器中的处理器，以太网物理层设备选用RTIL8201芯片。W3100A提供MII接口与RTL820l相连，其中引脚RX_CLK、RXDV、RXD3;O以及COL用于数据的接收，而TX_CLK、TXE、TXD3：O用于数据的发送。MCU中提供模拟的I2C接口与W3lOOA通讯。I2C是串行通讯总线方式，由数据线SDA和时钟线SCL配合完成通讯。TCP连接分主动连接TCP客户机形式和被动连接TCP效劳器形式。本

8、文主要用到TCP被动连接方式，详细经过如图4所示。首先，要完成芯片的TCP/IP初始化，初始化主要是对必要的存放器进展相应的设置。这些存放器包括GAR、SMR、SHAR以及SIPR等。上述存放器被设置后通过执行控制存放器CO_CR的0位Sys_init激活芯片。其次，设置相应通道，如0通道，的协议选择存放器C0_SOPR为0X01，选择TCP协议。执行通道O控制存放器CO_CR中的Socket_Init，同时将C0_Tw_PR、C0_TR_PR及CO_TA_PR置成同一值。然后执行C0_CR的Connect和Listen命令位，TCP连接建立。TCP数据传送和接收要在连接建立后才能进展，通过设

9、置RMSR和TMSR来规定数据缓冲器空间大小。TCP数据传送经过是通过使用C0_TW_PR、CO_TA_PR来进展的，它们的初始值一样。然后MCU根据要传送数据的多少增加C0_TW_PR的值。最后，C0_TW_PR、C0_TA_PR两者之差为空闲数据缓冲器空间大小，执行传送命令，同时增加C0_TA_PR的值，数据传送完毕后它们的值又一样。4传感器系统软件设计IP荷重传感器的工作流程是：首先收集荷重信号，其次将信号进展A/D转换后将结果存储在EEPROM中，并可将信号和处理结果嵌入到存储在EEPROM中的事先定制好的网页中供客户机通过Internet访问，同时在本机LCD上显示荷重信号的数据。W

10、31130A的工作方式类似于Windows的SocketAPI，因此程序是在Cygnal公司的集成开发环境下，把仪器作为效劳器，基于SocketAPI用C语言编写的。对C8051F021而言，由于是用W3100A来完成TCP协议，其程序简单了很多。通讯主程序流程如图5所示。网络配置文件预先存储在EEPRM中，对于仪器的本地IP地址设置为一个静态IP地址，假如没有一个静态IP地址也可以采用动态主机配置协议DHCP来动态获取一个IP地址。5应用实例红矾钠是一种重要的无机化工原料。在红矾钠的消费中，配料是一个特别重要的工序。由于配料现场的环境恶劣，带毒粉尘多，噪声大，严重影响工人的身体安康。传统的计

11、算机配料系统由于其传感器远传才能有限，对配料系统的远间隔监控往往力不从心，因此，开发具有web功能的IP传感器特别必要。基于IP传感器的红矾钠配料系统组成框图如图6所示。系统中Web的工作基于C/S模型，传感器由Web阅读器和Web效劳器构成，两者之间采用HTTP协议进展通讯，因此在传感器的上层协议应该采用HTTP协议。同时要实现阅读器与嵌入式Web传感器交互，除了要解决上述TCP/IP通讯协议接口外，在传感器中应提供一个EEPROM存储相应的网页文件。交互时，HTTP通过统一资源定位器URLUniforrmResourceLocator确定传感器应该为阅读器提供哪些资源。为了节省空间，通过一种灵敏的Hllsh算法实现。EEPROM的每一个文件都有一个不同的Hush值与之相对应，存取时可以很快计算出文件的地址。此外，它可以根据网页中嵌入的特殊标志实现动态网页，即显示实时收集的数据并进展控制操纵。