基于以太网的远程监控硬件系统设计.doc

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1、摘 要系统以AT89S52单片机为控制核心，以太网模块作为接口，温度控制系统作为被控对象，并采用单线数字温度传感器DS18B20采集现场温度数据而设计的远程温度控制系统，实现了基于以太网的远程温度监控。该系统具有结构新颖、电路简单和控制方便等优点。并可根据需要设置控制温度的上、下限，系统具有超过设置上、下限温度自动告警等功能。本文阐述了系统的硬件和软件的具体实现和所用到的关键技术。介绍了一种用ZNE-100T以太网转串口模块实现AT89S52单片机与以太网通信的方法。开发了ZNE-100T的结构与用法及与AT89552的硬件连接方法和软件设计。关键词: 远程监控 以太网 ZNE-100T 单片

2、机ABSTRACTIn this paper,employed AT89S52 MCU as the core component,Ethernet module as the interface and temperature control system as the object,a chip DS18B20 is applied as a digital temperature sensor to realize remote temperaturemonitoring based on Ethernet.The system possess of many excellences,i

3、ncluding its novel structure,simple circuit and expedient control.The upper and lower limit value of the temperature controlled by this system can be set discretionarily and an alarm will be given by system if the temperature exceeds the limits.The thesis tells us details concrete realization and th

4、e key technology used in hardware and software of system.In this paper,a method of implementing Ethernet communications of AT89S52 using Ethernet of serial interface ZNE-1OOT is recommended,mainly describing thes trueture and usage of the ZNE-100T and eonnection method with AT89S51 and software desi

5、gn.Keywords :Remote control Ethernet ZNE-100T MCU目 录第一章 绪 论11.1 引言11.2 远程监控技术的研究现状11.3 远程监控技术的前景和展望21.4 本课题的主要做的工作3第二章 远程监控和以太网技术的研究42.1 远程监控技术42.2 以太网技术分析6第三章 监控系统的硬件设计103.1 系统组成及原理103.2 系统硬件设计103.3 温度监控的实现过程15第四章 软件流程设计及通信协议164.1 ZNT-100T模块的使用和网络通信协议164.2 系统软件总体设计164.3 分系统软件的设计194.4 远程监控端的软件设计23第五

6、章 调试25第六章 结论26参考文献27致 谢28第一章 绪 论1.1 引言随着计算机和网络技术的发展，引发了远程监测、监控领域深刻的技术变革。系统结构向网络化、开放性方向发展将是技术发展的主要潮流。以太网作为目前应用最广泛的局域网技术，凭借其开放性好、成本低廉、数据传输率高等诸多优势，在工业自动化和过程控制领域得到了越来越多的应用。依靠以太网技术实现信息共享，给办公自动化带来很大的变革，对系统设计产生了深远的影响。本文以温度控制为研究对象，以AT89S52单片机为核心，以ZNE-100T模块为以太网接口，设计了一个基于以太网的远程温度控制系统。1.2 远程监控技术的研究现状随着经济的全球化和

7、信息技术的广泛应用，计算机网络得到飞速的发展，网络技术也得到广泛的应用，建立远程监控系统已是一个必然趋势。远程监控技术是计算机网络技术和监控技术的结合。目前，远程监控技术在医疗诊断中的应用、发展较为完善，但在工业控制、设计行业的发展和应用则较为缓慢。监控技术经历了三个发展阶段：单机监控系统，即用单台计算机进行设备的监控；集中式监控系统，由多台计算机组成，由其中一台计算机对其他多台计算机进行监控；集散型监控系统发展到网络范围内的远程监控。现在，远程监控技术正处于积极研究、发展、应用的探索中，并且已有相应的应用系统使用。对于远程监控技术，国内外都展开了积极的研究。国外对远程监控技术的研究起步较早，

8、1997年1月，首届基于Internet的远程监控诊断工作会议由斯坦福大学和麻省理工学院联合主办，这次会议得到了制造业、计算机厂商、网络行业和仪表行业等许多大公司的热情支持，如Sun、HP、Boeing、Intel、Ford等。随后，由这些公司合作共同推出了一个实验性的系统TESTBED，该系统可以初步在Internet网络中实现信息监控和故障会诊，但该系统实验结果与设计目标相去甚远，只是起到了一种研究的作用。许多著名的国际组织如SMFPT(Society for Machinery Failure Prevention Technology)、MIMOSA(Machinery Informa

9、tion Management Open System Alliance)等等，也展开了对远程监控技术的研究，并提出、建立了一定的数据交换和信息处理的标准。NATIONAL INSTRUMENT公司在它的产品LABVIEW中加入了网络通信处理模块，可以在网络范围内实现监控数据的传送。在国外，对远程监控技术的研究已从理论研究阶段过渡到开发应用阶段，如已成功地应用在输油管线的远程监控、工业过程远程监控以及楼宇的智能化监控等系统中。目前，我国正处于Internet发展的初级阶段，对于远程监控技术也展开了积极的研究，主要集中于各大学。如西安交通大学研制的“大型旋转机械计算机状态监测系统及故障诊断系统(

10、RMMD)”，华中科技大学开发的“汽轮机工况监测和诊断系统(KBGMD)”，哈尔滨工业大学的“微计算机球范围的智能网络数控系统(INET-CNC)”等。当前远程监控技术的发展有如下特点。(1)硬件、软件采用模块式、分布式结构性能良好的操作系统、数据库管理系统以及成套的软件开发包为用户的开发和使用带来了极大的便利，并逐渐走向开放化、标准化。(2)通信网络化通信网络技术的应用，使得设备之间及设备与监控计算机之间的信息交换更方便。(3)通信质量的提高，远程监控系统的通道对通信的质量有重大影响，目前许多单位都在对如何提高通信质量问题进行研究。(4)工作站采用高性能的微机高性能微机处理能力强、速度快、容

11、量大而且有支持多网络的特点等，为提高系统运行和联网性能奠定了基础。远程监控能够实现信息的快速采集、综合处理，利用及时的信息提高管理决策水平。随着社会生活的自动化，特别是一大批智能设备的出现，远程监控的应用领域将越来越广。1.3 远程监控技术的前景和展望计算机领域经历了一场新的革命，它结合了现代控制技术、图形技术，其目标是随时随地为人们提供无缝的、高质量的、易用的、廉价的信息资源，使其能真正进入人们的生活。计算机监控系统的技术水平也从初期的模拟信息传输与控制飞速发展到了数字化、网络化信息传输与控制。目前远程监控技术的主流是应用以太网技术，在TCP/IP协议和WWW规范的支持下，合理组织软件结构，

12、使工作人员通过访问网络服务器来迅速获取自己权限下的所有信息并及时做出响应将来，嵌入式系统的发展会越来越迅速，越来越成熟，这项新技术迟早必将用于远程监控系统上，是监控系统未来发展方向之一。嵌入式监控系统可以使信息实现本地化处理，改善服务器性能，可以使每一个设备具备上网与服务功能，即每一个设备都可以独立进行服务，从而大大提高监控的质量和范围。 网络通信技术在测控系统中的应用还渗透到了传感器领域，将网络接口芯片与智能传感器集成起来，并把通信协议固化到智能传感器的ROM中，导致了网络传感器的产生。网络传感器继承了智能传感器的全部功能，并且能够和计算机网络进行通信，因而在现场总线控制系统中得到了广泛的应

13、用成为现场级数字化传感器。国外有不少仪器公司己研制出了各种各样的网络化传感器。国内在网络传感器方面的研究尚处于原理研究阶段，还没有成型的网络化传感器出现。 监控技术的发展始终与最新技术的发展息息相关，使用者不断对远程监控的简便性及实时性提出了更高的要求。因此必须要更好地、更及时地应用最新技术，这样才能使得远程监控不断地发展，不断地满足人们的需求。 1.4 本课题的主要做的工作本文对国内外有关远程监控系统的研究方案进行分析比较后，结合以太网具有应用广泛、价格低廉、通信速率高、软硬件产品丰富、应用支持技术成熟的优点，提出了基于以太网的远程监控系统。本文以温度控制为研究对象，以AT89S52单片机为

14、核心，以ZNE-100T模块为以太网接口，设计了一个基于以太网的远程温度控制系统。完成硬件电路设计和软件设计，并对系统进行调试验证。第二章 远程监控和以太网技术的研究2.1 远程监控技术远程监控从字面上理解可以分为“监”和“控”两部分，其中“监”也就是远程监视，可以分为两大部分：一是对环境的监视，二是对计算机系统及网络设备的监视，不管怎么说远程监视就是指通过网络获得信息为主：而“控”也就是指远程控制，是指通过网络对远程计算机进行操作的方法，它不仅仅包括对远程计算机进行重新启动、关机等操作、还包括对远端计算机进行日常设置的工作。通过硬件的配合还可以实现远程开机的功能。总而言之，要想完全控制远端的

15、计算机，首先应该能够对其监视，也就是可以看到该计算机的屏幕显示，然后才谈得上“控制”，远程控制必须做到“监”、“控”结合，因此我们通常说的远程监控一般泛指就是这种远程控制。除此之外，对于网络管理员来说，远程控制还包括对网络设备的控制，现今大多数网络设备都支持Telnet，甚至Web方式对其进行远程管理，这也是一种远程控制的方法。2.1.1 远程监控系统功能分析远程监控系统有两种类型，一种是生产现场没有现场监控系统，而是将数据采集后直接送到远程计算机进行处理，这种远程监控与一般的现场监控没有多大的区别，只是数据传输距离比现场监控系统要远，其它部分则和现场监控系统相同；另一种是现场监控与远程监控并

16、存。一般是采用现场总线技术将分布于各个设备的传感器、监控设备等连接起来，这样就从分立单元阶段进入了集成单元阶段，然后各个管理站点的服务再用局域网连接起来，这样就形成了企业内部网(Intranet)。由于建立了基本的网络信息基础结构，设备监测、维护技术进入了集成系统阶段，在一个单位的内部基本上实现了资源和信息共享。 远程控制所实现的功能如下：采集与处理功能：主要是对生产过程的各种模拟或数字量进行检测、采样和必要的预处理，并且以一定的形式输出，如打印报表、显示屏和电视等，为生产人员提供详实的数据，帮助他们进行分析，以便了解生产情况；监督功能：将检测到的实时数据、还有生产人员在生产过程中发出的指令和

17、输入的数据进行分析、归纳、整理、计算等二次加工，并分别作为实时数据和历史数据加以存储；管理功能：利用己有的有效数据、图像、报表等对工况进行分析、故障诊断、险情预测，并以声光电的形式对故障和突发事件报警；控制功能：在检测的基础上进行信息加工，根据事先决定的控制策略形成控制输出，直接作用于生产过程。基于B/S和C/S的远程监控系统是以网络作为通信平台的监控系统，以HTTP技术为基础，具有简单、高效等优点，已经成为信息网络的一种最普遍应用的信息交互平台。利用网络通信技术Socket技术、数据采集技术及面向对象等软件技术实现了整个系统的系统管理、用户管理、设备监控数据显示及报警等模块，其优点是充分利用

18、了现有的局域网资源和广域网资源，以最高的性能价格比，以信息的实时获取和实时控制为中心，实现信息、资源及任务的综合共享和全局一体化的管理。例如：监控系统将设备运行情况提供给服务器，并由服务器发送到各个节点客户机，工作人员在客户机端(一般为远端)便可了解整个系统的工作状态及运行情况。简单地讲，对企业来说就是充分利用现代技术解决实时数据的采集、传输和处理以及进行实时控制的问题。正是它的这些优点使得它得以飞速发展。随着网络技术的不断发展，远程监控将更多地应用在企业生产过程的管理中，专业技术人员可以通过互联网来管理和维护生产过程，优化生产工艺，提高设备的可用率，最终降低生产成本，提高效益。2.1.2 远

19、程监控系统所具备的优点借助于远程监控可以将企业内部的信息网(Intranet)与控制网有效地连接起来，实现对生产、运营情况的随时掌握，把生产运营状况同企业的经营管理策略紧密结合，从而实现企业的综合自动化，可以建立网络范围内的监控数据和网上知识资源库。通过远程监控可以实现现场运行数据的实时采集和快速集中，获得现场监控数据，为远程故障诊断技术提供了物质基础；通过远程监控，技术人员无须亲临现场或恶劣的环境就可以监视并控制生产系统和现场设备的运行状态及各种参数，使受过专业训练的人员。虚拟地出现在许多监控地点，方便地利用本地丰富的软硬件资源对远程对象进行高级过程控制，以维护设备的正常运营，从而减少值守工

20、作人员，最终实现远端的无人或少人值守，达到减员增效的目的。 目前，越来越多的企业集团呈跨地域的发展趋势，利用网络技术实现远程监控，对企业降低生产成本，提高劳动生产率，提高企业产品的科技含量，以及增强企业的综合竞争实力等方面都具有十分重要的意义。 2.1.3 远程监控系统所存在的技术问题 随着网络技术的飞速发展和监控范围的扩大，监控系统由过去的单机监控过渡到现在的网络监控，但目前还存在着一些问题。首先，网络通信技术不足的问题。网络通信技术是远程监控技术中最为关键的技术，然而，目前网络通信一般简单采用Socket技术，甚至FTP或Email等，这些技术无论在传输的数据量、编程的灵活性还是安全性方面

21、都有很大的欠缺，特别是对于现场多个端点的数据采集，会大大增加编程的复杂度，不能满足远程监控技术对网络通信的需求；其次，网络通信中多种结构并存的问题。目前的远程监控系统结构大多比较复杂，分布距离远，而且还存在着不同局域网，不同平台，甚至在同一局域网中的操作平台以及编程语言也可能有不同的问题，这就要求集成网络中的不同平台，实现相互之间的通信，而这些问题采用传统方法是难以解决的。2.2 以太网技术分析以太网作为一种局域网基本介质接入技术，由于其高度的灵活性和实现的简单性，近年来得到迅猛的发展。以太网在工业控制领域已有不少成功的应用，主要有以下几方面。(1)车间级生产信息集成主要由专用生产设备、专用测

22、试设备、条码器、PC机及以太网络设备组成；主要功能是完成车间级生产信息及产品质量信息的管理。(2)管理层信息网络也就是支撑工厂管理层MIS系统的计算机网络，主要完成如ERP的信息系统。(3)SCADA系统特别是一些区域广泛、含有计算机广域网技术、无线通信技术的SCADA系统，如城市供水或污水管网的SCADA系统、水利水文信息监测SCADA系统等。(4)个别的控制系统网络个别要求高可靠性和一定实时性的分布式控制系统也有采用以太网及TCP/IP技术，并获得很好的效果，如水电厂的计算机监控系统。2.2.1 以太网及其发展早期以太网是在20世纪70年代由美国施乐(Xerox)公司发明的，最初用于实验室

23、互联网络，接着采用了载波侦听多路访问/冲突检测(CSMA/CD)传输规范，到1982年产生了IEEE802.3规范标准，并且由数字设备公司、英特尔公司和Xerox公司联合开发了与IEEE802.3标准兼容的以太网2.0方案。以太网是应用最为广泛的局域网，包括标准以太网(l0 Mbps)、快速以太网(100 Mbps)、千兆以太网(1000 Mbps)等。按照ISO/OSI的7层参考模型，以太网标准只定义了物理层和数据链路层，作为一个完整的通信系统，以太网需要高层协议的支持。70年代中期，美国国防部为其ARPANET广域网开发了TCP/IP高层通信协议，并将以太网作为其物理层和数据链路层的协议。

24、从此以后，以太网便和TCP/IP协议紧密绑在一起。近年来，由于Internet采用了以太网和TCP/IP协议并得到广泛应用，人们甚至把如超文本传输协议HTTP等TCP/IP协议组放在一起，俗称以太网技术。以太网支持的传输介质为双绞线、同轴电缆、光纤等，其最大的优点是简单、经济实用。以太网的分类方法有多种，可以按网络的传输介质、拓扑结构、工作速率和执行的标准规范等进行分类。随着网络的普及使用，以太网得到了飞速的发展，主要体现在两个方面：一是以太网的传输速率从原先的10 Mbps发展到1000 Mbps，甚至更高；另一重要方面就是网络结构从最初的共享式向交换式发展。2.2.2 以太网基本工作原理以

25、太网采用带冲突检测的载波侦听多路访问(CSMA/CD)机制。以太网中节点都可以看到在网络中发送的所有信息，因此，我们说以太网是一种广播网络。当以太网中的一台主机要传输数据时，它将按如下步骤进行: (1)侦听信道上是否有信号在传输。如果有的话，表明信道处于忙状态，就继续侦听，直到信道空闲为止；(2)若没有侦听到任何信号，就传输数据；(3)传输的时候继续侦听，如发现冲突则执行退避算法，随机等待一段时间后，重新执行步骤(1)(当冲突发生时，涉及冲突的计算机会发送一个拥塞序列，以警告所有的节点)；(4)若未发现冲突则发送成功，计算机会返回到侦听信道状态；注意：每台计算机一次只允许发送一个包，所有计算机

26、在试图再一次发送数据之前，必须在最近一次发送后等待0.96微秒(以10MbPs运行)。2.2.3 以太网的帧协议一个标准的以太网物理传输帧由七部分组成如表2.1所示，(单位：字节)。表2.1以太网的物理传输帧结构PRSD同步位7分割位DASATYPEDATAPADFCS176612246-1500_4目的地址源地址类型数据段可选帧校验以太网物理传输帧各部分的含义如下。PR：同步位，用于收发双方的时钟同步，同时也指明了传输的速率。SD：分割位，表示下面跟着的是真正的数据，而不是同步时钟，为8位的二进制数，跟同步值不同的是最后2位是11而不是10。DA：目的地址，以太网的地址为48位二进制地址，表

27、明该帧传输给哪个网卡。如果为FFFFFFFFFFFF，则是广播地址，广播地址的数据可以被任何网卡接收到。SA：源地址，48位，表明该帧的数据是哪个网卡发的，即发送端的网卡地址。TYPE：类型字段，表明该帧的数据是什么类型的数据，不同的协议的类型字段不同。如：0800H表示数据为IP包，0806H表示数据为ARP包，8137H表示数据为IPX/SPX包。DATA：数据段，该段数据不能超过1500字节。因为以太网规定整个传输包的最大长度不能超过1518字节。PAD：填充位。以太网帧传输的数据包最小不能小于64字节，除去DA、SA、TYPE占用的14个字节，还必须传输50字节的数据，当数据段的数据不

28、足46字节时，后面补0或其它值。FCS：32位数据校验值。为32位的CRC校验，该校验由网卡自动计算、自动生成、自动校验、自动在数据段后面填入。所有数据位的传输由低位开始，除了数据段的长度不定外，其他部分的长度固定不变。除去DA、SA、TYPE占用的14字节，还必须传输50字节的数据，当数据段的数据不足46字节时需填充，填充字符的个数不包括在长度字段里；超过1500个字节时，需拆成多个帧传送。发送数据时，PR、SD、FCS及填充字段这几个数据段由以太网控制器自动产生；接收数据时，PR、SD被跳过，控制器一旦检测到有效的前序字段(即PR、SD)，就认为接收数据开始。2.2.4 以太网的连接1.拓

29、扑结构：总线型：所需的电缆较少、价格便宜、管理成本高，不易隔离故障点、采用共享的访问机制，易造成网络拥塞。早期以太网多使用总线型的拓扑结构，采用同轴缆为传输介质，连接简单，通常在小规模的网络中不需要专用的网络设备，但由于它存在的固有缺陷，己经逐渐被以集线器和交换机为核心的星型网络所代替。星型：管理方便、容易扩展、需要专用的网络设备作为网络的核心节点、需要更多的网线、对核心设备的可靠性要求高。采用专用的网络设备(如集线器或交换机)作为核心节点，通过双绞线将局域网中的各台主机连接到核心节点上，这就形成了星型结构。星型网络虽然需要的线缆比总线型多，但布线和连接器比总线型的要便宜。此外，星型拓扑可以通

30、过级联的方式很方便的将网络扩展到很大的规模，因此得到了广泛的应用，被绝大部分的以太网所采用。2.传输介质： 以太网可以采用多种连接介质，包括同轴缆、双绞线和光纤等。其中双绞线多用于从主机到集线器或交换机的连接，而光纤则主要用于交换机间的级联和交换机到路由器间的点到点链路上。同轴缆作为早期的主要连接介质已经逐渐趋于淘汰。当前以太网支持光纤和双绞线媒体支持下的四种传输速率：10MbPs10BaseT Ethernet(802.3)100MbPsFast Ethernet(802.3u)1000MPbsGigabit Ethernet(802.32)10Gigabit EthernetIEEE802

31、.3ae第三章 监控系统的硬件设计3.1 系统组成及原理DS18B20温度传感器控制电路告警电路AT89S52单片机上位PC机显示电路以太网ZNE-100T图3.1系统硬件结构图系统工作原理：先由DS18B20单线数字温度传感器负责实时采集现场温度信号，并把温度信号直接以数字形式传送给AT89S52单片机。AT89S52单片机取得相应的数值后经主程序分析与设定值比较，根据实际情况输出信号控制输出电路各端口的电平，以驱动外围的控制电路工作，实现对被控制对象的控制。同时单片机通过UART0串口连接到ZNE-100T，通过以太网与上位机连接，实现基于以太网的远程通信。3.2 系统硬件设计本系统硬件主

32、要包括单片机的最小系统、温度采集电路、显示电路、告警电路、外围控制电路和以太网接口模块等。本系统AT89S52作为核心处理器。AT89S52是Atmel公司生产的低功耗、高性能CMOS8位单片机，片内含有8k字节的EPROM和256字节的RAM。具有ISP（在系统编程）功能。它具有灵活性高、使用方便、价格低等优点。因此，该芯片在嵌入式控制系统中得到了广泛应用。本系统采用Dallas单线数字温度传感器DS18B20现场采集温度数据，打破了传统的热电阻、热电偶再通过A/D转换采集温度的思路，用Atmel公司的Flash单片机AT89S52对数字进行处理和控制，通过RS-232串口，经过以太网传到P

33、C机实现远程控制。利用AT89S52的ISP（在系统编程）功能，很方便地把编好的程序写到单片机中，并且调试、修改和升级很容易。本系统监控的温度范围为0+90，温度值显示的精度为0.1，不但可以利用十进制实时显示温度值，还可根据需要设置控制温度的上、下限，当温度超过设定值时，系统自动产生告警指示。以下是各部分的电路功能：（1） AT89S52单片机AT89S52是整个系统的核心处理器，单片机首先把通过传感器测到的现场温度与预先设置的温度进行比较，如果大于或小于预先设置值,就输出信号去控制加热器的工作,从而实现温度控制。AT89S52还负责液晶显示、告警，同时通过以太网与上位机进行通信等工作。图3

34、.2 单片机最小系统（2）温度传感器5V温度传感器是该系统的关键器件，本文选用的是美国Dallas半导体公司生产的数字化温度传感器DS18B20，它支持单总线接口，其内部使用了在板（ON-B0ARD）专利技术。全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。其测量温度范围为-55+125，在-10+85范围内，精度为0.5。温度传感器DS18B20采集到的现场温度直接以单总线的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性，适合于恶劣环境的现场温度测量。如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。与前一代产品（世界上第一片支持单总线接口的DS1820温度传感器）不同，它支持3.0V5.

35、5V的电压范围，使系统设计更灵活、方便，而且DS18B20价格更便宜，体积更小。DS18B20的内部结构主要有4部分：64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。其温度检测电路图如图3.3所示。DS18B20管脚GND为电源地，DQ为数字信号输入/输出端，VDD为外接供电电源接入端（用寄生电源方式时接地）。在本系统中用外接电源，DQ接到AT89B52的P2.0端，R1为信号和5V电源之间的上拉电阻。在实际中，若需要多点检测时，可在单总线上挂多个DS18B20。图3.3温度检测电路图本系统是以炉温作为温度检测对象，电阻炉的温度变化范围为30150。系统设定温度为3

36、580，温度越限时产生告警。由于温度变化惯性大，因此，系统选用固态继电器作为温控元件。固态继电器是由固体元件组成的无触点开关元件，利用电子元件的开关特点来控制电路的断开与接通，工作可靠、寿命长，开关速度快，能实现较为理想的控温较果。系统采用的固态继电器是TOSHIBA的TSS16J41S。系统选用了PID调节器。当电阻炉的温度一旦越限，PID调节器使固态继电器TSS16J41S接通或断开，从而实现控制加热器，使电阻炉温度被控制在设定的温度范围内。（3）以太网接口电路设计系统的以太网功能是通过ZNE-100T模块实现的。ZNE-100T是周立功公司开发的一款嵌入式以太网转串口模块，它内部集成了T

37、CP/IP协议，配有32位ARM7CPU、16KB RAM、128KB FLASH和10M以太网接口，支持RS-232和RS-485接口，支持动态或静态获取IP地址，有TCP Server，TCP Client，UDP，Real COM driver，Group Mode等多种工作方式，可使用网页浏览器进行配置，提供通用配置函数库，方便用户使用VC、VB、Delphi和C+Builder开发应用程序。由于ZNE-100T以太网模块能够实现串口设备和以太网设备之间数据的透明传输，利用它可以轻松完成嵌入式设备的网络功能。ZNE-100T以太网模块的波特率、开始位、停止位以及工作方式通过配置软件来设

38、计。在本系统中，设置其波特率为9600b/s，开始位为1位，停止位为1位，工作方式为TCP Sever。由于AT89S52单片机本身提供了一组全双工串行传输口，由TXD引脚来传送串行数据，而由RXD引脚来接收数据，可是其工作逻辑电平皆为TTL电平（0V，5V）。而ZNE-100T模块配置的是RS-232标准串行接口，电平为（+12V，-12V），二者的电气规范不一致，因此要完成单片机与PC机的数据通信，必须对单片机输出的TTL电平进行电平转换。本系统采用MAXIM公司生产的MAX232电平转换芯片来实现RS-232标准接口通信。AT89S52TXRXGNDRTTXGNDZNE-100T图3.4

39、 AT89S52与ZNE-100T模块的接口电路图（4）控制电路驱动电路采用继电器驱动方式。通过控制继电器在控制周期内通断的时间，实现对加热器的开关控制。从而实现控制温度。由单片机I/O口输出的控制信号，经NPN晶体管放大，驱动继电器工作。图3.5 控制电路（5）告警电路本设计采用蜂鸣器告警电路，它由晶体管和蜂鸣器组成。由单片机I/O口输出信号控制晶体管的导通或截止，晶体管导通，则蜂鸣器告警。图3.6 告警电路（6）显示电路液晶采用1601A,可以显示一行数据，16个字符，足够作为温度显示使用。P1口作为数据传输口。E是液晶显示器的使能端。R/W是液晶的读写控制端。RS是液晶的寄存器选择端。1

40、0k电阻用来调节对比度。BLK是背光地，BLA是背光电源。图3.7显示电路3.3 温度监控的实现过程系统工作时先由使用者设定预期达到的两位温度值（该值为十进制，单位为摄氏度，范围3580），温度值输入后，打开电源，单片机自动复位，进行初始化，这时液晶显示器显示设定温度，以便操作人员核对设定温度，然后温度检测电路将测点的温度输入单片机，经软件滤波后作为实测温度，此后显示器将一直显示实测温度。本系统的温度设置也可通过远程监控端的上位PC机设定，上位PC机通过ZNE-100T模块，将给定量和各设定参数传递给AT89S52单片机，DS18B20温度传感器也将现场实时检测得到的电阻炉的温度传递给AT89

41、S52单片机，AT89S52单片机获得DS18B20温度传感器传送的温度后经主程序分析，并把它与设定值比较，若实测温度高于设定温度时，则通过驱动电路关上加热器并告警；若实测温度低于设定温度时，则通过驱动电路打开加热器并告警；若在设定温度范围内，则加热器状态不变。第四章 软件流程设计及通信协议4.1 ZNT-100T模块的使用和网络通信协议在使用RS232-以太网模块ZNE-100PT之前，应当按照ZNE-100PT的要求对模块进行软件配置。主要工作有配置模块的IP地址、模块的子网掩码、模块网关和串行接口的波特率等参数。配置完成后模块即可使用。需要注意的是，设置模块属性时，可将帧起始字节和帧结束

42、字节设为空。这样，当模块对通信数据划分TCPIP数据包时，就可按串口数据的帧间隔作为分包条件。根据监控系统的要求，设定本系统与以太网之间的通信规约。通信数据格式 字头+命令字+数据长度+数据体 字头：START。 命令字：共计1个字。第1字节：表示数据传输方向。由单片机以太网为U；由以太网单片机为P。第2字节：为命令字。命令1：由单片机以太网时，表示后面数据为8路AD输入值和8路数字IO输入值；由以太网单片机时，表示后面数据为2路DA输出值和8路数字IO输出值。命令2：由单片机以太网时，表示后面数据为RS232接口收到并转发以太网的，数据体长度小于255字节；由以太网单片机时，表示后面数据需经

43、监控系统的RS232接口发出，数据传送结束时监控系统返回OK，表示传送结束。 数据长度：999字节，表示后面数据体的长度。 数据体：所需传输的数据。4.2 系统软件总体设计系统采用AT89S52作为核心处理器件，把经过DS18B20现场实时采集到的温度数据，存入AT89S52的内部数据存储器，送液晶显示，并与预先设定值进行比较，然后由单片机输出信号去控制加热器。进行温度控制程序的设计应考虑如下几个问题：实时采集温度；温度显示；与上位PC机通信程序；越限告警和处理。软件设计主要有：主程序、初值设定子程序、温度读取子程序、液晶显示子程序和输出控制子程序等。初值设定子程序完成对温度初值的设定及数据保

44、存；温度读取子程序完成对温度传感器数据的读取，并通过液晶显示子程序显示温度值；输出控制子程序则根据温度的数值完成对输出口的控制。AT89S52的具体软件主程序和串口通信中断程序分别如图4.1和图4.2所示。图4.1主程序流程图上电后单片机复位，完成初始化过程。然后单片机读取18B20检测到的温度值，将读取的温度值与预设的温度范围进行比较。如果在预设温度范围内，显示温度值，并将数据传输给以太网模块。若采集的温度不在预设温度允许范围内，程序将继续将采集温度与预设值比较，如果比设定温度高，那么发出报警，关闭加热器并显示当前温度值，然后将读取的温度值发送到以太网模块；如果比设定的温度值低，那么打开加热

45、器并发送当前温度到以太网模块。发送完数据，程序继续执行检测温度的过程。图4.2串行通信中断流程图单片机接收以太网的控制信息采用中断法，程序判断RI标志，是1说明有数据到来，程序进入中断子程序。子程序中对接收到的数据进行分析，根据数据类型标志位判断其是控制加热器的信息还是设定温度门限值的信息。然后根据具体的数据对加热器和单片机的寄存器作出反应。在执行完子程序后中断返回，继续执行其他工作。4.3 分系统软件的设计4.3.1 DS18B20的设计流程图图4.3 DS18B20的设计流程图打开电源，DS18B20初始化，初始化完毕以后，采集温度，DS18B20温度传感器也将现场实时检测得到的电阻炉的温

46、度传递给AT89S52单片机，AT89S52单片机获得DS18B20温度传感器传送的温度后经主程序分析，显示温度，把温度发送到ZNE-100T,判断是是否记时到达1S，已到，继续采集温度，不到1秒，继续等待。下面是18B20的部分程序：;根据DS18B20的初始化时序、写时序和读时序，分别编写了3个子程序:;INIT为初始化子程序，WRITE为写（命令或数据）子程序,;READ为读数据子程序，所有的数据读写均由最低位开始 DAT EQUP2.0 WDLSBEQU0AAH WDMSBEQU0ABHINIT:CLREAINI10:SETBDAT MOVR2,#200 INI11: CLRDAT D

47、JNZR2,INI11;主机发复位脉冲持续3s200=600s SETBDAT;主机释放总线，口线改为输入 MOVR2,#30INI12: DJNZR2,INI12;DS18B20等待2s30=60s CLRC ORL C,DAT;DS18B20数据线变低（存在脉冲）吗？JC INI10;DS18B20未准备好，重新初始化 MOV R6,#80INI13: ORL C,DAT JC INI14;DS18B20数据线变高，初始化成功 DJNZR6,INI13;数据线低电平可持续3s80=240s SJMPINI10;初始化失败，重来INI14: MOVR2,#240INI15: DJNZR2,INI15;DS18B20应答最少2