基于W3100A的IP荷重传感器设计2662.docx

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1、基于W331000A的IIP荷重重传感器器设计工业生产产中，传传统测控控系统已已逐渐由由集中式式向分散散式方向向发展。分布在在现场的的传感器器和执行行机构的的智能越越来越强强，它们们之间也也越来越越表面出出对通信信的迫切切要求。随着IInteerneet的迅迅速发展展，TCCP/IIP协议议正逐渐渐成为一一种世界界通用的的网络通通信协议议标准。如果让让处于现现场的传传感器实实现TCCP/IIP协议议，也就就是把网网络连接接功能嵌嵌入到现现场传感感器中，使使传统的的传感器器真正成成为一个个独立的的网络结结点，数数据采集集、信息息传输等等都能直直接在IIntrraneet/IInteerneet上

2、以以Webb方式进进行，既既统一了了标准，又又达到了了远程控控制和操操作的目目的11，基基于W331000A的嵌嵌入式IIP荷重重传感器器正是为为实现这这种目的的而设计计的。 1 IIP荷重重传感器器结构 嵌入式式IP荷荷重传感感器是在在智能传传感器的的基础上上发展起起来的，具具有Innterrnett功能的的新型传传感器。其实质质是在传传统传感感器的基基础上实实现TCCP/IIP网络络通信协协议接口口，将传传感器作作为网络络节点直直接与计计算机网网络通信信。它的的组成主主要有：敏感单单元、智智能处理理单元和和TCPP/IPP通信协协议接口口。 图图1为嵌嵌入式IIP荷重重传感器器的结构构框图

3、。整个传传感器的的工作原原理如下下2：传统统的传感感器将被被测荷重重信号转转换为电电信号，先先通过AA/D转转换器转转换为数数字信号号，再经经过微处处理器的的数据处处理（滤滤波、校校准）将将结果传传送给网网络；与与网络的的数据交交换由基基于TCCP/IIP协议议的网络络接口模模块完成成。嵌入入式IPP荷重传传感器的的内部存存储器存存储传感感器的物物理特征征，如偏偏移、灵灵敏度、校准参参数等；微处理理器实现现数据的的处理及及输出校校准；TTCP/IP协协议实现现传感器器的网络络连接。与传统统的传感感器相比比，基于于W31100AA的嵌入入式IPP传感器器具有可可靠、便便宜、扩扩展性好好的优点点，

4、而且且可以在在内部直直接对原原始数据据加工、处理，并并通过IIntrraneet/IInteerneet与外外界进行行数据交交换，因因而它具具有微型型化、网网络化和和智能化化的特点点。由于于传感器器可与IIntrraneet/IInteerneet互连连，因而而实现了了资源共共享。 2 TCCP/IIP协议议栈的几几种实现现方案 IP传传感器的的实现的的关键在在于网络络化接口口的设计计，而网网络化接接口实现现的关键键TCPP/IPP通信协协议的实实现。目目前，实实现的方方法有下下面两种种： （11）基于于软件来来实现TTCP/IP协协议堆栈栈。通过过将TCCP/IIP协议议栈移植植到系统统中，

5、然然后调用用相关的的APII函数实实现网络络通信。或者不不采用移移植的方方法，参参照标准准的TCCP/IIP协议议精简相相应的协协议层，编编写相关关的APPI函数数完成简简易的TTCP/IP通通信。但但是这种种方法需需要有操操作系统统、高性性能MCCU及大大容量存存储器的的支持。 （22）直接接采用TTCP/IP协协议栈芯芯片。这这种方案案的主要要优点在在于，应应用系统统的设计计不必考考虑任何何网络协协议，只只需要解解决并执执行网络络芯片传传送过来来的指令令和数据据就可以以实现与与Intternnet网网络连接接，实现现数据对对网络的的传送，且且不需要要操作系系统的支支持。本本文基于于W311

6、00AA芯片的的嵌入式式IP何何重传感感器就是是采用这这种方法法实现的的。 33 传感感器系统统硬件设设计 33.1 W31100AA芯片简简介 WW31000A是是韩国WWiznnet公公司生产产的一种种TCPP/IPP协议栈栈芯片，其其中包含含的协议议层有TTCP/（传输输控制协协议）、IP（网网际协议议）、UUDP（用用户数据据报协议议）、IICMPP（因特特网控制制报文协协议）和和协议的的DLCC（数据据链路控控制），以以及MAAC协议议。该芯芯片提供供2个接接口给上上层应用用层-MCUU接口和和I2CC接口，11个MIII（MMediia IIndeepenndennt IIntee

7、rfaace）接接口给底底层物理理层。芯芯片支持持全双工工4M5Mbb/s的的数据通通信；内内部带有有双口RRAM的的数据缓缓冲器，664引脚脚LQFFP封装装，内部部结构如如图2所所示。 芯片内部部提供5512BB的控制制寄存器器存储空空间和116KBB的数据据存储缓缓冲器。其中88KB传传输数据据缓冲器器供MCCU传输输数据用用，MCCU只能能写而不不能读；8KBB接收数数据缓冲冲器供MMCU接接收数据据用，MMCU只只能读而而不能写写。芯片片提供寄寄存器供供MCUU访问，具具体的寄寄存器分分类如下下：控制制寄存器器（命令令、状态态及中断断）；系系统寄存存器（网网关地址址、子网网掩码、IP

8、地地址等）；用于数数据收、发的指指针寄存存器；通通道操作作的通道道寄存器器。各寄寄存器功功能和地地址参阅阅文献3。3.22 硬件件接口及及其数据据传输 W31100AA提供了了并口和和串口两两种方式式实现与与MCUU的通信信4。图33为基于于I2CC的串口口连接是是方式。其中MMCU为为传感器器中的处处理器，以以太网物物理层设设备选用用RTLL82001芯片片，W331000A提供供MIII接口与与RTLL82001相连连，其中中引脚RRX_CCLK、RXDDV、RRXD3：00以及及COLL用于数数据的接接收，而而TX_CLKK、TXXE、TTXD3：00用于于数据的的发送。MCUU中提供供

9、模拟的的I2CC接口与与W31100AA通信。I2CC是串行行通信总总线方式式，由数数据线SSDA和和时钟线线SCLL配合完完成通信信。 TTCP连连接分主主动连接接（TCCP客户户机模式式）和被被动连接接（TCCP服务务器模式式）。本本文主要要用到TTCP被被动连接接方式，具具体过程程如图44所示。首先，要要完成芯芯片的TTCP/IP初初始化，初初始化主主要是对对必要的的寄存器器进行相相应的设设置，这这些寄存存器包括括GARR、SMMR、SSHARR以及SSIPSS等。 上述寄存存器被设设置后通通过执行行控制寄寄存器CC0_CCR的00位Syys_iinitt激活芯芯片。其其次，设设置相应应

10、通道，如如0通道道的协议议选择寄寄存器CC0_SSOPCC为0XX01，选选择TCCP协议议。执行行通道00控制寄寄存器CC0_CCR中的的Socckett_Innit，同同时将CC0_TTW_PPR、CC0_TTR_PPR及CC0_TTA_PPR置成成同一值值。然后后执行CC0_CCR的CConnnectt和Liisteen命令令位，TTCP连连接建立立。 TTCP数数据传送送和接收收要在连连接建立立后才能能进行，通通过设置置RMSSR和TTMSRR来规定定数据缓缓冲器空空间大小小。TCCP数据据传送过过程是通通过使用用C0_TW_PR、C0_TA_PR来来进行的的，它们们的初始始值相同同。

11、然后后MCUU根据要要传送数数据的多多少增加加C0_TW_PR的的值。最最后，CC0_TTW_PPR、CC0_TTA_PPR两者者之差为为空闲数数据缓冲冲器空间间大小，执执行传送送命令，同同时增加加C0_TA_PR的的值，数数据传送送完毕后后它们的的值又相相同。 4 传传感器系系统软件件设计 IP荷荷重传感感器的工工作流程程是：首首先采集集荷重信信号，其其次将信信号进行行A/DD转换后后将结果果存储在在EEPPROMM中，并并可将信信号和处处理结果果嵌入到到存储在在EEPPROMM中的事事先定制制好的网网页中供供客户机机通过IInteerneet访问问，同时时在本机机LCDD上显示示荷重信信号

12、的数数据。WW31000A的的工作方方式类似似于Wiindoows的的Socckett APPI，因因此程序序是在CCygnnal公公司的集集成开发发环境下下，把仪仪器作为为服务器器，基于于Socckett APPI用CC语言编编写的。对C880511F0221而言言，由于于是用WW31000A来来完成TTCP协协议，其其程序简简单了许许多。通通信主程程序流程程如图55所示。 网络配置置文件预预先存储储在EEEPROOM中，对对于仪器器的本地地IP地地址设置置为一个个静态IIP地址址，如果果没有一一个静态态IP地地址也可可以采用用动态主主机配置置协议（DDHCPP）来动动态获取取一个IIP地址

13、址。 55 应用用实例 红矾钠钠是一种种重要的的无机化化工原料料。在红红矾钠的的生产中中，配料料是一个个十分重重要的工工序。由由于配料料现场的的环境恶恶劣，带带毒粉尘尘多，噪噪声大，严严重影响响工人的的身体健健康55。传传统的计计算机配配料系统统由于其其传感器器远传能能力有限限，对配配料系统统的远距距离监控控往往力力不从心心，因此此，开发发具有WWeb功功能的IIP传感感器十分分必要。基于IIP传感感器的红红矾钠配配料系统统组成框框图如图图6所示示。系统中，WWeb的的工作基基于C/S模型型，传感感器由WWeb浏浏览器和和Webb服务器器构成，两两者之间间采用HHTTPP协议进进行通信信，因此

14、此在传感感器的上上层协议议应该采采用HTTTP协协议。同同时要实实现浏览览器与嵌嵌入式WWeb传传感器交交互，除除了要解解决上述述TCPP/IPP通信协协议接口口外，在在传感器器中应提提供一个个EEPPROMM存储相相应的网网页文件件。交互互时，HHTTPP通过统统一资源源定位器器URLL（Unnifoorm Ressourrce Loccatoor）确确定传感感器应该该为浏览览器提供供哪些资资源。为为了节省省空间，通通过一种种灵活的的Hussh算法法实现。EEPPROMM的每一一个文件件都有一一个不同同的Huush值值与之相相对应，存存取时可可以很快快计算出出文件的的地址。此外，它它可以根根

15、据网页页中嵌入入的特殊殊标志实实现动态态网页，即即显示实实时采集集的数据据并进行行控制操操作。 结语 基于TTCP/IP的的嵌入式式IP荷荷重传感感器是在在计算器器技术、信号处处理、网网络控制制等技术术的基础础上发展展起来的的。它实实现了工工业现场场的远程程控制及及远程数数据采集集，使管管理人员员和测量量人员实实现虚拟拟到场，大大大节约约了管理理成本和和管理难难度。可可以预计计，随着着网络技技术、嵌嵌入式技技术和计计算技术术的进一一步发展展，Innterrnett已成为为企业管管理层的的主导网网络，基基于TCCP/IIP协议议的以太太网会逐逐渐渗入入社会生生活的各各个角落落，并不不逐步延延伸到工工业设备备现场。新一代代的传感感器-IP传传感器，将将具有广广泛的发发展前景景。