基于Web的数据采集系统设计.pdf
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1、Computer Knowledge and Technology电脑知识与技术本栏目责任编辑:冯蕾网络通讯及安全第8卷第16期(2012年6月)基于Web的数据采集系统设计朱舞雪,茅正冲,霍中花,高娟,邵阳,王芸芸(江南大学 物联网工程学院,江苏 无锡 214122)摘要:该系统采用以Cortex-M3为内核的LM3S8962芯片为微控制器,利用其内置的以太网控制器,将通过PT100温度传感器采集的温度数据,通过LM3S8962处理后,通过以太网传送至远程PC机,使用户能够通过任意的IE浏览器实现对温度的远程监控。该文从硬件和软件两方面介绍了基于web的数据采集系统的设计和实现过程。关键词:
2、LM3S8962;PT100;以太网;TCP/IP中图分类号:TP391文献标识码:A文章编号:1009-3044(2012)16-3844-04Data Acquisition System Design Based on WebZHU Wu-xue,MAO Zheng-Chong,HUO Zhong-hua,GAO Juan,SHAO Yang,WANG Yun-yun(Jiangnan University,Content Networking Academy of Engineering,Wuxi 214122,China)Abstract:The system uses the Co
3、rtex-M3 core LM3S8962 chip microcontroller,use its built-in Ethernet controller,temperature data collected by the PT100 temperature sensors,by the LM3S8962 treatment over Ethernet to remotethe PC,allowing users to any IE browser remote monitoring of the temperature.This article describes the hardwar
4、e and software design and implementation of web-based data acquisition system.Keywords:LM3S8962;PT100;Ethernet;TCP/IP随着当今科学技术的飞速发展,网络技术和控制技术在工业、农业等领域的应用越来越广泛,数据采集的网络化管理和远程监控技术已成为工业发展的必然趋势。M2M(Machine to Machine)的网络通信技术已成为国内外的研究热点,而Web技术为工业设备实现网络化管理提供了一种解决方案。本系统所采用的LM3S8962嵌入式微处理器是由美国Luminary Micro公司
5、设计的,它是整个嵌入式系统的核心,是控制、辅助系统运行的硬件单元。嵌入式微处理器与通用的CPU最大的不同在于嵌入式微处理器大多工作在为特定用户群所专用设计的系统中,它将通用CPU许多由板卡完成的任务集成在芯片内部,从而有利于嵌入式系统在设计时趋于小型化,同时还具有很高的效率和可靠性。本系统的设计通过外接高精度的温度传感器PT100实现对温度数据的实时采集,然后经过A/D转换电路和算法处理,由LM3S8962实时显示采集的温度。并通过将TCPIP协议栈ulP移植到LM3S8962上,将采集的温度数据通过以太网传送至远程主机,实现用户对温度的远程检测和监控的功能。1 系统总体设计该数据采集系统的整
6、体结构由LM3S8962微处理器、电源模块、PT100温度采集模块、OLED显示模块、以太网接口模块等组成。通过外接高精度的温度传感器PT100实现对温度数据的实时采集。PT100的数据口与LM3S8962的GPIO口相连,然后通过与LM3S8962连接的OLED,显示采集的温度数据。最后采集的温度数据通过搭建的网络接口线便可传送至远程主机。1.1 LM3S8962最小系统设计LM3S8962是LuminaryMicro公司推出的一款基于Cortex-M3内核的ARM芯片,它用8/16位的成本获得了32位的性能。支持最大主频为50MHz的内核,含有64kB的SRAM,256kB的Flash,集
7、成了10/100以太网控制器、CAN控制器、UART接口、SSI接口、ADC模块等。图1为LM3S8962的内部结构方框图。LM3S8962最小系统主要由LM3S8962芯片、时钟模块、复位模块、电源模块组成。8M晶振连接到振荡器引脚,再配合相应的匹配电容即可。电源和地之间要连接多个去耦电容,分布在电路板的不同位置,以提高抗干扰性能。复位电路将按键与电容并联然后串联一个10K的电阻,连接到3.3V的电源来实现。1.2 电源模块设计通过一个开关电源将220V的交流电源转换为5V直流电压给系统供电。一方面利用LDO(低压降)稳压器把5V电压转换成3.3V,供给系统的大部分芯片使用。另一方面通过一个
8、DC/DC升压模块将5V电压转换 为15V供OLED使用。图3为5V电压转3V收稿日期:2012-04-05作者简介:朱舞雪(1991-),女,山东莱阳人,学生;茅正冲,男,江苏启东人,江南大学副教授。E-mail:http:/Tel:+86-551-5690963 5690964ISSN 1009-3044Computer Knowledge and Technology电脑知识与技术Vol.8,No.16,June 2012.3844Computer Knowledge and Technology电脑知识与技术网络通讯及安全本栏目责任编辑:冯蕾第8卷第16期(2012年6月)和15V的原
9、理图。VCC5VCC15C404.7uFC38120pFC414.7uFC390.1uFR1910kR3317.8kR20200k10uHL10InductorEN+15VD3Diode BAS16SW1FB2GND3VIN4SHNDn5U7FAN5331VIN11VOUT4GND2VIN26SENSE5GND7NC3U102LP8345ILD-3.3DGNDDGNDDGNDDGND4.7uFC1054.7uFC106JP100D+5V+5VD+3.3V+5V to+3.3V 500mA Power Suplpy图2 电源模块原理图1.3 PT100温度采集模块设计PT100温度传感器的温度采
10、集范围为-200+200,显示精度0.1。当数据采集单元接收到远程主机端发送的数据采集指令时,LM3S8962通过内置A/D转换器将PT100温度传感器电路的电压值转换成数字量,再通过计算算法得到PT100的电阻值,由电阻值计算出对应的温度,并通过以太网接口实时在远程主机上显示温度值。温度数据每秒钟更新一次,并周期性地更新显示数据。1.4 以太网接口模块设计图3为LM3S8962内部的以太网控制器,以太网控制器在功能上被划分为两个模块:介质访问控制器(MAC)层和网络物理层。他们分别与ISO模型的第二层和第一层相对应。以太网控制器的基本接口是到MAC层的一个简单总线接口。MAC层提供了以太网帧
11、的发送和接收处理。MAC层还通过一个内部的介质独立接口(MII)给PHY模块提供接口。图3 以太网控制器1.4.1 TCP/IP协议栈uIPuIP是专为8位和16位的嵌入式微控制器设计的微型TCP/IP协议栈,它采用BSD授权,具有良好的互操作性和可移植性。uIP具有如下特性:1)良好的文档和源代码注释。2)代码少。3)占用的内存少,在编译时候可以设置。4)支持ARP、SLIP、IP、UDP、ICMP(ping)和TCP协议。5)提供一套实例程序:web服务器、web客户端、电子邮件发送程序(SMTP客户端)、Telnet服务器、DNS主机名解析程序。6)活动的TCP链接数没有限制,在编译时可
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