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摘要：隨著(zhù)電子技術(shù)的飛速發(fā)展，嵌入式系統在工業(yè)領(lǐng)域得到初步的應用，針對工業(yè)的需求，結合實(shí)際，精選優(yōu)化各種方法，提出了1種基于以太網(wǎng)的電機控制與診斷方案，闡述了具體的實(shí)現過(guò)程?；谝蕴W(wǎng)的電機控制與診斷系統采用C8051F020單片機作為系統的核心控制器件，通過(guò)RTL8019AS網(wǎng)卡與Internet在物理上連接起來(lái)，并在C8051F020單片機嵌入了精簡(jiǎn)優(yōu)化后的TCP/IP協(xié)議，通過(guò)單片機本身產(chǎn)生SPWM脈沖，控制變頻器，實(shí)現對電機的調速控制，通過(guò)參數的采集，可以有效的對電機故障進(jìn)行在線(xiàn)診斷。

　　
0 引言

　　隨著(zhù)Internet技術(shù)的發(fā)展、普及和單片機技術(shù)的進(jìn)步，基于單片機的小型嵌入式系統正逐步走向工業(yè)過(guò)程控制的底層，也就是設備層，這就給工業(yè)設備帶來(lái)了新的控制和診斷方法?；谝蕴W(wǎng)的單片機設備的控制與診斷結合先進(jìn)的WEB技術(shù)與嵌入式技術(shù)，實(shí)現了PC與設備的直接跨平臺的信息交互，這樣PC就可以共享設備運行的信息，有效的實(shí)現對設備的控制與診斷。而這一實(shí)現不僅帶來(lái)了控制技術(shù)的改變，同時(shí)也給診斷技術(shù)帶來(lái)了生機，可以遠程甚至跨國界進(jìn)行設備的在線(xiàn)診斷。

1 基于以太網(wǎng)的電機控制與診斷的結構設計　　基于以太網(wǎng)的單片機設備控制與診斷是以工業(yè)現場(chǎng)的三相電機為研究對象，其中包括對電機運行轉速的測量與控制，對電樞電流的采集，采集電機電勢參數，其他模相關(guān)擬量的采集。本設計的結構主體就是WEB技術(shù)與單片機和客戶(hù)機的有機結合，建立電機設備的診斷與控制模型，其模型如圖1所示。模型主要由客戶(hù)機，網(wǎng)絡(luò )和過(guò)程控制底層，即單片機嵌入式系統組成，這里采用TCP/IP協(xié)議作為嵌入式系統的通信協(xié)議，嵌入式系統的WEB服務(wù)器與客戶(hù)機的WEB服務(wù)器進(jìn)行信息交互，上傳電機運行的參數，這樣客戶(hù)或是廠(chǎng)家均可通過(guò)網(wǎng)絡(luò )實(shí)現對電機的控制與在線(xiàn)診斷。

2 系統硬件電路的實(shí)現

　　基于以太網(wǎng)的電機控制與診斷系統以C8051F020單片機作為嵌入式系統的CPU,內嵌TCP/IP協(xié)議，以RTL8019AS作為網(wǎng)絡(luò )通信芯片，通過(guò)控制采樣開(kāi)關(guān)采集電機參數和控制電機的轉速，并通過(guò)RTL8019AS網(wǎng)卡將采集到的溫度數據、轉速數據、電流數據、振動(dòng)數據、磁場(chǎng)數據上傳到服務(wù)器，客戶(hù)機通過(guò)服務(wù)器之間的交互，實(shí)現數據的共享，客戶(hù)根據具體的需求，利用單片機本身產(chǎn)生SPWM,在變頻器模擬量輸入端輸入0~10V或4~20mA信號，通過(guò)改變輸入模擬量的大小控制變頻器的輸出頻率調解變頻器，控制電機轉速，同時(shí)根據電機參數的數值，監控電機的運行和診斷電機的故障，其硬件電路框圖如圖2所示。

3 以太網(wǎng)幀格式

　　以太網(wǎng)協(xié)議有兩種，一種是IEEE802.2/IEEE802.3;另一種是以太網(wǎng)的封裝格式?，F代的操作系統均能同時(shí)支持這2種類(lèi)型的協(xié)議格式，因此對我們來(lái)說(shuō)只需要了解其中的一種就夠了，特別是對單片機來(lái)說(shuō)，不可能支持太多的協(xié)議格式。本系統采用IEEE802.3以太網(wǎng)協(xié)議，表1給出了以太網(wǎng)幀格式的封裝形式。

　　表1以太網(wǎng)幀格式的封裝形式

　　PR:同步位。

　　SD:分隔位。

　　DA:目的地址，以太網(wǎng)的地址為48位(6個(gè)字節)二進(jìn)制地址，表明該幀傳輸給哪個(gè)網(wǎng)卡。

　　SA:源地址，48位，表明該幀的數據是哪個(gè)網(wǎng)卡發(fā)的，即發(fā)送端的網(wǎng)卡地址，同樣是6個(gè)字節。

　　TYPE:類(lèi)型字段，表明該幀的數據是什么類(lèi)型的數據。

　　DATA:數據段，該段數據不能超過(guò)1500字節。

　　FCS:32位數據校驗位。

4 系統軟件設計

　　本系統軟件的實(shí)現包括系統時(shí)鐘、定時(shí)器、網(wǎng)卡RTL8019AS的初始化，初始化ARP協(xié)議，TCP協(xié)議和HTTP協(xié)議等來(lái)完成對電機參數的接收和發(fā)送，然后由主程序循環(huán)查詢(xún)r(jià)tl8019as看是否有新數據包到來(lái)。系統根據判斷事件的標志，來(lái)讀取電機的參數，如圖3所示。其中事件的判斷執行由單片機定時(shí)器中斷來(lái)完成，它貫穿了程序的始末。如TCP序列號每隔20ms增加6250,ARP地址解析時(shí)候的重發(fā)請求，每隔0.5s重發(fā)1次，連續2次重發(fā)的請求沒(méi)回應，則終止重發(fā)，認為這個(gè)IP地址不存。

　　ARP映射表管理，如果ARP地址映射表內所記錄的MAC地址60s內沒(méi)被使用，則從映射表中刪除該條映射記錄，進(jìn)行自動(dòng)更新。最后本控制系統的WEBSERVER界面如圖4所示。

圖3系統軟件流程

圖4系統的WEBSERVER界面

　5 結論

　　本文提出了1種基于以太網(wǎng)的單片機的電機控制與診斷，在文中采用了具有高性?xún)r(jià)比的以太網(wǎng)RTL8019AS芯片，實(shí)現了數據的接收與發(fā)送，系統實(shí)現了基于8位單片機的TCP/IP協(xié)議的移植，并實(shí)現了網(wǎng)頁(yè)數據傳輸功能和電機參數的查詢(xún)和電機的控制，在這里應用僅僅是一個(gè)實(shí)例，且由于嵌入式以太網(wǎng)的價(jià)格低廉，相信在不久的將來(lái)一定會(huì )在工業(yè)領(lǐng)域得到更廣泛的應用。