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基于以太网的PROFIBUS-DP通信平台的研究

作　者: 许波
导　师: 蒋大明
学　校: 北京交通大学
专　业: 交通信息工程及控制
关键词: 现场总线 PROFIBUS-DP 以太网 TCP/IP协议 μC/OS-Ⅱ
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


现场总线开启了自控领域新的技术变革,以其信息处理现场化特点,迅速成为各行各业研究的焦点；随着Internet风靡全球,以太网技术向工业控制方面发展已成为趋势,尤其嵌入式以太网的出现,实现了智能设备的网络化。这两种技术在工控范围内各具优势,但也存在不足,如何融合两者技术优势,取得技术互补,将是工控领域发展的重要课题。在此背景下,本课题对PROFIBUS-DP总线和以太网之间数据通信进行了深入的研究,提出了一种以太网与PROFIBUS-DP,总线数据转换通信的设计方案,并主要从硬件和软件两方面进行介绍。本文介绍了现场总线和以太网两种技术的优缺点,并详细分析了PROFIBUS-DP协议和TCP/IP协议,根据其开放式架构提出了合理的设计方案。首先,在硬件方面,主控制器选用性能优越的LPC2386微处理器,其最大特点就是集成了一个功能齐全的10Mbps/100Mbps以太网控制器；以太网模块选用DP83848C作为以太网PHY(物理层)接口,方便的实现了以太网数据通信；PROFIBUS-DP模块选用SIMENS公司提供的用于PROFIUBS-DP开放式工业现场总线智能化接口芯片SPC3。这三个模块构建了基于以太网的PROFIBUS-DP通信平台。其次,在搭建完成硬件平台的基础上完成软件设计：移植嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ,从而方便实现多应用任务的调度；针对以太网技术要求,移植嵌入式TCP/IP协议栈——LwIP,并进行实验验证。最后,完成应用程序的编写,并通过了PROFIBUS-DP系统测试。从而实现了基于以太网的PROFIBU-DP数据通信。对以后工业实现“一网到底”的自控研究有很高的参考价值。

全文目录


致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-9
序  9-12
1 绪论  12-19
  1.1 现场总线技术  12-14
    1.1.1 现场总线技术特点  12-13
    1.1.2 PROFIBUS技术  13-14
  1.2 以太网技术  14-16
    1.2.1 以太网技术的特点  14-15
    1.2.2 以太网已向工业控制网络发展  15-16
    1.2.3 嵌入式Internet  16
  1.3 现场总线技术与以太网技术相结合  16-17
  1.4 课题研究背景及意义  17
  1.5 本论文的主要工作及组织  17-19
2 PROFIBUS-DP协议与TCP/IP协议分析  19-28
  2.1 PROFIBUS-DP通信协议  19-24
    2.1.1 PROFIBUS协议结构  19-20
    2.1.2 PROFIBUS-DP通信模型  20-24
  2.2 TCP/IP协议的体系结构  24-27
    2.2.1 TCP/IP协议参考模型  24-25
    2.2.2 TCP/IP协议分析  25-27
  2.3 本章小结  27-28
3 基于以太网的PROFIBUS-DP通信平台的硬件设计  28-37
  3.1 通信平台总体设计  28-29
  3.2 硬件平台各模块设计  29-35
    3.2.1 主控制器模块  29-32
    3.2.2 以太网模块  32-34
    3.2.3 PROFIBUS-DP模块  34-35
  3.3 PCB设计  35-36
  3.4 本章小结  36-37
4 软件系统的设计与实现  37-51
  4.1 嵌入式操作系统  37-42
    4.1.1 μC/OS-Ⅱ操作系统  37
    4.1.2 μC/OS-Ⅱ的移植  37-42
  4.2 嵌入式TCP/IP协议栈  42-45
    4.2.1 与CPU及编译器有关的数据类型  42
    4.2.2 和μC/OS-Ⅱ相关的函数  42-44
    4.2.3 LwIP测试  44-45
  4.3 PROFIBUS-DP软件设计  45-49
    4.3.1 以太网数据交换  45-47
    4.3.2 PROFIBUS-DP数据交换  47-49
  4.4 本章小结  49-51
5 基于以太网的PROFIBUS-DP通信系统测试  51-58
  5.1 测试设计  51-52
  5.2 测试过程  52-57
  5.3 结果分析  57
  5.4 本章小结  57-58
6 总结与展望  58-59
  6.1 总结  58
  6.2 展望  58-59
参考文献  59-61
作者简历  61-63
学位论文数据集  63

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统
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