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随着社会信息化程度的不断提高和企业内部网(Intranet)、广域网(Internet)的飞速发展,对以传感器为核心的测控系统也提出了网络化的要求。且网络化已成为现代传感器的一个重要发展方向。
在工业现场如果电路中的电流值过大往往会引发种种危险,如烧坏马达,引起火灾等。为此开发了锑化铟磁敏电流传感器,并将传感器通过嵌入式以太网系统接入局域网,以实现远程在线监测。
本文首先介绍了锑化铟磁敏电阻效应及其原理,在此基础上给出了无接触式磁阻电流传感器的工作原理,并分析了工作电路,包括信号放大电路、带通滤波电路及比较输出电路。
紧接着,介绍了嵌入式系统与以太网技术的定义以及嵌入式系统与以太网的结合在国内外的发展概况,并说明了研究基于嵌入式以太网技术的网络化传感器和开发相应嵌入式系统的意义。针对目前的发展现状,总结了实现嵌入式以太网的三种解决方案:32位微处理器运行嵌入式操作系统、采用专用网络协议处理芯片、单片机嵌入TCP/IP协议栈。分析比较了三种方案的各自特点、实现的难易程度以及最终产品的生产成本等,从而选定单片机嵌入TCP/IP协议栈作为本系统的设计方案。在此基础上提出整个设计方案的总体思想,并对硬件系统和软件系统进行了具体的设计。
本论文主要完成以下工作:
1.利用锑化铟磁敏电阻设计出无接触式电流传感器,并对其工作原理和工作电路进行分析。
2.着重讨论了硬件系统的嵌入式微控制器Atmega64和网卡控制芯片RTL8019AS的内部结构以及控制方法。给出了硬件系统的设计原理图。
3.为了提高整个系统的性能,并为以后处理实时性要求较高、较复杂的多任务应用做好准备,本文详细分析了实时操作系统uC/OS—Ⅱ的特点并在Atmega64平台上进行了移植。并在文章中给出了详细的移植过程。
4.结合本嵌入式系统的具体应用——网络化传感器的具体特点,采用适合嵌入式应用的精简TCP/IP协议栈uIP协议栈进行以太网通信。针对uIP协议栈各个层次所用到的协议:ARP,IP,ICMP,TCP,UDP进行深入细致的分析:并分别给出各个协议的工作流程图和相应的移植方案。给出了嵌入式Web Server的实现方法。
在完成整体设计的基础上,验证了单片机嵌入uIP协议栈的可行性,给出了实际测试结果。测试表明,利用单片机嵌入uIP协议栈的嵌入式系统在无接触式电流传感器的网络化应用上具有很大的方便性,能够充分保证网络通信的性能。
结论中如实指出了本系统的设计中尚需完善的地方,有待于今后对该技术进行更深入的研究。