本文關鍵詞：基于EtherCAT總線的串聯(lián)型分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

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【摘要】：在實驗現(xiàn)場和工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境下進行數(shù)據(jù)采集時,經(jīng)常會遇到被測物理量種類多、測點位置分散、測點數(shù)量多、通信實時性要求高等問題。為了很好地解決這些問題,本論文設計了一套基于EtherCAT總線的分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。EtherCAT協(xié)議是目前存在的實時性和可靠性最高的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議之一,它采用改進的以太網(wǎng)協(xié)議實現(xiàn),并由硬件電路完成協(xié)議功能,充分保證了通信的實時性和可靠性。EtherCAT網(wǎng)絡采用“一主多從”式控制結(jié)構,主站使用普通的PC機即可實現(xiàn),從站使用專門的控制芯片完成通信任務。在本系統(tǒng)中,任何輸出1-5V標準電壓信號的傳感器都可以與從站相連,使系統(tǒng)可以采集多種物理量。系統(tǒng)中每個從站只連接一個傳感器,并與傳感器一起布置在測點位置,根據(jù)測點數(shù)量的多少靈活增減從站數(shù)量。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的分布式結(jié)構非常適用于測點位置分散、測點數(shù)量多的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控場合。論文首先概述了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展趨勢與研究現(xiàn)狀,分析得出分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是主流的發(fā)展趨勢之一。同時對比分析了幾種常用的工業(yè)以太網(wǎng)技術,結(jié)果表明EtherCAT以太網(wǎng)在實時性、可靠性和拓撲結(jié)構靈活性方面非常突出。然后,詳細介紹了本套數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的整體結(jié)構和工作原理,并分析了系統(tǒng)的結(jié)構優(yōu)勢。其次,分別從整體架構、物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應用層方面介紹了EtherCAT協(xié)議的工作原理。再次,詳細闡述了系統(tǒng)主站軟件的設計過程,包括主站軟件的功能需求分析,多線程和多媒體定時器編程技術介紹,以及主站各個功能模塊的編程實現(xiàn)。而后,分析了系統(tǒng)從站電路的功能結(jié)構特點,將從站電路分成了EtherCAT網(wǎng)絡通信模塊、模擬信號處理模塊、微處理器控制模塊和電源管理模塊四大功能模塊并依次介紹了各個功能模塊的電路設計,給出了各模塊的關鍵部分電路原理圖。又介紹了整個從站電路板的PCB設計,交代了電路板中各項PCB設計參數(shù)和應該注意的抗干擾設計原則。最后,我們借助實驗室資源,利用本系統(tǒng)搭建了波高數(shù)據(jù)采集平臺,通過實際采集波浪水池中不同位置的波浪高度數(shù)據(jù),測試并分析了系統(tǒng)的各項參數(shù)。測試結(jié)果表明本論文設計的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的最高數(shù)據(jù)采集頻率可達1KHz,響應時間在250us左右且報文收發(fā)時間間隔分布均勻,具有很好的實時性和可靠性,達到了初期設計目標。
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP274.2

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