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[導讀]本文介紹了一種基于以太網(wǎng)的電力智能監(jiān)控終端系統(tǒng)。該系統(tǒng)以16位單片機XAS3為核心處理器,利用W3100進行TCP/IP協(xié)議轉(zhuǎn)換,實現(xiàn)設備網(wǎng)絡化功能。系統(tǒng)中各種功能模塊通過現(xiàn)場總線與主處理模塊進行數(shù)據(jù)交換,系統(tǒng)通過以太

本文介紹了一種基于以太網(wǎng)電力智能監(jiān)控終端系統(tǒng)。該系統(tǒng)以16位單片機XAS3為核心處理器,利用W3100進行TCP/IP協(xié)議轉(zhuǎn)換,實現(xiàn)設備網(wǎng)絡化功能。系統(tǒng)中各種功能模塊通過現(xiàn)場總線與主處理模塊進行數(shù)據(jù)交換,系統(tǒng)通過以太網(wǎng)與調(diào)度系統(tǒng)通訊,實現(xiàn)對變電站內(nèi)設備的遠程監(jiān)控。文中重點介紹如何利用W3100進行TCP/IP協(xié)議轉(zhuǎn)換,實現(xiàn)系統(tǒng)以太網(wǎng)通訊功能,并給出了具體的軟硬件設計。        
  1 引言
           TCP/IP協(xié)議是目前最流行的國際互聯(lián)協(xié)議,它與以太網(wǎng)的結(jié)合稱為以太網(wǎng)技術。以太網(wǎng)具有成本低廉、通信速率高、兼容性好[1]等特點,使以太網(wǎng)技術不僅在辦公自動化領域得到應用,而且逐漸涉及管理網(wǎng)絡、監(jiān)控網(wǎng)絡及現(xiàn)場網(wǎng)絡等領域。
          電力智能監(jiān)控終端設備是對變電站和發(fā)電廠實現(xiàn)遠程監(jiān)視和控制的智能設備,其主要功能包括采集各種信息量和完成對設備的控制。為保證電網(wǎng)的狀態(tài)真實、快速地反應開關量的變化,以太網(wǎng)被應用于電力系統(tǒng)調(diào)度自動化系統(tǒng)中以提高通訊速率,突破信道瓶頸是其中的一個趨勢和必然要求。但目前的監(jiān)控終端設備大多數(shù)為單片機系統(tǒng),在實現(xiàn)以太網(wǎng)互聯(lián)時存在一定的困難。解決這一問題有以下幾種方案:一種方案是采用高檔的MCU和RTOS,在嵌入式操作系統(tǒng)中完成TCP/IP協(xié)議的處理。采用高檔的MCU可以實現(xiàn)很多復雜的處理,但價格較高,需要同時購買昂貴的RTOS軟件,且開發(fā)周期長、難度大;另一種方案是采用第三方的以太網(wǎng)協(xié)議轉(zhuǎn)換設備,通過RS232C與轉(zhuǎn)換設備通訊,由轉(zhuǎn)換器完成數(shù)據(jù)封裝和協(xié)議轉(zhuǎn)換,其缺點是通信速率受限,系統(tǒng)無法對以太網(wǎng)進行控制;第三種方案是在設備的基礎上增加專用的網(wǎng)絡協(xié)議轉(zhuǎn)換芯片以實現(xiàn)以太網(wǎng)互聯(lián),即本文介紹的采用W3100和以太網(wǎng)控制芯片的方案,其特點是占用系統(tǒng)資源少、編程方便、開發(fā)周期短。
  2 W3100簡介
              W3100是WIZnet公司專門為以太網(wǎng)互聯(lián)和嵌入式設備推出的TCP/IP協(xié)議棧芯片。W3100能夠?qū)崿F(xiàn)TCP、UDP、IP Ver.4、DHCP、ARP 和ICMP 等協(xié)議,同時,網(wǎng)絡接口層包括MAC子層和DLC子層,也在該芯片中實現(xiàn)。它能同時提供四路網(wǎng)絡連接,內(nèi)建16K雙口RAM作為數(shù)據(jù)緩沖區(qū),支持全雙工模式,協(xié)議處理速度可達4~5Mbps,并且?guī)в袠藴实腗II接口,方便連接以太網(wǎng)接口芯片。WIZnet公司還提供了Socket API程序包,可以加速應用程序的開發(fā)。
   3 硬件原理
           3.1 系統(tǒng)硬件框圖
              基于以太網(wǎng)的電力智能終端設備[5]的基本功能包括開關量信號采集、模擬量數(shù)據(jù)采集、輸出開關量及與上位機系統(tǒng)進行高速通訊。系統(tǒng)硬件框圖如圖1所示。

  圖1 系統(tǒng)硬件框圖

            圖3 TCP/IP建立聯(lián)接過程
              4.2 軟件實現(xiàn)
              1) 初始化W3100
              初始化W3100時,應首先對其進行硬復位,然后設定MAC地址及IP,最后初始化SOCKET接口。
              ResetEthernet(); //硬復位W3100
              InitW3100A(); //初始化W3100
              InitNetConfig(); //配置以太網(wǎng)卡參數(shù)
              InitSocket(); //初始化SOCKET
              2) 中斷服務程序
              根據(jù)W3100的使用手冊,在系統(tǒng)中提供一個硬件中斷作為W3100的中斷輸入,在中斷服務程序中記錄狀態(tài)值。代碼如下。
              _interrupt(INT_PCA0) _using(INT_PCA0_PSW)
             ?。?br />              u_char status;
              status = INT_STATUS;
              while (status)
              {
              if (status & 0x01) {
              S_STATUS[0] = STATUS(0);
              INT_STATUS = 0x01;
             ?。?/第1、2、3類似處理
              if (status & 0x10) {
              S_STATUS[0] = STATUS(0);
              INT_STATUS = 0x10;
              }//第1、2、3類似處理
              status = INT_STATUS;
              }
              INT_STATUS = 0xFF;
             ?。?br />              3) 收發(fā)數(shù)據(jù)
              設計一個任務定時10毫秒進行數(shù)據(jù)收發(fā)處理,其過程如下。
              SOCKET i;
              INT len;
              WORD TSCKNUM = 2404;
              for (i = 0; SockNo < 4; SockNo++)
             ?。?br />              switch (Select(i, SEL_CONTROL))
             ?。?br />              case SOCK_ESTABLISHED:
              if ((len = select(i, SEL_RECV)) > 0)
             ?。?br />              if (len > MAX_BUF_SIZE) len = MAX_BUF_SIZE;
              len = recv(i, data_buf, len);
              send(i, data_buf, len);
              }
              break;
              case SOCK_CLOSE_WAIT: if ((len = select(i, SEL_RECV)) > 0)
             ?。?br />              if (len > MAX_BUF_SIZE) len = MAX_BUF_SIZE;
              len = recv(i, data_buf, len);
             ?。?br />              close(i);
              break;
              case SOCK_CLOSED:
              init_sock(i);
              break;
             ?。?br />             ?。?br />            5 結(jié)束語
              在設計與實現(xiàn)電力智能監(jiān)控終端過程中,應用W3100作為以太網(wǎng)協(xié)議棧轉(zhuǎn)換器具有接口簡單、編程方便、通訊速率高、工作穩(wěn)定等特點,能夠簡化設計難度、加快設計進度,因此W3100在快速實現(xiàn)網(wǎng)絡化的設計中具備良好的應用前景。本文以成熟的應用技術為基礎,增加了硬件協(xié)議轉(zhuǎn)換器,減少了開發(fā)風險,縮短了開發(fā)周期,提高了產(chǎn)品的應用水平。該電力智能監(jiān)控終端系統(tǒng)已經(jīng)產(chǎn)品化,累計創(chuàng)造了1000萬元產(chǎn)值。

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