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基于以太网的电梯监控系统设计 |
| 摘 要：以太网是构建电梯监控系统的理想平台。本文介绍了一种基于以太网的电梯监控系统，该系统采用TMS320LF2407A作为主控芯片，RTL8019AS作为以太网接口芯片，采用LabVIEW建立监控界面。为电梯监控系统中应用以太网通信技术提供了一种解决方法。 关键词：以太网;电梯;监控;DSP;LabVIEW 一、引言 随着国民经济的发展电梯得到广泛的应用，以及电梯系统的复杂性和安装分散性对电梯运行维护提出了更高的要求。由于以太网具有较大的带宽，可以满足数据传输的实时性要求，同时具有通用性强、技术成熟等优点，因此是构建电梯监控系统的一种理想平台。本文设计了一种基于以太网的电梯监控系统，该系统把计算机控制，网络等技术结合起来，使我们能够在控制中心对多台电梯进行实时监控。 二、电梯控制器结构及以太网接口电路设计 2.1 电梯主控制器结构 电梯控制器原理框图如图1所示。电梯控制器以DSP+CPLD为控制核心，包括以太网接口，RS485通信接口，CANBUS及开关量输入输出等电路组成。  图1 电梯主控制器框图 2.2 RTL8019AS与TMS320LF2407A芯片功能概述 2.2.1 RTL8019AS芯片 RTL8019AS是瑞昱公司生产的一种高度集成的全面支持IEEE802.3标准的以太网控制器，软件兼容NE2000，同时还支持微软公司的PnP规范。RTL8019AS主要性能如下：（1）适应于EthernetII、IEEEE802.3，10Base5，10Base2，10Base-T;（2）全双工工作模式，收发可同时达到10Mbps的速率，具有睡眠模式，以降低功耗;（3）内置16KB的SRAM，用于收发缓冲，以降低对主处理器的速度要求;（4）可连接同轴电缆和双绞线，并可自动检测所连接的介质;（5）100脚的TQFP封装，缩小PCB尺寸;（6）LED指示灯和诊断软件可用于简单的故障排除;（7）访问协议CSMA/CD。 2.2.2 TMS320LF2407A芯片 TI公司TMS320系列DSP芯片是为了满足广泛需要的电动机控制和其他嵌入式控制应用而设计的。TMS320LF2407A采用高性能CMOS技术，使得供电电压降为3.3V，减小了控制器的功耗，最高频率40MHz，指令周期为25ns，片内有32k字的FLASH程序存储器，1.5k字的数据/程序RAM，544字DRAM和2k字的SRAM，时间 管理器EVA和EVB包括16位通用定时器，脉宽调制（PWM）通道，CAP和QEP，看门狗定时器，16路10bit的A/D转换，控制器局域网（CAN）模块，串行通信（SCI）接口模块，16位串行外设（SPI）接口模块，基于锁相环的时钟发生器，40个通用输入/输出引脚。 2.2.3 网络接口硬件原理框图  图2 网络接口部分硬件框图 以太网接口芯片RTL8019AS有三种工作模式：（1）跳线模式，I/O地址和中断都由跳线决定。（2）非跳线模式，I/O地址和中断都由外接的EEPROM里的内容决定。（3）即插即用模式，I/O地址和中断都由操作系统管理。 在本设计中，采用第一种工作模式。 （1） I/O地址：将RTL8019AS的第65脚JP拉高，即采用跳线模式。通过配置BD0，BD1，BD2，BD3这四个引脚决定RTL8019AS的基地址为300H。将低5位地址线相连，A15连A9，A10连A8，将RTL8019AS映射到DSP的I/O空间，基地址0x8400-0x841F对应于RTL8019AS的32个地址。 （2） 中断：RTL8019AS的中断由IRQS0，IRQS1，IRQS2决定。本系统采用查询方式判断网络芯片是否接收到数据，因此IRQS0-IRQS2三个引脚悬空。 （3） DSP及CPLD采用3.3V供电，而RTL8019AS采用5V供电，因此数据总线之间采用74HCT16245匹配二者之间的电平，但是DSP的输出电平满足RTL8019AS的控制线电平，因此可以直接相连。 （4） 总线模式：RTL8019AS的IOCS16B引脚通过一个300欧姆的电阻上拉，使得RTL8019AS工作在16位总线。 三、网络接口芯片初始化及驱动 3.1 网络接口芯片初始化过程 RTL8019AS芯片上有32个字节的控制寄存器，通过读写这32个寄存器来完成芯片的初始化。另外该芯片含有16kb的SRAM，地址为0x4000——0x7fff，这些RAM只能通过DMA方式来读写。 （1）复位，先置RSTDRV高电平，然后置低电平，两次操作之间的间隔至少100ms以确保复位成功。然后进行热复位，就是先后读、写网卡复位端口。 （2）择页面寄存器0，使CR= 0x21。设置数据结构寄存器DCR=0x49，发送状态寄存器TCR=0x00，接收状态寄存器RCR=0x1F，接收开始页面寄存器PSTART=0x46，接收结束页面寄存器PSTOP=0x80;边界页面寄存器BNRY=0x46。 （3）选择页面寄存器1，使CR= 0x61。设置RTL8019AS的物理地址寄存器及组播地址寄存器，当前页面寄存器CURR=PSTART+1; （4）选择页面寄存器0，使CR= 0x21。设置中断状态寄存器ISR=0xFF;中断屏蔽寄存器IMR=0xFF;发送配置寄存器TCR=0x00; （5）设置CR=0x22，芯片进入工作状态。 3.2 以太网数据包接收和发送过程 RTL8019AS的16k字节RAM地址范围为0x4000——0x7FFF，一共有64页，这64页RAM是被用来接收和发送数据包的，通过页起始寄存器PSTART及页中止寄存器PSTOP来设置接收缓冲区和发送缓冲区。 3.2.1 以太网数据包接收过程 控制接收缓冲区操作的有两个寄存器：当前指针寄存器CURR和边界指针寄存器BNRY。CURR是RTL8019AS写缓冲区的指针，指向此时要写的页，BNRY是读指针，指向用户已经读走的页，因此可以通过CURR指针和BNRY指针的距离确定是否收到新数据包，当CURR和BNRY+1不等时说明收到新数据包。收到的数据包中，在正确的数据包前还有4个字节的附加信息，尾部还有4个字节的CRC校验码。数据包前4个字：第一个字节表示接收包的状态。第二个字节表示下一个数据包的存放页地址，根据该值更新BNRY寄存器。接下来的两个字节表示数据的大小。处理数据包时，必须先读出这4个字节，通过第一个字节判断数据包接收是否正确，如果是正确接收的数据包，则根据后两个字节的值修改DMA计数器的值，然后读出整个数据包，并更新BNRY寄存器，准备下一个数据包的接收。 网卡接收流程图如下图：  图3 网卡接收流程图 3.2.2 以太网数据包发送过程 发送数据包比较简单，将准备好的数据用DMA传到发送缓冲区，然后设置发送长度和传输开始页面，启动发送过程即可。 网卡发送流程图如下图：  图4 网卡发送流程 四、监控界面设计 电梯监控界面采用LabVIEW 7 Express编写。LabVIEW是虚拟仪器领域中最具代表性的图形化编程开发平台，主要应用于仪器控制，以及数据采集、分析和显示等领域，并适用于多种不同的操作系统平台。LabVIEW采用强大的图形化语言（G语言）编程，面向测试工程师而非专业程序员，编程非常方便，人机交互界面直观友好，具有强大的数据可视化分析和仪器控制能力等特点.在LabVIEW开发环境下，用户可以创建32位的编译程序，从而为常规的数据采集、测试、测量等任务提供更快的运行速度。  图5 电梯监控界面  图6 电梯监控界面框图程序 五、结束语 本文采用TMS320LF2407A及RTL8019AS设计了一种基于以太网技术的电梯监控系统，实现了电梯接入以太网的功能。通过以太网监控电梯的运行情况，经过试运行大大提高工作效率，改善工作环境，获得良好的效果。 |