Read Microsoft Word - Tan_MangEthernet.doc text version

NGHIÊN CU PHÁT TRIN H THNG O VÀ IU KHIN NHÚNG TRÊN C S MNG ETHERNET VÀ GIAO THC TCP/IP Phan Minh Tân, V S Thng, Phm Ngc Minh, Phm Thng Cát. Phòng công ngh t ng hoá - Vin công ngh thông tin Tel. 8363484, Fax. 8363485, e-mail: [email protected] Phm Minh Trí - i hc công ngh Nanyang - Singapore

Tóm tt: Bài báo gii thiu các kt qu nghiên cu và xây dng "H thng o và iu khin nhúng trên c s mng Ethernet và giao thc TCP/IP" thuc tài KC.03.13. ây là h thng mng nhúng cho o và kim tra thông minh các dây chuyn sn xut t ng hoá s dng thit b o iu khin xa a kênh EK. H thng có kh nng trao i thông tin ln vi tc cao. Thit b o iu khin xa a kênh EK có kh nng tính toán các thut x lý thông minh, có bn hot ng trong môi trng công nghip và kích thc gn nh, tiêu ít nng lng vi giá c cnh tranh so vi các thit b nhp ngoi. Chng trình giao din kim soát trên máy ch EMON có kh nng hi thoi, có nhiu công c tr giúp và nhn d liu ca nhiu thit b o xa a kênh EK qua mng Ethernet. H thng có kh nng ng dng rt rng, t các dây chuyn sn xut t ng hoá n các ng dng chuyên dng cho an ninh quc phòng.

1. Gii thiu chung Vi s phát trin ca công ngh thông tin các thit b o lng và kim tra phc v cho các dây truyn t ng hoá sn xut ngày càng thông minh hn. S phát trin ca các th h o và iu khin i lên t th h c khí, in, o in t vi mch ri, s dng các vi x lý cp thp n th h các thit b o, u o thông minh có các vi x lý cp cao, máy tính nhúng vi các thut x lý hin i, có kh nng t suy din, nh và kt ni mng tc cao. Các thit b h thng o iu khin thông minh này bo m kt qu o chính xác, kh c nhiu và kh nng phân tích x lý tng hp s liu phong phú, có nhiu chc nng mà các th h thit b trc không t ng x lý c. Các dây chuyn sn xut có nhu cu v o lng và kim tra các thông s và trng thái ca h thng. Các dây chuyn sn xut có t ông hoá cao càng cn n các thit b và h thng o kim tra thông minh c kt ni mng và có kh nng x lý nhiu s liu o t nhiu cm bin nhiu v trí khác nhau. Các thit b o kim tra xa hin hành thng s dng chun truyn ni tip RS422/485 vi tc thp. S phát trin ca công ngh thông tin ã a tc truyn tin qua mng Ethernet lên n 10-100Mbps gp hàng trm ln tc truyn qua cng ni tip RS232. Chúng tôi ã áp dng công ngh mng Ethernet xây dng "H thng o và iu khin nhúng trên c s mng Ethernet và giao thc TCP/IP" phc v cho tích hp các h thng o và iu khin xa các quá trình công ngh. H thng này có nhiu kh nng x lý mnh hn các h thng truyn qua cng ni tip hin hành. Nhu cu s dng h thng này là ln vì nó thay th

c vic phi dùng các mng LAN vn phòng to, cng knh phc v cho các h thng o và iu khin. H thng này bao gm: - Thit b o xa a kênh EK có kh nng ni ghép trc tip vi các u o công nghip nh cp nhit, mV hoc qua các chun 4-20mA, 0-10V, kh nng x lý tín hiu mnh và phn mm x lý tính toán có th thay i, np li t xa qua mng Ethernet tc 10-100MHz. - Thit b EK c ch to trên công ngh nhúng PC/104, có dung lng b nh RAM, b nh FLASH ln và có kh nng kt ni mng Ethernet vi giao thc TCP/IP. - EK có chng trình to môi trng và các chc nng TCP/IP và th vin các thut iu khin. - Chng trình giao din kim soát trên máy ch EMON có kh nng hi thoi và nhn d liu ca nhiu thit b o xa a kênh EK cng qua mng Ethernet. Chng trình có giao din thân thin vi ngi s dng cho phép phát trin các ng dng toàn cc cng nh thay i chng trình x lý cho tng thit b EK. Mng Ethernet 10-100 Mb/s

EK # 2

...

EK # 32 EMON # 1 . . EMON # 4

u o

u o

u o

- Phn mm EMON c phát trin chy trên máy PC có các chc nng thu thp x lý d liu ca các EK t xa. Ngoài ra, nó có th thay i, np li các chng trình x lý ti ch ca các EK. - Các máy tính EMON cài h iu hành Win98 s dng giao thc TCP/IP. Kh nng ng dng ca h thng rt rng, t các dây chuyn sn xut t ng hoá n các ng dng chuyên dng cho an ninh quc phòng. Chng trình giao din EMON cho phép ngi s dng phát trin các ng dng riêng ca mình mt cách d dàng. u im ca h thng: - H thng o iu khin xa có kh nng trao i thông tin ln vi tc cao so vi các mng fieldbus hin hành. - Thit b o iu khin xa EK có kh nng tính toán các thut x lý thông minh, có bn hot ng trong môi trng công nghip và kích thc gn nh, tiêu ít nng lng hn, r tin hn so vi các thit b o lng thu thp d liu t xa nhp ngoi hin hành. - H thng phn mm bng ting vit phù hp cho các ng dng Vit Nam.

2. Vì sao chn mng cc b Ethernet và giao thc TCP/IP Mng cc b (LAN-Local Area Networks) là h truyn thông tc cao c thit k kt ni các máy tính và các thit b x lý d liu khác cùng hot ng vi nhau trong mt khu vc a lý nh nh mt tng ca toà nhà hoc trong mt toà nhà. Các thit b gn vi mng LAN u dùng chung mt phng tin truyn tin ó là dây cáp. Vic kt ni các máy tính và EK vi mt dây cáp c dùng nh mt phng tin truyn tin chung cho tt c các máy. Công vic kt ni vt lý vào mng c thc hin bng cách cm mt card giao tip mng NIC (Network Interface Card) vào trong máy tính, vào EK và ni nó vi cáp mng. Sau khi kt ni vt lý ã hoàn tt, qun lý vic truyn tin gia các máy trên mng tùy thuc vào phn mm mng. Mng truyn s liu Ethernet cho phép a vào mng các loi máy tính khác nhau. Nh các tin b k thut ngi ta có th xây dng Ethernet mà không cn phi bc/bo v cáp ng trc. ó là Ethernet vi cáp dây xon ôi (twisted pair), (còn gi là cáp loi 5Cat5) r hn và d cài t hn cáp ng trc. Loi cáp này có 8 si dây ni vào b ni RJ45. Mi máy tính c ni vào Hub ca Ethernet bng cáp dây xon ôi nh hình sau:

HUB Cáp dây xon ôi PC PC

Hub là mt trong nhng yu t quan trng nht ca mng LAN. ây là im kt ni dây trung tâm ca mng, tt c các trm trên mng LAN c kt ni thông qua Hub. Mt Hub thông thng có nhiu cng ni vi ngi s dng gn máy tính và các thit b khác ( ây là EK). Mi cng h tr mt b kt ni dùng cáp dây xon ôi t mi trm ca mng. dài cc i ca cáp mng t máy ti Hub là 100m. Ngày nay các nhà sn xut ã cho ra i Ethernet tc cao (Fast Ethernet) s dng dây xon ôi Cat5, tc truyn có th lên ti 100Mbps. có th chp nhn c ng truyn 10 ln 100Mbps, các nhà sn xut ã cho ra Ethernet 2 tc (Dual-speed Ethernet) hay 10/100 Ethernet, áp dng cho b giao tip máy tính cng nh cho Hub. Mc dù thit b 10/100 hi t hn, nhng nó ngày càng tr nên rt ph bin. Các thit b hai tc rt hu dng trong quá trình chuyn tip t k thut 10Mbps sang k thut 100Mbps. Ly ví d mt máy tính có các giao tip 10/100, khi c ni vi 1 Hub 10 Mbps, c 2 s truyn/nhn d liu tc 10Mbps. Khi c ni vi Hub 100Mbps, c 2 s nhn ra tc mi và truyn/nhn vi tc 100Mbps Tc truyn t ng c xác nh mà không cn phi cu hình li phn mm cng nh phn cng. S dng các u im trên ca mng Ethernet, chúng tôi xây dng cu hình phn cng ca "H thng o và iu khin nhúng trên c s mng Ethernet" nh hình 1:

Twisted-pair cable EK1

HUB 1

Sensor EK3

EK2

Sensor EKn

HUB 2

Sensor

Sensor

Hình 1: S dng 2HUB mc ni tip thông tin liên lc gia các máy trên mng Ethernet c tin cy, nhanh, mnh, mm do, d phát trin và có kh nng kt ni vào mng Internet, thì vic la chn h iu hành, la chn giao thc truyn và xây dng h thng phn mm cho máy ch (HOST) và thit b EK rt quan trng. + H iu hành ca máy ch: Win98, Win2000, WinNT là các h Windows thông dng có sn các giao thc TCP/IP chy trên mng Ethernet và có sn kh nng kt ni vào Internet. + H iu hành ca EK: H iu hành c bn, rt n nh, rt phù hp vi các máy tính nh Pentium1 hoc 386, chim ít b nh, rt phù hp vi thit b nhúng EK không có bàn phím màn hình và có ch Watchdog. Tuy vy h này không có sn giao thc TCP/IP nên chúng tôi phi t xây dng ly. Chúng tôi ã to ra môi trng TCP/IP trên nn DOS và các hàm di dng th vin phn mm, ngi s dng không cn phi tìm hiu nhng rc ri ca giao thc TCP/IP. + Giao thc truyn TCP/IP: ây là giao thc thng dùng nht hin nay kt ni gia các máy trên mng cc b, kt ni vi mng khác hoc kt ni vi Internet. Sau ây chúng ta tìm hiu k hn v giao thc này. TCP/IP thông tin liên lc gia các máy ngi ta quy nh mt giao thc là TCP/IP c t các chi tit, cách thc mà các máy tính liên lc vi nhau cng nh các quy c cho các mng ni vi nhau và nh tuyn giao thông. Nó cng có th dùng ch liên kt mng trong mt công ty, mt nhà máy,... không nht thit phi ni kt vi các mng khác bên ngoài. a ch IP: Tt c EK u s dng a ch IP chun bn 4 s. a ch IP là a ch logic c gán cho 1 máy trên mng riêng. Mi máy trên mng TCP/IP ã c gán mt a ch IP cho nó có th truyn vi các máy khác. Trong dng vt lí thì a ch IP là s binary 32 bit. Tuy nhiên mc ngi s dng, a ch IP hu nh luôn luôn biu din trong dng d c hn gi là s thp phân có chm. Ví d 10.10.3.100 là a ch IP c vit trong dng thp phân có chm. Các chm ây là các chm thp phân, phc v ranh gii o ca 4 byte to ra giá tr binary 32 bit. 4 byte ã c biu din di dng thp phân.

Khi xut xng mi EK u c gán 1 a ch IP mc nh. Ví d EK1 có a ch IP là 10.10.3.1 vi tên là EK1, EK2 có a ch IP là 10.10.3.2 vi tên là EK2. Khi xây dng mng, ngi s dng có th t li IP này trong chng trình EMON qua mng Ethernet, sao cho mi EK có 1 a ch khác nhau. Ví d mng Ethernet o và iu khin nhúng có 2 EK và 2 EMON nh sau:

EMON1 IP:10.10.3.33 EK2 IP: 10.10.3.2 EK1 IP: 10.10.3.1

EMON2 IP:10.10.3.34

Cáp dây xon ôi

HUB

u o

u o

3. Máy tính ch vi chng trình EMON H thng có th nhn c 4 máy tính ch trên mng cài chng trình EMON. Cu hình ca máy tính cn có: - Pentium2 hoc tng ng tr lên. - H iu hành Win98 tr lên - RAM 64 Mb tr lên - Card mng khi to trong Windows - Trên a cng cn trên 20Mb vi giao thc TCP/IP - Màn hình Toush Screen hoc màn hình thng Chng trình EMON Chng trình có các chc nng chính sau: (Xem chi tit bài báo "Thit k và phát trin chng trình giao din EMON32 cho h thng o và iu khin qua mng Ethernet") 4. Thit b o và iu khin nhúng EK Chúng tôi ã ch to thit b o và iu khin nhúng e®®k s dng công ngh nhúng PC/104. Phn cng ca EK + PC/104 Pentium, 133MHz, 330MHz 32Mb RAM, 32Mb FLASH Chip mng Realtek 8139 ­ Connector RJ45-cáp dây xon ôi + Analog Input V, mA, 12bit,24kênh + Analog Output V/mA, 12 bit 2kênh + Digital I/O TTL 16/8 + Có Timer 16,24bits + Có phi ghép u o cp nhit , mV

Phn mm ca EK + H iu hành DOS6.2 + Ngôn ng lp trình C, C++ + Chng trình to môi trng theo chun ca giao thc TCP/IP trên DOS, có các lnh chính truyn trên mng Ethernet sau: - Nhn tên và a ch IP ca PC/EMON - Nhn tên và a ch IP ca EK do EMON t li - Nhn thi gian do EMON gi ng b li thi gian - Nhn tp ng dng mi, c np li t EMON và cho chy tp này - Gi s liu thi gian thc theo yêu cu ca EMON - Gi toàn b s liu lu trên a theo yêu cu ca EMON + Có th vin tr giúp ngi s dng - Lu s liu lên a cng theo mt khong thi gian t trc - Lc bc 1 theo t l mong mun - Các thut iu khin: PID... - Có th thêm các thut riêng ca ngi s dng 5. Kt lun "H thng o và iu khin nhúng trên c s mng Ethernet và giao thc TCP/IP" ã s dng nhng công ngh tiên tin hin nay. Công ngh nhúng PC/104 to ra phn cng ca thit b vng chc, gn, nh, chu c rung, sóc. Các modul CPU, AD, DA, DIO.. li rt a dng và phong phú nên kh nng la chn d dàng. Mng cc b Ethernet là mng thông dng nht hin nay, t tc 100Mbps nên d liu thi gian thc trên mng cng rt nhanh. Giao thc TCP/IP là giao thc chính ca Internet nên h thng theo giao thc này s thun li khi phát trin thành h thng o xa qua Internet. Phn mm ca thit b EK ã cung cp tt c nhng phn cn thit v giao thc TCP/IP và to ra môi trng trên DOS, nên ngi s dng rt d dùng vì ch cn lp trình phn ng dng. Chng trình EMON chy trên các máy PC thông thng trên h iu hành Windows rt ph cp hin nay. Chng trình cung cp rt nhiu công c giám sát toàn b h thng theo thi gian thc. Chng trình li d cài t, d dùng, và áp ng c các yêu cu ca ngi s dng. "H thng o và iu khin nhúng trên c s mng Ethernet và giao thc TCP/IP" vi các công ngh phn cng tiên tin, phn mm theo chun quc t, d s dng, giá thành thp hn so vi nhp ngoi rt có trin vng c ng dng rng rãi trong nc. Tài liu tham kho: Các tài liu ly trên Internet

[1] INFORMATION SCIENCES INSTITUTE ­ UNIVERSITY OF SOUTHERN CALIFORNIA

Internet Protocol: Darpa Internet Program Protocol Specification & A TCP/IP Tutorial [2] A TEXAS INSTRUMENTS COMPANY,2002-Multifunction Ethernet Data Acquisition System [3] SENSORY COMPANY INCORPORATED,2002 - Sensory Models 2518/2519 Ethernet Smart A/D

Information

Microsoft Word - Tan_MangEthernet.doc

6 pages

Report File (DMCA)

Our content is added by our users. We aim to remove reported files within 1 working day. Please use this link to notify us:

Report this file as copyright or inappropriate

97281