2024年4月5日发(作者：)
网络单片机
W7500P
的网络数据采集系统
王凯
,
韩力立
()
山西大众电子信息产业集团有限公司
,
太原
030021
摘要
:
设计了一种基于网络单片机
W
系统主要由数据采集电路
、
数据处理电路
、
电力载波
7500P
的网络数据采集系统
,
模块和用户终端组成
。
用户可以通过用户终端实时了解被测数据状态以及某一时段记录的数据变化情况
。
/
关键词
:
W7500P
;
TCPIP
;
IOE
;
PLC
中图分类号
:
TP393.1
文献标识码
:
A
NetworkDataAcuisitionCircuitsBasedonW7500P
q
datadetectedandacuirethedatachanesofaneriodoftime.
qgyp
,,
osedofdataacuisitioncircuitsdata
p
rcanreal-timemonitorthestateofthe
pqg
c
:,,
Abstract
Inthe
p
aerakindofnetworkdataacuisitioncircuitsbasedonEthernetMCUW7500Pisdesinedthewholesstemiscom-
pqgy
(,)
uan030021
,
China
g
E
y
,
WanaiHanLili
g
K
:
W
/
Keords
7500P
;
TCPIP
;
IOE
;
PLC
y
w
引
言
/
TCPIP
协议栈
,
支持
TCP
、
UDP
、
IPv4
、
ICMP
、
ARP
、
使用
WIGMP
以及
PPPoE
等协议
,
7500P
可以完全代替
网络卸
W7500P
是
WIZnet
发布的世界第一款
IOE
(
载引擎
)
单片机芯片
,
内嵌
ARMCortexM0
及硬件
单片机
+
网络电路
,
减少了设计成本
,
提高了设计效率
。
1
总体方案设计
据采集模块
、
数据处理模块
、
电力载波模块和用户终端
。
本文设计的网络数据采集系统主要包括
4
个部分
:
数
图
1
系统原理框图
数据采集模块包括
1
路
RS232
接口的温湿度传感
2
器
、
6
路模拟电压输出的高精度激光位移传感器
、
1
路
IC
所有原始采集信号进入到单片机
,
由单片机转换运算并通
过网络发出
,
网络经过电力猫发射器后转换成电力载波信
号
,
传输到几百米远的用户终端
,
用户终端的电力猫接收
器将电力载波再次转换成网络信号并送到终端电脑
。
系
统原理框图如图
1
所示
。
接口的加速度传感器
、
1
路模拟电压输出的电流传感器
,
每组采集数据里包含
8
个激光位移传感器的位移值
。
2
硬件电路设计
2.1
激光位移传感器
因要测量物体微小移动的距离
,
这里使用松下神视的
激光位移传感器的基本
HGC1100
高精度位移传感器
,
工作原理是光学三角法
:
半导体激光器被镜片聚焦到被测
物体
。
反射光被镜片收集
,
投射到
CMO
信号处
S
阵列上
;
理器通过三角函数计算阵列上的感光点位置得到距物体的
距离
。
激光位移传感器原理图如图
2
所示
。
每一组网络数据采集板配备一个发送电力猫
,
所有发
送电力猫的
2
最终接到接收电力猫
,
接
20V
连接在一起
,
收电力猫最终将数据传输到用户终端电脑网口
,
这就组成
了一个多路数据采集系统
,
可同时监控
16
组采集板数据
,
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()
g
2020
年第
2
期
7 3
所以要通过两组排电阻进行分压
,
将输入到单片
3.3V
,
机的最大
5V
电压降到
3.
最后靠近单片机引脚的地
3V
,
方放置反向二极管
,
以防止破坏性电压进入芯片
。
2.2
网络单片机电路
它是全球第一款纯硬件网络单片机
,
100M
以太网
PHY
,
图
2
激光位移传感器原理图
//
W7500P=MCU+
全硬件
TCPIP
协议栈
+MAC+10
网络单片机电路使用
WIZnet
公司的
W7500P
,
)
的外设
,
这个外设负责整个网络功
ternetOffloadEnin
g
/
其硬件
TCPIP
协议栈的实现是通过一个简称为
IOE
(
In-
能
,
通过配置读取该外设的寄存器可以实现各种网络功
能
,
使用它可以省去外围网络芯片
,
极大方便系统快速
、
低
成本接入网络
。
/
硬件
T
不需要运行
CPIP
协议栈非常适合低端的
、
重复测量误
HGC1100
的测量范围为
100±35mm
,
差为
2
工作电压为
1
可将测量值通过模拟
00
μ
m
,
2~24V
,
电压或电流线性输出
,
默认为
65mm
输出
5V
,
100mm
输出
2.
同时距离值会在激光发射
5V
,
135mm
输出
0V
,
器背面的数码管上显示
。
由于模拟
TVS
二极管阵列
Rclam0524P
进行静电保护
,
p
输入电压是
0~5V
,
而单片机
ADC
的基准电压只有
电路图如图
3
所示
。
ADC
引脚
,
激光传感器的
8
路模拟电压接到电路板上
,
首先经过
的移动值
,
8
路传感器的模拟电压连接到单片机的
8
个
本设计同时使用
8
个激光传感器测量物体
8
个方向
IOE
和
iEthernet
可以广泛用在各类需要联网的设备上
。
/
硬件
T
对
CPIP
协议栈还有一个非常大的优点是安全性
,
可以保护物联网系统安全稳定运行
。
W7500P
芯片内部
结构如图
4
所示
。
W7500P
电路图如图
5
所示
。
通过提供优于软件协议栈的性能和稳定性
,
OS
的设备
,
于溢出
、
欺骗
、
注入等常见的网络攻击有较好的防御功能
,
W7500P
为典型的单片机最小系统电路图
,
8MHz
晶
振为单片机提供时基
,
25MHz
晶振为单片
/
机内部
T
单片机采用
CPIP
内核提供时基
,
3.3V
供电
,
3.3V
电压经过滤波后给内部
ADC
电路图提供基准电压
,
8
路激光位移
传感器的模拟输入接入
ADC
通道的
0~
单片机网络输出端口
T5V
,
PTX±
和
TPRX±
直接和内置网络变压器的
RJ45
端
口连接
。
电压为
3.
所以
A3V
,
DC
的每一个基本单
基准
W7500P
内部是
8
路
12
位
ADC
,
位对应
0.
而激光传感器的测距范
0012V
,
/
围为
7
也就是每一个基本单位
0mm5V
,
所以使用
W200
μ
m
,
7500P
内部
ADC
精度
对应
0.
而激光传感器的误差为
017mm
,
是可以满足的
。
2.3
电力猫
对于远程数据监控
,
电力猫是合适的
方案
,
省去了网线铺设费用
,
将单片机的网
口接入发射端电力猫的网口
,
发射电力猫
就将网络数据以电力载波的形式通过
220V
电力线传输给几百米外的接收电力
猫
,
接收电力猫将电力载波数据解码后
,
再
通过网口接到终端监测主机
。
图
3
激光传感器输入电路图
7 4
Microcontrollers&EmbeddedSstems
2020
年第
2
期
y
www
.
mesnet
.
com
.
cn
采集数据
。
3
软件总体设计
3.1
流程图
一样
,
都是通过调用库函数进行编程
,
具体使用到
W7500P
是
CORTEX
和
SM0
内核
,
TM32
//
的库函数包括
ADC
转换
,
TCPIP
设置
,
TCPIP
发送接收等
。
软件流程图如图
6
所示
。
3.2 ADC
转换
();
ADC
_
Start
();/
ADC
_
ChannelSelectADC
_
CHx
/
ADC
通道选择
();
data0=ADC
_
ReadData
//
读取
ADC
原始数据
//
启动
ADC
转换
/
voltae=data0*5004096
;
g
//
实际距离值
Xdistance=6500+voltae*750
;/
100
g
//
电压值
X100
电压为
0V
;
距离
165mm
读数为
-35
,
00mm
读
进行距离转换时
,
对于
HG
距离
C1100
,
图
4 W7500P
内部结构图
数为
0
,
电压为
2.
距离
1
电
5V
;
35mm
读数为
35
,
每一个网络数据采集电路板都接一个发射端电力猫
,
所有发射电力猫的
2
最终连接到
20V
电力线连接到一起
,
/)
压为
5V
。
实际距离
=65+
(
705×
实际电压值
,
将数值放大
1
以
00
倍
。
每个通道采集
16
次并取平均值
,
减小
ADC
采样误差和激光传感器电压误差
。
/
而实际电压值
=A
为了运算方便
,
D
值
×54096
,
一个接收电力猫上
,
这样网络监控终端可以同时监测多路
图
5 W7500P
电路图
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()
g
2020
年第
2
期
7 5
//
设置要发送
S
发送缓存
,
发送长度
OCKET
编号
,
,,
voidWIZCHIP
_
WRITE
_
BUF
(
uint32
_
tBaseAddruint32
_
t
p
tr
()
发送函数
s
实际调用了函数
:
end
//
此函数通过访问基地址形式直接控制硬件
T
/
CPIP
模块
_,_)
uint8t*
p
Bufuint16tlen
结
语
//
TCPIP
协议栈可提供比软件的
TCPIP
协议栈更加稳定
和高效的网络连接性能
,
由于软件的协议栈不可避免有
和内存空间
,
使用时
,
处理数据效率也不算高
,
但是硬件的
实现设计功能并具有高度可靠性
。
W7500P
同时具有很
2
强的扩展性
,
通过串口
、
IC
、
SPI
等接口可以接入更多的
在本设计中
,
网络单片机芯片
W7500P
内嵌的硬件
而且移植起来也很麻烦
,
占用
FbuLASH
g
或者漏洞存在
,
/
高效
、
易用的特点可以使用户很快
TCPIP
协议栈安全
、
图
6
软件流程图
/
3.3 TCPIP
程序设计
传感器或监测设备
,
在进一步完善检测内容的同时设计成
本并没有提高多少
。
参考文献
[]
W
,
1IZnet.W7500PDatasheet2015.
对硬件模块配置和控制
,
其中最重要的两个库函数是
:
_
w
_():
set7500i
pp
/
由于
T
单片机所需要做的就是
CPIP
采用硬件实现
,
(_
ts
,,,
tccuint8nuint8
_
t*bufuint8
_
t*destiuint16
_
tdest-
pp
//
设置
MA
子网掩码
、
网关等
C
地址
、
IP
地址
、
,__
p
)
ortuint16tlocalort
p
[]
W2IZnet.W7500P
参考手册
V1.0.1
,
2018.
[]
张志峰
,
冯其波
,
陈士谦
.
用于轨道检测的新型激光位移传感
3
[]
周江
.
]
数字技
4STM32
单片机原理及硬件电路设计研究
[
J.
]():
器的研究
[
计量学报
,
J.2.
():
术与应用
,
2015111.
//
设置
T
/
包括连接的初始化
、
连接建立
、
连
CPIP
客户端状态机
,
接关闭
、
数据接收
、
数据发送
_(_,_,_)
int32tsenduint8tsnuint8t*bufuint16tlen
()
客户端控制函数
t
在发送时调用了函数
:
cc
p
[],
aserDistanceSensorHGCseries2014.
()
责任编辑
:
薛士然
收稿日期
:
2019-09-10
72
统能满足用户的基本使用需求
。
本文设计的系统仍有升
级改进空间
,
例如增加摄像监控
、
降低成本功耗
、
箱盒一体
化设计
、
手机兼容性等
,
这些都有待进一步开发研究和市
场验证
。
参考文献
[]
王宇瑶
,
徐金钰
,
张鹤
.
基于
A1ndroid
智能快递信息处理客户
]():
端设计与实现
[
电子设计工程
,
J.2017251422.
[]
马凌
,
张新有
.
基于
A2RM
的智能快递箱系统设计与实现
[]():
成都信息工程大学学报
,
J.2.
图
6
实验版智能快递箱
[]
艾瑞咨询研究院
.32019
年中国快递柜行业分析报告产业规
/[://
模现状与发展规划趋势
[
EBOL
]
.201910
]
.htt
p
.
[]
唐钰
,
]
麦涌
,
李明亮
,
等
.
智能鸡蛋盒的设计与实现
[
物联
4J.
结
语
基于
OenWRT
的智能快递箱是一套软硬件整体开
p
发的设计方案
,
作为可用性
、
易用性
、
便利性突出的智能家
居产品可以灵活安装在各种具有
WiFi
覆盖的私人物业的
门口
,
能够满足智能快递箱私有化的市场新需求
。
远程实
时控制快递箱可方便快递员收派快递件
,
解决了无法当面
签收
、
公共智能快递柜爆满
、
代签点离家远等问题
,
整套系
():
网技术
,
2017198101.
,
吴君胜
(
讲师
)
主要研究领域为软件开发技术
、
楼宇智能化和远程
,
教育
;
许颖频
(
工程师
)
主要研究领域为软件开发和嵌入式系统
设计
。
()
责任编辑
:
薛士然
收稿日期
:
2019-10-08
7 6
Microcontrollers&EmbeddedSstems
2020
年第
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期
y
www
.
mesnet
.
com
.
cn
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