引言
基于以太網的單片機設備的控制與診斷結合先進的WEB技術與嵌入式技術，實現了PC與設備的直接跨平臺的信息交互，這樣PC就可以共享設備運行的信息，有效的實現對設備的控制與診斷。
1 基于以太網的電機控制與診斷的結構設計
基于以太網的單片機設備控制與診斷是以工業(yè)現場的三相電機為研究對象，其中包括對電機運行轉速的測量與控制，對電樞電流的采集，采集電機電勢參數，其他模相關擬量的采集。本設計的結構主體就是WEB技術與單片機和客戶機的有機結合，建立電機設備的診斷與控制模型，其模型如圖1所示。模型主要由客戶機，網絡和過程控制底層，即單片機嵌入式系統(tǒng)組成，這里采用TCP/IP協(xié)議作為嵌入式系統(tǒng)的通信協(xié)議，嵌入式系統(tǒng)的WEB服務器與客戶機的WEB服務器進行信息交互，上傳電機運行的參數，這樣客戶或是廠家均可通過網絡實現對電機的控制與在線診斷。
2 系統(tǒng)硬件電路的實現
基于以太網的電機控制與診斷系統(tǒng)以C8051F020單片機作為嵌入式系統(tǒng)的CPU,內嵌TCP/IP協(xié)議，以RTL8019AS作為網絡通信芯片，通過控制采樣開關采集電機參數和控制電機的轉速，并通過RTL8019AS網卡將采集到的溫度數據、轉速數據、電流數據、振動數據、磁場數據上傳到服務器，客戶機通過服務器之間的交互，實現數據的共享，客戶根據具體的需求，利用單片機本身產生SPWM,在變頻器模擬量輸入端輸入0~10V或4~20mA信號，通過改變輸入模擬量的大小控制變頻器的輸出頻率調解變頻器，控制電機轉速，同時根據電機參數的數值，監(jiān)控電機的運行和診斷電機的故障，其硬件電路框圖如圖2所示。
3 以太網幀格式
以太網協(xié)議有兩種，一種是IEEE802.2/IEEE802.3;另一種是以太網的封裝格式。現代的操作系統(tǒng)均能同時支持這2種類型的協(xié)議格式，因此對我們來說只需要了解其中的一種就夠了，特別是對單片機來說，不可能支持太多的協(xié)議格式。本系統(tǒng)采用IEEE802.3以太網協(xié)議，表1給出了以太網幀格式的封裝形式。
表1以太網幀格式的封裝形式
PR:同步位。
SD:分隔位。
DA:目的地址，以太網的地址為48位(6個字節(jié))二進制地址，表明該幀傳輸給哪個網卡。
SA:源地址，48位，表明該幀的數據是哪個網卡發(fā)的，即發(fā)送端的網卡地址，同樣是6個字節(jié)。
TYPE:類型字段，表明該幀的數據是什么類型的數據。
DATA:數據段，該段數據不能超過1500字節(jié)。
FCS:32位數據校驗位。
4 系統(tǒng)軟件設計
本系統(tǒng)軟件的實現包括系統(tǒng)時鐘、定時器、網卡RTL8019AS的初始化，初始化ARP協(xié)議，TCP協(xié)議和HTTP協(xié)議等來完成對電機參數的接收和發(fā)送，然后由主程序循環(huán)查詢rtl8019as看是否有新數據包到來。系統(tǒng)根據判斷事件的標志，來讀取電機的參數，如圖3所示。其中事件的判斷執(zhí)行由單片機定時器中斷來完成，它貫穿了程序的始末。如TCP序列號每隔20ms增加6250,ARP地址解析時候的重發(fā)請求，每隔0.5s重發(fā)1次，連續(xù)2次重發(fā)的請求沒回應，則終止重發(fā)，認為這個IP地址不存。
ARP映射表管理，如果ARP地址映射表內所記錄的MAC地址60s內沒被使用，則從映射表中刪除該條映射記錄，進行自動更新。最后本控制系統(tǒng)的WEBSERVER界面如圖4所示。
圖3系統(tǒng)軟件流程
圖4系統(tǒng)的WEBSERVER界面
5 結論
系統(tǒng)實現了基于8位單片機的TCP/IP協(xié)議的移植，并實現了網頁數據傳輸功能和電機參數的查詢和電機的控制，在這里應用僅僅是一個實例，且由于嵌入式以太網的價格低廉，相信在不久的將來一定會在工業(yè)領域得到更廣泛的應用。