Апаратно-програмний модуль збору сенсорних даних, для розподілених систем, на базі мікроконтролера

1. Апаратно-програмний модуль збору сенсорних даних для розподілених систем на базі мікроконтролера

Доповідє: ст. гр. КНзд-42 Федина Б.М.
Керівник: к.т.н., ст. викл. каф. ІОСУ
Майків І.М.

2. Мета роботи

• Покращення функціонально-вартісних
характеристик мережевих модулів збору
сенсорних даних за рахунок розділення
процесів опрацювання та передачі
даних
2

3. Структура сучасних вимірювально-керуючих систем

Б лок збору
даних
Блок
керування
С енсори
В иконавчий
м е х а н із м
С ервер
У н ів е р с а л ь н и й
ко нтр о л е р
С енсори
В иконавчий
м е х а н із м
М е р е ж а в е р х н ь о го
р ів н я
Л окал ьна м ереж а
н и ж н ь о г о р ів н я
• Розподілені обчислювальні ресурси
• Локальні мережі на базі промислових шин
(RS232, RS485, LIN, 1-Wire, CAN, Ethernet …. )
3

4. Структура мережі згідно стандарту IEEE-1451

Ін т е р ф е й с н и й м о д у л ь
п е р е т в о р ю в а ч ів № 1 (S T IM )
С енсор
ADC
В ико навчий
м е х а н із м
DAC
Д а тч и к л о г.
р ів н я
D -I/O
Е л ектр о н н и й
паспорт вузла
(T E D S )
С ервер
IE E E 1 4 5 1 -1
Д еш и ф рато р
адреси
М ережевий
прикладний
процесор № 1
(М П П )
М ережевий
прикладний
процесор № 2
(М П П )
М ереж а
Ін т е р ф е й с н и й м о д у л ь
п е р е т в о р ю в а ч ів № 2
(S T IM )
(т и п м е р е ж і н е з а д а н о )
М ережевий
прикладний
п р о ц е с о р № n (М П П )
Ін т е р ф е й с н и й м о д у л ь
п е р е т в о р ю в а ч ів № n
(S T IM )
IE E E 1 4 5 1 -2
Переваги:
Пряме підключення до комп’ютерної мережі;
Використання уніфікованого інтерфейсу (IEEE1451-2);
Використання Transducer Electronic Data Sheet (TEDS) визначає алгоритм обробки
даних.
Недоліки:
Використання point-to-point з'єднання згідно із стандартом
IEEE 1451-2;
Не сумісність із існуючими модулями збору даних;
Використання обмеженого набору програм
4

5. Пропонована структура мережі IEEE-1451

Ін т е л е к т у а л ь з о в а н и й
ін т е р ф е й с н и й
м о д у л ь № 1 -1
М ереж евий
прикл ад ний
процесор № 1
(N C A P )
Ін т е л е к т у а л ь з о в а н и й
ін т е р ф е й с н и й
м о д у л ь № 1 -n
Л окальні м ереж і на базі
ін т е р ф е й с ів : R S 2 3 2 , U S B ,
R S 4 8 5 , S P I, L IN і т .д .
М ереж евий
прикладний
процесор № m
(N C A P )
Ін т е л е к т у а л ь з о в а н и й
ін т е р ф е й с н и й
м о д у л ь № m -1
С ервер
М е р е ж а в е р х н ь о г о р ів н я :
E th e rn e t, U S B , R S 2 3 2 ,
C A N , R S 4 8 5 і т .д .
Ін т е л е к т у а л ь з о в а н и й
ін т е р ф е й с н и й
м о д у л ь № m -1
Переваги:
Можливість використання компонентів існуючих систем;
Зменшення апаратної складності систем;
Зменшення навантаження на мережу верхнього рівня.
5

6. МПП фірми 3e Technology

• Реалізовано на базі
процесора Pentium
• Підтримка широкого
набору послідовних
інтерфейсів
• Повна обробка
даних в МПП
• Висока вартість
6

7. Мережевий модуль фірми Esensors

• Реалізовано на
мікроконтролері
• Підтримка набору
інтерфейсів на нижньому
рівні (RS232, TII, LPT,
1-Wire, SPI, I2C)
• Підтримка на верхньому
рівні Ethernet
• Відсутність обробки
даних в МПП
• Низька вартість
7

8. Вимоги до мережевих модулів

• Поточна обробка даних, що поступають
від сенсорів та вузлів нижнього рівня;
• Можливість віддаленого
перепрограмування в режимі on-line;
• Підтримку набору поширених
послідовних інтерфейсів (включаючи
швидкісні), які можна довільно
використовувати як в мережі верхнього,
так і нижнього рівнів
• Низька вартість
8

9. Запропонований підхід до реалізації

М е р е ж і в е р х н ь о г о р ів н я
R S485
RS232
RS485
драйвер
CAN
CAN
драйвер
RS232
драйвер
Сист емний
ін т е р ф е й с
E th e rn e t
E th e rn e t
драйвер
Блок
ін т е р ф е й с н о г о
конт ролера
Ш ина
у п р а в л ін н я
Ін т е р ф е й с н и й
конт ролер
(ІК )
RS485
драйвер
Б лок головного
конт ролера
L IN
драйвер
Ш ина даних
Головний
конт ролер
(Г К )
О ЗП ГК
ПЗП ГК
(fla s h R O M )
R S232
драйвер
О З П ІК
М ульт еплексована
ш и н а а д р е с и /д а н и х
V 16кБ
R S485
R S232
L IN
I2 C
SPI
1 - W ir e
М е р е ж і н и ж н ь о г о р ів н я
Роздільне виконання процесів опрацювання даних і обміну даними
Підтримка набору поширених інтерфейсів
Одночасна підтримка інтерфейсу верхнього і нижнього рівнів
9

10. Структурна схема мережевого модуля

Блок інтерфейсного контролера
Ethernet
Блок головного контролера
Ethernet
controller
CAN
CAN controller
USB
USB controller
Головний
контролер
Інтерфейсний
контролер
верхнього рівня
Flash
пам'ять
RS232/485
(0)
ОЗП ІК
(32 КБайт)
I2C
SPI
TII
RS232/485
(1)
Память
даних
(програм)
NV Data Flash
Інтерфейсний
контролер
нижнього рівня
I2C
10

11. Мережевий модуль (зовнішній вигляд)

11

12. Висновки

1. Запропоновано нову, двохпроцесорну архітектуру
модуля з роздільним виконанням на окремих
мікроконтролерах процсів обміну даним по
послідовних інтерфейсах та опрацювання даних.
2. розроблено схему електричну структурну та
схему електричну принципову. Проведено вибір
компонентної бази.
3. Розроблено структуру програмного
забезпечення, а також програмних модулів,
необхідних для перевірки окремих модуля.
4. Розроблено прототип апаратно-програмного
модуля збору сенсорних даних для розподілених
систем
12