摘要：隨著電子技術的飛速發展，嵌入式系統在工業領域得到初步的應用，針對工業的需求，結合實際，精選優化各種方法，提出了1種基于以太網的電機控制與診斷方案，闡述了具體的實現過程。基于以太網的電機控制與診斷系統采用C8051F020單片機作為系統的核心控制器件，通過RTL8019AS網卡與Internet在物理上連接起來，并在C8051F020單片機嵌入了精簡優化后的TCP/IP協議，通過單片機本身產生SPWM脈沖，控制變頻器，實現對電機的調速控制，通過參數的采集，可以有效的對電機故障進行在線診斷。

0 引言

隨著Internet技術的發展、普及和單片機技術的進步，基于單片機的小型嵌入式系統正逐步走向工業過程控制的底層，也就是設備層，這就給工業設備帶來了新的控制和診斷方法。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。而這一實現不僅帶來了控制技術的改變，同時也給診斷技術帶來了生機，可以遠程甚至跨國界進行設備的在線診斷。

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組成，這里采用TCP/IP協議作為嵌入式系統的通信協議，嵌入式系統的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 系統硬件電路的實現

基于以太網的電機控制與診斷系統以C8051F020單片機作為嵌入式系統的CPU，內嵌TCP/IP協議，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。現代的操作系統均能同時支持這2種類型的協議格式，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議格式。本系統采用IEEE802.3以太網協議，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)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的，即發送端的網卡地址，同樣是6個字節。

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。

FCS：32位數據校驗位。

4 系統軟件設計

本系統軟件的實現包括系統時鐘、定時器、網卡RTL8019AS的初始化，初始化ARP協議，TCP協議和HTTP協議等來完成對電機參數的接收和發送，然后由主程序循環查詢rtl8019as看是否有新數據包到來。系統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請求，每隔0.5s重發1次，連續2次重發的請求沒回應，則終止重發，認為這個IP地址不存。

圖3系統軟件流程

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。最后本控制系統的WEBSERVER界面如圖4所示。

圖4系統的WEBSERVER界面

5 結論

本文提出了1種基于以太網的單片機的電機控制與診斷，在文中采用了具有高性價比的以太網RTL8019AS芯片，實現了數據的接收與發送，系統實現了基于8位單片機的TCP/IP協議的移植，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領域得到更廣泛的應用。