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基于IPv6的无线传感器网络技术研究随着物联网技术的发展，无线传感器网络成为了新的热门技术，它可以广泛应用于智慧城市、智能家居、环境监测等领域。
其中，IPv6作为新一代互联网协议，正式成为了无线传感器网络的核心技术之一。
本文将对基于IPv6的无线传感器网络技术进行深入研究。
一、无线传感器网络概述无线传感器网络是由大量的无线传感器节点组成的分布式网络，通常用于环境监测、智慧城市等领域。
无线传感器节点通常由微处理器、传感器和通信模块组成，可以采集环境信息，并将信息传递给基站或其他传感器节点。
无线传感器网络的特点是能够进行自组织、自修复和自适应，与传统的有线网络相比，具有低成本、易部署、易维护等优点。
二、IPv6协议概述IPv6是互联网协议的新一代标准，与IPv4相比，其主要特点是地址空间更大，支持更多的网络设备连接和更多的应用场景。
IPv6还引入了许多新的特性，例如多播技术、流媒体传输、QoS等功能。
IPv6协议的地址格式为一个128位的地址，相比IPv4的32位地址更加精细，支持更多的网络设备进行连接。
IPv6支持隧道技术，可以在IPv4网络上运行，实现IPv6的兼容性，其可扩展性也更强。
三、基于IPv6的无线传感器网络技术研究由于传感器网络中节点数量众多，而且节点分布范围广泛，传统的无线通信技术不能满足其需求。
IPv6作为一种新型协议，可以很好地解决无线传感器网络中的通信问题。
1、IPv6地址配置IPv6协议中，每个节点都有一个不重复的IPv6地址，这一点对于无线传感器网络来说尤其重要。
传感器网络中节点数量较多，需要有一种自动配置的方法来分配地址。
IPv6引入了移动IPv6和无状态地址自动配置等技术，可以实现无需手动配置，在网络中进行自动地址分配。
2、IPv6通信协议IPv6协议实现了无线传感器网络中数据的传输，通过TCP/IPv6或UDP/IPv6等协议进行通信，建立起端到端的连接。
3、IPv6路由协议路由是无线传感器网络中最重要的问题之一。
EtherNetIP通信协议应用实例在工业自动化领域，EtherNet/IP通信协议作为一种常用的工业以太网协议，被广泛应用于设备间的数据通信和控制。
本文将介绍EtherNet/IP通信协议的应用实例，展示其在工业环境中的具体应用场景和优势。
一、概述在工业控制系统中，设备之间的通信是至关重要的。
传统的通信方式往往存在诸如速度慢、可靠性低等问题，而EtherNet/IP协议作为一种基于以太网的通信协议，具有高速、实时性强、可靠性高等优点，因而被广泛应用于工业自动化领域。
二、应用实例1. 工业机器人控制在现代工厂中，工业机器人被广泛应用于生产线的自动化操作。
通过EtherNet/IP通信协议，工业机器人可以与其他设备进行实时的数据交换和控制指令传输。
例如，生产线上的传感器可以实时采集产品的数据，通过EtherNet/IP协议传输给控制器，控制器再下发指令给机器人，实现对生产过程的精准控制和调节。
2. 智能制造系统在智能制造系统中，各个生产设备需要实现信息的共享和协同工作，以实现生产过程的智能化和高效化。
EtherNet/IP通信协议可以实现不同厂商、不同类型设备之间的无缝连接和数据交换，从而实现智能制造系统中的信息集成和资源共享。
例如，生产线上的PLC、人机界面、传感器等设备可以通过EtherNet/IP协议实现数据的实时传输和共享，提高生产效率和品质。
3. 远程监控与维护在工业自动化系统中，远程监控与维护是非常重要的功能。
通过EtherNet/IP通信协议，工程师可以远程监控设备的运行状态、实时获取数据，并进行远程诊断和维护。
这极大地提高了设备的可用性和维护效率，降低了维护成本和停机时间。
4. 数据采集与分析随着工业互联网的发展，数据采集与分析在工业自动化中的作用日益凸显。
EtherNet/IP通信协议可以实现工业设备的数据采集和实时传输，为工厂提供大量的实时数据。
结合先进的数据分析技术，可以实现对生产过程的实时监控和预测分析，提高生产效率和产品质量。
Profinet网络Profinet是一个工业以太网实时通信协议，是现代工业自动化的核心技术之一。
本文将介绍Profinet的基本概念、应用场景、性能特点以及未来发展方向。
一、Profinet的基本概念Profinet（Process Field Net）是由西门子公司推出的一种基于以太网的工业现场总线技术。
Profinet通信协议采用TCP/IP协议作为底层传输层协议，能够为企业提供高可靠性的实时通信，适用于在制造、过程和物流领域中的各种自动化应用。
从技术层面上来看，Profinet是一种分布式控制系统（DCS），它由位于主控制器（PLC）和从设备（I/O模块、传感器、执行器等）之间的通信组成。
Profinet的最大特点是其可扩展性和兼容性。
Profinet网络可以扩展至数百个节点，而且它可以轻松地整合和升级现有的自动化系统。
此外，Profinet的兼容性也非常好，可以与现有的基于TCP/IP协议的网络相容，如以太网、无线局域网（WLAN）和广域网（WAN）。
二、Profinet的应用场景Profinet在各种工业自动化应用中都有广泛的应用。
下面列举了一些常见的应用场景：1. 离散制造业：在离散制造业中，Profinet可以用于控制各种机器和设备，例如机床、工业机器人等。
它可以支持现场总线和现场设备之间的大量数据交换。
这样就可以实现在整个生产过程中对生产计划、生产进度和生产数据进行实时监控和控制。
2. 过程制造业：在过程制造业中，Profinet可以用于控制各种工业设备，如化工厂、炼油厂、水处理厂等。
它可以实现过程数据的实时传输和监控，从而提高生产效率和质量。
3. 物流：Profinet可以用于控制自动化仓库，包括传送带、搬运机器人等。
它可以使物流系统更加高效，提高货物的生产效率。
4. 交通：Profinet可以用于控制交通信号灯。
它可以使交通系统更加智能化，提高交通安全和效率。
5. 公共设施：Profinet可以用于控制建筑自动化系统，如空调、照明和安防系统等。
![毕业设计-基于opnet的无线传感器网络qos路由及流量建模研究与仿真[管理资料]](https://img.taocdn.com/s1/m/4ff0ee2376eeaeaad1f330f8.png)
河海大学本科毕业设计（论文）任务书（理工科类）Ⅰ、毕业设计（论文）题目：基于OPNET的无线传感器网络QoS路由及流量建模研究与仿真Ⅱ、毕业设计（论文）工作内容（从综合运用知识、研究方案的设计、研究方法和手段的运用、应用文献资料、数据分析处理、图纸质量、技术或观点创新等方面详细说明）：（1）搜集/阅读无线传感器网络、OPNET网络仿真等资料文献，熟悉无线传感器网络的基本理论问题，熟悉OPNET网络仿真这个仿真软件。
（2）对无线传感器网络的QoS路由进行了研究分析，定向扩散进行了扩展，利用一种新的QoS路由算法建立网络模型提高网络的生存期。
（3）对OPNET的流量建模机制进行研究分析，然后阐述一种建立无线传感器网络流量模型的方法。
（4）利用OPNET平台对仿真模型进行仿真实验，验证模型的有效性。
（5）总结与展望。
总结前面的工作，展望以后需要进一步展开的工作。
（6）整理论文，完成论文答辩。
Ⅲ、进度安排：～查阅无线传感器网络（WSN）、OPNET网络仿真及相关资料～熟悉OPNET仿真平台～研究分析无线传感器网络的QoS路由算法和OPNET的流量建模机制，提出一种建立无线传感器网络流量模型的方法～对所提模型进行OPNET仿真实验，验证其有效性～整理相关资料，撰写毕业设计论文，准备论文答辩Ⅳ、主要参考资料：【1】王文博，张金文. OPNET Modeler与网络仿真，人民邮电出版社，【2】孙屹，孟晨. OPNET通信仿真开发手册，国防工业出版社，【3】陈敏. OPNET网络仿真，清华大学出版社，【4】孙利民，李建中，陈渝，朱红松. 无线传感器网络，清华大学出版社，指导教师：， 2006 年 3 月 2 日学生姓名：，专业年级：2002级通信工程专业系负责人审核意见（从选题是否符合专业培养目标、是否结合科研或工程实际、综合训练程度、内容难度及工作量等方面加以审核）：系负责人签字：，年月日摘要无线传感器网络是一种全新的信息获取和处理技术，是一种新型的、无基础设施的、自组织的无线网络。
无线传感器网络心得体会通过这段时间的工作，我有以下几点体会。
1、无线传感网需要标准化我觉得大多数嵌入式工程师可能误解了标准化这个名词，把标准化理解为可怕的"死板"于“僵化”，实际上标准化意味着“开放”和“互操作性”，如果亲看到这句话也就意味着在互联网中那些标准化的协议发挥了作用，例如HTTP，TCP，IP，802、3或者802、11。
有了这些标准化的协议，无数的程序员才可以开发多种多样的应用，也包括博客。
应用需要一个好的平台，这个平台应该有标准化组件组成。
如果从项目开始的第一秒就抛弃标准化，那么标准化也抛弃了亲。
其实标准化给工程师更大的发挥空间，并且提供很好的扩展性和稳定性。
2、无线传感网可以IP化先不说无线传感网络，先说现场总线技术。
现场总线技术也经历了各自为政的时代，这个时代自然会产生各种各样的专利技术，但是却形成了若干技术孤岛，但最痛苦的还是用户。
到了本世纪出，在商业领域非常成功的以太网技术成为了现场总线新的发展方向，这给工业现场控制带来更低的成本和更灵活的方式。
之后，就有诸如Profinet，Ethernet/IP，modbus-tcp/ip，EtherCAT和powerlink这样的工业以太网的出现。
IP化不但意影响着现场总线技术，也势必会影响无线传感网技术，因为无论哪种技术都不想以完全孤岛的形式存在，zigbee IP应该就是一个很好的例子，从孤岛走向IP化的例子。
3、无线传感网可以借鉴现场总线技术该部分是应用层的方面的讨论。
若以上两点都可以实现即标准化和IP 化，无线传感网还是会陷入如何实现应用的问题，如何的获取传感器的结果，如果控制执行器。
很多的嵌入式工程师都热衷于自己定义一套控制协议，并为此不停的打补丁且修改。
但是为什么不借鉴一下现场总线中那些成熟的技术呢，例如modbus或者CANOPEN，是不是会获得事半功倍的效果呢。
一个最简单的工业控制协议初看第一眼总是觉得那么变扭，就如同嵌入式工程师第一次看到TCP状态机一样，复杂的不敢相信，但是深入研究之后会发现完善且可靠，工业现场总线技术大都完善可靠，且易于扩展。
实验技术与管理Experimental Technology and Management 第38卷第1期2021年1月Vol.38No.l Jan.2021ISSN1002-4956CN11-2034/TDOI:10.16791/ki.sjg.2O21.01.013基于PYNQ的传感器数据采集系统实验案例设计刘玉梅，棊俊炜，任立群，侯长波，于蕾（哈尔滨工程大学信息与通信工程学院，黑龙江哈尔滨150001）摘要：为了加强嵌入式系统设计实践教学的效果，提高学生解决复杂工程问题的能力，采用自顶向下的设计方法设计了传感器数据采集系统的实验案例该案例采用ZYNQ-7000系列为核心的PYNQ-Z2硬件平台，通过Arduino接口连接传感器.利用Xilinx公司的Vivado及SDK进行软、硬件设计与开发，通过该实验案例.使学生深入理解ZYNQ-7000软硬件协同设计原理和方法，以及通过Arduino的模拟、数字、Fc、UART总线通信接口釆集传送数据的方法.激发学生对“微处理器结构与嵌入式系统设计”课程的学习兴趣.提升实践教学效果。
关键词：嵌入式系统设计；PYNQ；ZYNQ-7000；Arduino;自顶向下设计中图分类号：TP368.1文献标识码：A文章编号：1002-4956（2021）01-0058-07Design of experimental case on sensor data acquisitionsystem based on PYNQLIU Yumei,QI Junwei,REN Liqun,HOU Changbo,YU Lei(College of Information and Communication,Harbin Engineering University,Harbin150001,China)Abstract:In order to strengthen the effect of embedded system design practice teaching and improve students'ability to solve complex engineering problems,an experimental case of the sensor data acquisition system isdesigned with a top-down design method.This case adopts the PYNQ-Z2hardware platform with ZYNQ-7000series as the core,connects sensors through Arduino interface,and uses Xilinx's Vivado and SDK for software andhardware design and development.Through the experimental case,students can obtain an in-depth understandingof the principles and methods of the co-design of ZYNQ-7000software and hardware,as well as the methods ofdata collection and transmission through the communication interface of Arduino's analog,digital,I2C and UARTbuses,which can stimulate students1interest in learning microprocessor structure and embedded system design,and improve the effect of practical teaching.Key words:embedded system design;PYNQ;ZYNQ-7000;Arduino;top-down design随着互联网时代的到来，基于物联网（IoT）技术革命的新经济世界正在形成，智能物联的泛在连接与泛在服务需求促使嵌入式微系统的设计及应用技术进入全新的发展阶段山2】。
Ethernet IP核的设计和FPGA实现随着网络通信技术和微电子技术的发展，日常生活中所遇到的设备的信息化和智能化不断加强。
而且，结构单一功能简单的设备已经不能满足使用者的需求。
这就使得设备的发展趋势朝着结构复杂化，功能多样化，高度集成化，高度智能化方向发展。
如今随着我国经济社会的发展，soc产品和嵌入式技术得到了广泛的推广和普及。
特别是随着国家提出物联网发展规划以来，Internet和消费电子的智能化迅速发展。
由此产生了嵌入式设备的联网问题。
本文就是基于这样的背景，采用Verilog HDL程序设计语言对Ethernet IP核进行编程设计，并以FPGA实现。
整个IP核的系统设计采用了Top-Down的设计思想。
在每个设计层次之上都可以把系统分为很多个功能模块，该层次的电路的硬件行为可以由这些功能模块来描述，同时下一层次的模块又描述这一层次的模块的行为。
整个设计过程使用Altera的工具软件Quartus II 13.0对Ethernet IP核各模块进行编译和综合，分析各模块的结构以及相互之间的关系，并采用ModelSim 10.1软件对部分模块进行功能仿真和功能分析，验证Ethernet IP核的功能。
关键词：嵌入式，物联网，Ethernet IP核，FPGA，Verilog HDL绪论在如今科学技术日新月异飞速发展的时代里，发展最快的领域当属电子科学与技术。
而在这一领域飞速发展的背后是以微电子技术为代表的半导体技术的快速发展来作为支撑和推动的。
尤其是随着微电子技术及其制造工艺的发展，使得芯片的集成度更高，设备的功能更加多样化。
这也就推动了各种消费电子，工业设备，环境监测仪器等的快速发展，如智能手机，平板电脑，车载导航仪，网络仪表，污染检测器等等。
这些设备都需要联网，也就都提出了连入网络的要求。
相对于嵌入式系统的RS232,RS485等串口通信接口相比，Ethernet技术更加普及通用，还能够连入Internet，具有明显的优势。
罗克韦尔（AB）以太⽹通讯模块设置IP地址详解罗克韦尔（AB）以太⽹通讯模块设置IP地址详解罗克韦尔的以太⽹通讯模块依次使⽤以下⼯具设置IP 地址:1. 使⽤旋转开关设置⽹络IP 地址2. 使⽤BOOTP/DHCP 服务器设置⽹络IP 地址3. 使⽤RSLinx 软件或Studio 5000 环境设置⽹络IP 地址第⼀种：使⽤旋转开关设置⽹络IP 地址使⽤条件：①模块带有旋转开关②⽬标IP地址在192.168.1.xxx⽹段罗克韦尔部分以太⽹通讯模块带有旋转开关，下图所⽰为1756 EtherNet/IP 通信模块的旋转开关。
开关位置因模块⽽异。
上电时，模块会读取旋转开关数据，确定IP 地址的最后⼀部分数值是否有效。
有效的数值范围为001…254。
如果设置的数值有效，则将出现以下情况：?IP 地址= 192.168.1.xxx ( 其中，xxx 代表开关设置)?⼦⽹掩码= 255.255.255.0?⽹关地址= 0.0.0.0⼀般情况下建议在安装模块前将旋转开关设置为有效数值，但是如果想要设定的⽬标IP地址不是192.168.1.xxx，你可以使⽤以下⽅法将旋转开关设置为⼀个⽆效值，然后通过第⼆种⽅法对IP地址进⾏设定。
第⼆种：使⽤BOOTP/DHCP 服务器设置⽹络IP 地址使⽤条件：①模块没有旋转开关，且模块已启⽤BOOTP/DHCP。
②模块有旋转开关但设定值⽆效，且模块已启⽤BOOTP/DHCP。
BOOTP/DHCP 服务器是⼀种⽤于设置IP 地址的独⽴服务器。
可使⽤BOOTP/DHCP 服务器设置IP 地址和其他传输控制协议(TCP) 参数。
从以下位置访问BOOTP/DHCP 服务器：?Programs ( 所有程序) > Rockwell Software (Rockwell 软件) >BOOTP-DHCP Server (BOOTP-DHCP 服务器)在启动BOOTP/DHCP 服务器之前，应确保您已获取模块的硬件(MAC) 地址。
模块IP地址设定实验目的：使用以太网实现通信实验内容：1、使用硬件拨码（旋转开关）分配IP地址2、使用BOOTP-DHCP Server分配IP地址3、模块IP地址复位为出厂默认值EtherNet/IP通信模块的出厂配置如下：BOOTP/DHCP已启用旋转开关设置为999（如果使用）任务一：使用旋转开关设置网络的IP地址旋转开关是模块上的物理零件。
某些EtherNet/IP通信模块使用与旋转开关类似的拨盘开关。
例：如图所示为1756 EtherNet/IP通信模块上的旋转开关，这几个开关位于模块顶部。
上电时，模块读取旋转开关以确定是否设置为IP地址最后一部分有效数字，有效范围为001—254。
如果设置为有效数字，则可以得到以下结果：IP地址=192.168.1.XXX（其中XXX表示开关设置）子网掩码=255.255.255.0网关地址=0.0.0.0建议您在安装模块之前将旋转开关设置为有效数字！任务二：如果旋转开关未设置为有效数字或模块没有旋转开关，如何来为PLC分配IP地址？BOOTP-DHCP Server是设置PLC的IP地址的软件，在安装RSLogix5000时选择安装，不用单独安装。
如果您的以太网模块是新购买的或者BOOTP-DHCP功能被使能，可以通过电脑安装的BOOTP-DHCP Server软件给以太网模块设定地址。
具体步骤如下：1、将EtherNet/IP设备与计算机通过以太网线连接起来2、设置计算机的IP地址：192.168.1.10（1）双击电脑桌面工具栏中“本地连接”图标，选择“属性”按钮，如图2所示。
（2）在“本地连接属性”窗口中选择“常规”，在右侧下拉菜单中选择“Internet 协议（TCP/IP）”，然后点击“属性”按钮，如图所示。
（3）在“Internet 协议（TCP/IP）属性”画面中输入IP地址，点击“确定”按钮，完成计算机IP地址的设定。
（4）启动“BOOTP-DHCP Server”软件，如下图。
基于IPv6的无线传感网的研究文章主要研究基于IPv6的无线传感网。
首先简单介绍了IEEE 802.15.4技术；然后引入6LowPAN，分析构建6LowPAN的技术难点和解决方案，以及将IPv6应用于无线传感网的优势；最后展望基于IPv6的无线传感网的应用前景。
【摘要】【关键词】IPv6 6LowPAN 无线传感网周洋帆 移动通信国家工程研究中心1 引言无线传感器网络（W S N，W i r e l e s s S e n s o r N e t w o r k）集信息采集、信息传输、信息处理于一体，具有广阔的应用前景，是当前无线网络领域研究的热点之一。
当需要建立一种可以连接每个传感器的无线网时，就会有相当数量的节点要接入互联网，因而需要大量的IP地址。
IPv4（Internet Protocol Version 4）越来越不能满足这种需求，而I P v6（I n t e r n e t Protocol Version 6）作为下一代网络协议，具有地址资源丰富、地址自动配置、安全性高以及移动性好等优点，可以满足低速无线个域网在地址和安全方面的需求。
IPv6与无线传感网的结合，极大地推动了无线传感网的发展。
由于6LowPAN（IPv6 over Low_rate WPAN）技术支持IPv6和无线传感器网络间的无缝连接，特别适合应用于嵌入式IPv6这一领域，它使大量电子产品不仅可以在彼此之间组网，还可以通过IPv6协议接入下一代互联网，使人们与周围环境更紧密的结合。
6LowPAN技术采用的是IEEE 802.15.4规定的物理层和MAC层，下面将简单介绍IEEE 802.15.4。
2 IEEE 802.15.4技术简介为了满足低功耗、低成本的无线网络要求，IEEE 标准委员会在2000年12月正式批准并成立了802.15.4工作组，任务就是开发一个低数据率的WPAN（Wireless Personal Area Network）标准，它具有复杂度低、成本极少和功耗很小的特点，能在低成本的设备之间进行低数据率的传输。
物联网中的传感器网络组网与通信协议研究第一章：传感器网络组网的基本概念和特点传感器网络是物联网中最常见和基础的组成部分之一。
它由大量的传感器节点组成，这些节点可以感知和收集环境中的多种信息。
传感器网络的组网是指将分散的传感器节点通过一定的方式连接起来以实现信息的共享和传输。
传感器网络的组网需要考虑以下几个方面：1.1 传感器网络组网的基本概念传感器网络组网是指将大量的传感器节点组织起来形成一个网络，以实现信息的收集、处理和传输。
传感器节点可以通过有线或者无线方式连接起来，形成一个具有自组织和自适应能力的网络。
1.2 传感器网络组网的特点传感器网络组网相比于传统的通信网络有着独特的特点：（1）大规模性：传感器节点数量庞大，可以达到成千上万个节点，并且节点分布范围广泛。
（2）分布式：传感器节点分布在不同的位置，可以布置在不同的环境中，形成一个分布式的网络。
（3）低功耗：传感器节点通常具有较低的功耗，以延长节点的使用寿命。
（4）资源受限：传感器节点的资源（如计算能力、存储容量）有限，需要合理利用资源以满足网络需求。
第二章：传感器网络组网的拓扑结构和路由协议2.1 传感器网络组网的拓扑结构传感器网络的拓扑结构指的是传感器节点之间的连接方式和组织形式。
常见的传感器网络拓扑结构有以下几种：（1）星型拓扑结构：以中心节点为核心，将所有传感器节点连接到中心节点上。
（2）网状拓扑结构：传感器节点之间相互连接，形成一个网状结构。
（3）树状拓扑结构：以根节点为起点，通过不断分支形成一个树形结构。
2.2 传感器网络的路由协议传感器网络中的节点往往分布在较大的范围内，因此需要一种有效的路由协议来实现数据的传输。
常见的传感器网络路由协议有以下几种：（1）平面路由协议：将传感器网络抽象成一个平面图，在平面图上进行路由选择，常用的平面路由算法有Dijkstra算法、最小生成树算法等。
（2）基于区域的路由协议：将传感器网络划分为不同的区域，在区域内进行路由选择，常见的区域路由协议有LEACH协议、TEEN协议等。
基于以太网的传感器应用网络概述传感器网络中，除了比较热门的无线传感器网络之外，还有一种基于以太网的智能传感器网络，即把计算机网络事实上的国际标准TCP/IP 协议（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，传输控制协议/互联网协议）和以太网协议引入到了传感器中，在传感器中嵌入了TCP/IP 协议和以太网协议，使传感器不通过PC 就能直接连上Internet/ Intranet。
相对于其他类型传感器而言，这种传感器由于内部直接嵌入了TCP/IP 协议和以太网协议，所以现场级的传感器就具备了以太网功能，使得测控系统在数据采集、信息发布及系统集成等方面都以企业内部网（Intranet）为依托，使得测控网和信息网统一起来。
如果企业Intranet 与Internet 相连，各种现场信息均可在整个Internet 上实时浏览，如果需要，这些信息在全球任何开通了Internet 的地方均可实时浏览共享。
基于以太网的视觉传感器视觉传感器主要由一个或者两个图形传感器组成，有时还要配以光投射器及其他辅助设备，其主要功能是获取足够的机器视觉系统要处理的最原始图像。
由于该类型传感器要传输的数据信息非常丰富，所以，以太网接口为视觉传感器带来了一种全新的系统解决方案，代表产品为康耐视公司的Checker 4G 系列（如图1 所示）。
Checker 4G 视觉传感器可通过以太网络进行远程设置和监控，也可以通过以太网和PROFINET 与各类PLC 进行通信（图2 所示），以及将每次检测的图像保存到FTP 服务器上。
使用Checker 4G 时，用户可将该传感器配置为存在传感器或测量传感器以对生产过程进行检测和防止出现错误。
存在传感器用于验证相应特征是否存在，而测量传感器用于验证相应特征是否为具有适当的高度、宽度或直径。
无论使用何种模式，每台Checker 4G 传感器能够检查的元件特征数都不会受限制。
收稿日期:2004204214 基金项目:重庆市自然科学资助项目(CSTC2005BB2077) 作者简介:陶红艳(19642),女,四川泸县人,副教授,研究方向:车辆技术,检测技术。
文章编号:100422474(2006)0320291203基于以太网模块IP 传感器的研究陶红艳1,陈学军2,李恭琼1,余成波2(1.重庆工学院汽车学院,重庆400050;2.重庆工学院远程测试与控制技术研究所,重庆400050) 摘 要:对于工业现场设备的监测控制,人们不再满足于集散控制系统和现场总线控制系统,为此,结合传感技术和Internet 技术,将传感器制成网络产品,并实现网络通信TCP/IP 协议。
该文系统地介绍了IP 传感器、TCP/IP 协议及其实现原理,阐述了以太网通信模块的实现方案、软件设计,给出了网卡的复位及初始化事例。
所研制的IP 传感器具有远程数据访问、信息实时发布与共享以及在线编程等功能,为构建具有更高性能价格比的测控自动化系统成为可能,该模块在远程自动化领域具有广阔的应用前景。
关键词:IP 传感器;TCP/IP 协议;R TL8019AS ;单片机中图分类号:TP212 文献标识码:AR esarch on IP Sensor B ased on Ethernet ModuleTAO H ong 2yan 1,CHEN Xue 2jun 2,L I G ong 2qiong 1,YU Cheng 2bo 2(1.Chongqing Institute of Automobile ,Chongqing Institute of Technology Chongqing 400050,China ;2.Research Institute of Remote Test &Control ,Chongqing Institute of Technology ,Chongqing 400050,China ) Abstract :People are no longer to settle for distributing center control system and field 2bus control system to mo 2nitor the industrial field equipment.Therefore ,the sensor technology and internet are adopted to develop IP sensor and realize TCP/IP protocol.The paper systematically introduces IP sensors ,TCP/IP protocol and its realizing principle ,sets forth implementations project of Ethernet communication module and its software design ,and gives the practical examples of reset and initialization of network card.The developed IP sensor has f unctions of remote data access ,real 2time information issuance and on 2line programming ,which make it possible setting up the testing automatic system with a higher cost performance.This module has the wide application prospects in the field of the remote automation.K ey w ords :IP sensor ;TCP/IP ;R TL8019AS ;MCU 目前,正在采用的RS 2232接口、RS 2485接口、RS 2422接口的网络传感器,存在一些不足:首先,传输距离有限;其二,与PC 机进行串行通信,一台PC 机最多可挂接此类传感器的数量受到限制;其三,在远距离传输信号时很容易受线路干扰及环境噪声的影响,还会造成信号衰减,且布线复杂;并且其所传输的数据量将受到影响,速度慢,数据传输实时性受到限制。
为此,许多大公司都纷纷推出了现场总线标准,虽然极大的方便了工业测控,但是这些现场总线的开放性及兼容性受到了限制。
随着以太网逐渐渗入到社会生活的各个角落,并且在以太网上运行的TCP/IP 协议是一个开放性的标准,它并不由某个厂商所控制。
为此,本文作者结合传感技术和In 2ternet 技术,提出了基于以太网模块IP 传感器的研究,具有极其重要的应用价值和学术意义。
1 IP 传感器的系统组成IP 传感器是在传统传感器的基础上嵌入了TCP/IP 协议,采用以太网标准接口,实现了现场设备和因特网直接通讯。
因此,IP 传感器主要由传感器单元、信号采集及处理单元、微处理器和以太网接口单元等部分组成(见图1)。
其工作原理是通过将被测参量转换为电信号,并经过电信号调理和A/D 采集转换为数字信号,再经过微处理器的数据处理(包括零位漂移、温度漂移的补偿、滤波及校准后),由TCP/IP 协议实现TCP/IP 数据包的封装,最后通过以太网接口模块完成与网络数据交换。
图1 IP 传感器系统框图2 嵌入单片机的TCP/IP 协议简介及实现原理 IP 传感器的以太网接口模块实现的关键在于TCP/IP 通信协议的实现。
TCP/IP 通信协议的实第28卷第3期压 电 与 声 光Vol.28No.32006年6月PIEZO EL ECTECTRICS &ACOUSTOOPTICSJ un.2006现方法主要采用协议栈移植,针对嵌入式系统,将TCP/IP 协议栈移植到微处理器系统中。
TCP/IP 协议是一个庞大的协议族,包含了不同层次的多个协议族,TCP 和IP 只是其中的两种协议,因此其对系统资源消耗较大。
本文针对8位的单片机,利用TCP/IP 协议中的UDP (用户数据报协议)、IP (网络报文协议)、ARP (地址解析协议)及简单的应用层协议成功地实现了单片机的网络互连,既提高了数据传输的速度,又保证了数据传输的正确性。
TCP/IP 协议对应于开放系统互连(OSI )模型,TCP/IP 通常采用一种简化的4层模型,分别为应用层、传输层、互连网络层和网络接口层[122]。
图2为各种协议间的关系。
图2 TCP/IP 体系统结构及其协议族2.1 应用层在本系统中,单片机系统传递来自Et hernet 和数据终端的数据,应用层只对大的数据报作打包拆报处理。
因此应用层根据需要可在单片机内完成,也可由单片机转给用户端终设备完成。
2.2 传输层传输层主要为两个网络节点上的应用程序提供端到端的通信,通过明确定义的通道及某些特性获取数据,如定义网络连接的端口号等,实现该层协议的TCP (传输控制协议)和UDP (用户数据报协议)。
2.3 互连网络层互连网络层让信息可以发送到相邻的TCP/IP 网络上的任一节点上,IP 协议就是该层中传送数据的机制。
IP 协议是TCP/IP 协议栈的核心,包含了ICMP (控制报文协议)和IGM P (Internet 组管理协议)。
IP 协议提供对数据大小的重新组装功能,以适应不同网络对报文的要求。
IP 的责任是把数据从源传送到目的地,不负责保证传送的可靠性和流量控制。
对于本系统的IP 协议的实现比较简单,采取只接受IPV4(即32位IP 地址)和IP 头长度为20字节的包,且只处理一包,不允许IP 包分段(本系统不设置接收队列),不处理与ICM P 、TCP 、UDP 无关的内容。
以上互连网络层和传输层由单片机来处理实现。
2.4 网络接口层它包括以太网驱动程序和物理接口(网络芯片)网络层数据必须先交付给以太网的驱动程序,由它将网络层数据打包并交付给物理接口,完成数据发送,反之,解包原理一样。
3 以太网接口模块的硬件组成及工作原理[324]3.1 硬件组成IP 传感器的以太网接口模块主要是完成对以太网和单片机之间的数据转换。
电路主要由主控器89C52、R TL8019AS 、RAM62256、锁存器74HC373N 、EEPROM 93C46、20F001N 、RJ 45及状态灯L ED 等组成。
具体电路框图如图3所示。
图3 IP 传感器的以太网接口模块电路原理图3.2 工作原理整个以太网接口模块的工作控制由单片机89C52来完成,通过R TL8019AS 来实现与网络数据交换。
单片机的P0(P0.0～P0.7)口经74HC373N 作为地址锁存后连接62256的低8位地址(A0～A7),并且低5位与R TL8019AS 的SA0～SA4相连,P0口直接作为数据口与62256的8位数据线相连(D0～D7)并且与R TL8019AS 的SD0～SD7相连;单片机的P2(P2.0～P2.6)口作为高8位地址线与62256的高位地址线(A8～A14)相连。
单片机的AL E 信号与74HC373N 的G 信号相连。
单片机的读信号线RD 、写信号线WR 、P1.0信号线分别与R TL8019AS 的IORB 、IOWB 、RSTDRV 相连。
R TL8019AS 通过20F001N 再与8芯非屏蔽双绞线的RJ 45标准接口相连接。
20F001N 是一个外接的隔离滤波器,起到提高抗干拢能力。
本来R TL8019AS 内有8kbit 的RAM 可用来作为89C52的数据存储器,但因为R TL8019AS 芯片读写速度慢,再者又因为以太网的包最大可有1500多字节,89C52单片机是无法存储这么大的包的,所以采用外扩存储器62256来提高单片机的数据传输速度和复杂的TCP/IP 的处理。
同时这外部的RAM 也用作串行口的输入输出缓冲,以使单片机可以高速的吞吐数据。
用户的一些设置采用24C02来存储。
292压 电 与 声 光2006年 4 软件实现及网络芯片的初始化与复位[5]4.1 软件流程设计与实现单片机控制软件主要由复位、初始化和数据解包打包组成。
如图4所示,首先单片机复位及初始化以太网模块,然后接下来的主要工作就是接收和发送数据。
接收主要来自前端现场传感数据和网络传来的网络数据包。
其将前者打包发送至以太网;把后者解包并作相应处理,从而实现了以太网模块与Et hernet 数据通信。
