摘 要

本次毕业设计是研究基于工业总线的区域数据采集系统设计。

工业总线的定义，就是在设备之间或者模块之间发送消息、互相通信的一组公用的信号线集合。它是一种信号载体，或者公共通路，当系统在主要控制设备的操作下，将发送设备所要传输的信息准确地传达给其他接收设备。工业总线的特点在于公用性，可以同时承接许多个模块和设备。有了总线，我们可以在各种微机系统中，实现芯片间、模块间、外设和主机间以及两个系统间的连通和信息传递。

通过工业总线可以方便地实现多种能够应用在现场区域的功能，数据采集便是其中一种，在生产信息管理系统中处于核心地位。但如今仍有大部分制造业的企业依然使用原始的手工测量记录数据，再输入至PC终端中进行分析的方法，不仅任务量大，而且无法完全准确地对数据进行采集，对工程来说会造成一定程度上的干扰和阻碍。

嵌入式设施具有强大的处理功效，多样的软硬件资源，其功耗低和操作便捷等特点非常适合作为自动化工业中的现场数据采集装置来使用，因此，本次设计采用S3C2440核心板集成的开发板，使用多线程技术在Linux操作系统下进行基于以太网总线MODBUS/TCP 协议的数据采集装置设计，以求完成对工业现场实时采集并储存信息的功能。

关键词：工业总线，以太网，MODBUS/TCP，多线程，MINI2440，Linux嵌入式

Abstract

The graduation project is the study of regional data acquisition system based on industrial bus.

Definition of industrial bus, that is, between the device or module to send a message, a common set of signal lines communicate with each collection. It is a signal carrier, or public access, when the system is operating under the main control device, the device sends request information transmitted accurately convey to the other receiving device. Characteristics of industrial bus is public property, you can undertake a number of modules and equipment. By using the bus the microcomputer system can be realized within the chip, the printed circuit board between the various modules connected to the communication between the various boards in the chassis, and between the host system and the peripheral devices or between systems.

By bus industry can easily achieve a variety of functions can be used in the field area, the data collection is one of them, at the core of the production information management system. But now there are most manufacturing firms still use the original manual measurement recording data, and then enter the PC terminal to the method for analysis, not only large task, but can not be completely accurate data collection for the project will be cause interference and obstruction to a certain extent.

Embedded processing facility with a strong efficacy, a variety of hardware and software resources, its low power consumption and easy operation and so is very suitable for automation in the field of industrial data acquisition device to use, therefore, this design uses S3C2440 core board integrated development board with multi-threading technology for data acquisition device Ethernet bus MODBUS / TCP protocol is based on the Linux operating system, in order to complete the industrial scene in real-time acquisition and storage capabilities of information.

Keywords: industrial bus, Ethernet, MODBUS / TCP, multithreaded, MINI2440, embedded Linux

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1课题背景 1

1.2 数据采集系统的国内外发展现状 1

1.3 以太网总线简介 2

1.4 课题研究目标及意义 3

第二章 基于以太网总线的区域数据采集系统设计方案 4

2.1 基于工业生产管理信息的数据采集装置分析 4

2.2 基于LINUX的嵌入式操作系统 5

2.3 采集装置硬件环节总体分析 5

第三章 MODBUS/TCP协议原理分析 7

3.1 MODBUS/TPC协议通信方式 7

3.1.1 TCP/IP协议介绍 8

3.1.2 MODBUS在TCP/IP上的实现与分析 9

3.2 MODBUS/TCP在数据采集上的应用实现 10

3.3 多线程技术下MODBUS/TCP数据的异步采集方式 13

第四章 基于以太网总线MODBUS/TCP协议的嵌入式采集器硬件设计 15

4.1 数据采集设备的硬件各模块分析 15

4.1.1 处理器 15

4.1.2 网络通信 15

4.1.3 人机接口和信息扩展模块 16

4.2 MINI2440开发板综述 17

4.3 Linux系统定制 18

第五章 数据采集系统软件设计 19

5.1 采集程序整体流程分析 19

5.2 功能模块的软件设计和实现 19

5.2.1 数据采集模块 19

5.2.2 采集程序多线程处理 24

5.2.3 数据存储模块 25

第六章 数据采集系统的功能测试与调整 27

6.1 硬件部分测试与评估 27

6.2 软件部分测试与评估 28

6.2.1 基于Windows7系统下的程序测试 28

6.2.2 基于Linux系统下的采集程序测试 30

第七章 结论与展望 33

7.1 结论 34

7.2 展望 34

参考文献 36

致谢 38

第一章 绪论

1.1课题背景

随着科技的不断发展进步，总线技术已经广泛地应用到了各种类型的工业领域，在涉及到测量测试、自动化或者通信行业内，人们总是向往那些可靠标准、性价比高、易于运营维护的技术。

工业总线化优点很多，公共性和时分性都是其优势所在，但要想设计一个好的工业总线，必须解决物理连接和信号连接技术上的问题，包括缓冲驱动器的设置，接受器的选择与连接，传馈线的屏蔽和抗干扰，信号相互间的时序匹配和总线握手逻辑控制等。

总体上说工业总线可分为三种基本类型：传感器级总线、设备级总线和现场总线^[1]。相比其他两者而言，现场总线更符合较高层次的工业网络需要，它是一种用于过程控制现场仪表与控制室之间的一个标准的、开放的、双向的多站数字通信系统^[2]。但是现如今由于国际标准的不确定，现场总线的种类相当繁杂，约有40多种，其中应用较为广泛的有基金会现场总线FF，CAN（Controller Area Network）控制器局域网总线，以太网总线、Lonworks、Profibus、HART及CC-Link等^[3]。

因为网络技术的日益完善，过去使用到的总线都有着或多或少类似于远距离传输速率低下、实时性不强等方面的缺陷，这给了新兴的工业以太网总线技术发展的契机。工业以太网的高带宽，高数据通信容量，能完全与互联网对接以及同现有的各类办公软件和网络软件直接转换的优势是非常大的，极大地方便了现场的数据监控采集，增强了信息管理层和现场的通信效率。即使相比其他总线而言仍存在成本方面的劣势，在可靠性等方面也有着一定的差距，然而工业以太网技术的普及也已经是大势所趋。