浅述自动化仪表网络化的实现技术

工作、生活的方方面面，在此背景下自动化仪表的传统功能已经不能满足人们的现代生活需求，将自动化仪表运用于现代互联网技术的硬件、软件中去成为一项热门的研究话题。本文通过对自动化仪表网络化中的关键技术，即自动化仪表的有线LAN接口技术和无线的ZigBee无线通信技术的发展和应用进行讨论，为自动化仪表的网络化技术发展提供参考。

关键词：自动化仪表；LAN接口技术；ZigBee无线通信技术

中图分类号：TN711 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 20-0000-02

自动化仪表是一种信息收集工具，在科学技术飞速发展的今天，仪表作为一种信息源存在，依然发挥着重要的作用。现代社会已经进入信息化时代，计算机的发展和普及分担了人类许多脑力劳动，让人们的生活更加轻松，工作更加的快捷，人们的生活逐步进入到信息自动化的时代。而传统的自动化仪表显然已经不能满足人们的生活、工作的需要，将自动化仪表与互联网资源进行整合是一个必然的发展趋势。

一、自动化仪表的发展概况

自动化仪表的发展经历了漫长的过程，大致可以分成三个时期，第一个时期是仪表的传统模式，其功能完全由厂家设计，在出厂之前已经完全设定好了，这种仪表的功能相对单一、体积比较大、开放性能不好；第二个时期出现了智能仪表，主要是采用微电子配件代替了传统的电子线路，具备了信息的采集、整理、显示和传输等多项功能，智能仪表的出现是仪表发展历史上的一大变革；第三代的仪表已经发展出虚拟仪表及个人仪表，这中仪表是将先前独立的仪表与个人的电子计算机资源融合在一起，这样的自动化仪表功能更加广泛，使用也更加的方便。

伴随着计算机信息时代的到来，自动化仪表正向网络化发展的方向迈进，网络化仪表技术包括：仪表的测控技术、嵌入式技术、电子技术现代计算机应用技术、互联网通信技术等一些列的新技术，使自动化仪表的发展更加符合时代的要求。现在很多科技公司已经根据市场的需求，开发出符合实际工作需要的网络仪表。

二、自动化仪表的有线LAN接口技术实现

在传统的自动化仪表设计中一般都是使用串行的通讯接口，而在仪表网络化技术中，则是使用太网接口模块，采用LAN接口技术的仪表一般都是在TCP/IP协议的网络功能基础上实现的。所以在选择太网接口的软件中应该重点考虑网络的TCP/IP协议，之后再考虑仪表的主机板与太网接口之间的数据交换，要使仪表的数据实时相应得到保障，同时注意当自动化仪表出现异常状况后能够进行自我的数据恢复，保障仪表的信息功能实现。

在自动化仪表中通过使用UIP协议栈与MCU结构设计相结合的方案来实现LAN转换接口的功能。其中网卡芯片应该使用CS8900A型，而MCU应该使用MSP430F147的单片机。这样才能使LAN接口的信息传输、管理功能得到良好的发挥。

（一）MSP430F147芯片。

MSP430属于一种功耗很低的、16位的、具备精简指令集的综合型单片机。而MSP430F147芯片就是这一系列单片机中的一种，也是目前LAN接口电路中应用比较广泛的芯片，其工作电压处在1.8～3.6V之间；RISC的指令集采用16位的工作方式，对于指令的执行周期在125ns左右，芯片内部采用JTAG的编程接口，不需要进行外部供电；同时可以支持PWM的数据输出，配有芯片内计较器以及2个串行的可编程接口。一般在自动化仪表网络化技术中MSP430单片机的工作任务主要是负责LAN接口与串口数据之间的信息协议传换。对于CS8900A型网卡芯片的操作一般都是通过使用MSP430F147单片机内的8位I/O接口中P3与P5端口来实现的。

（二）CS8900A型网卡芯片

这种网卡控制芯片具有价格较低、单芯片、集成度高的特点，是全双工的太网控制器，同时也可以为嵌入式系统的优化和功能开发提供便利。这种芯片内部融合了RAM与10BASE-T两种收发过滤器，分为8为与16为这两个控制接口的连接方法。在目前的自动化仪表中一般是使用8位的端口进行控制，将SA0～SA3设置为地址线与MSP430的P3端口进行连接，所采用的数据线一般是SD0～SD7，将数据线与MSP430单片机的P5端口进行连接。

（三）CS8900A型网卡的驱动程序编辑

CS8900A型网卡和单片机之间主要是采用8为的连接方式，在网卡复位之后一般是采用I/O连接的工作方式，在CS8900A型网卡中会选用0x0300这样的地址进行工作。事实上网络通信技术就是数据帧的传送和接收，所以在从事网卡芯片的数据接收和发送时要着重注意到数据帧的传送状况，至于其他的数据冲突检测、数据信号的调控等工作则可以由网卡芯片来完成，这样就实现了网络数据传输和仪表智能化处理功能，从而将自动化仪表的网络技术通过LAN外接得以实现和完善。

三、自动化仪表的无线组网技术

无线网络技术是现代新兴的网络技术，具有成本低廉、灵活性好、接口出现故障率少、适用范围广泛的优点，属于现代比较流行的信息管理及获取技术，不仅节省能源、降低成本，而且为信息的获取提供了很大的便利。

（一）无线组网的技术种类

随着科学技术的发展，及现代移动通信设备的普及，人们对于便捷信息的获取要求更高。无线组网技术以其方便、快捷的优势收到人们的普遍重视。无线组网的技术包括：蓝牙、WiFi、超宽带以及无线USB等技术，各种技术都有自己的特点，在众多的无线技术中ZigBee技术是非常受重视的无线技术，它本身具有耗能低、速度快、成本低组网灵活、可靠性好的特点，在推出之后就受到业界的好评。

（二）ZigBee技术的发展概况

ZigBee技术在我国的研究起步还比较晚，在市场中国外的仪表技术设备还是占有很大的优势，但是随着自动化仪表技术的不断发展，市场需求不断扩大，已经有很多的研究单位和高效开始从事ZigBee技术的研究，随着无线网络技术的普及，我国的ZigBee技术也将会迎来发展的最佳机遇。

（三）ZigBee技术的内部配置

现在的ZigBee技术主要依据2.4GHz平台中的RF芯片，这项技术在国外的研究水平相对高一些，如Chipcon这样的品牌在市场的占有率是比较大的，我们普遍所能接触到的ZigBee技术主要是依据CC2420芯片配合Atme1AVR8bits的微处理器组成的开发平台。目前业界正朝着简约化，低成本的方向进行设计改进。

（四）研究ZigBee技术的意义

ZigBee技术的内容包括无线网的结构、协议的模型以及数据的传输功能，通过硬件和软件的完善，建立ZigBee技术的无线信息交换平台。在无线网络技术飞快发展的今天，ZigBee技术依靠其自身的网络拓展功能、超低的能耗量特点，在远程监控及自动化控制等技术领域得到了广泛的应用。可以满足一些小型设备的无线控制需求，具有很好的实际使用意义。此外，ZigBee技术还被应用于医疗的监护、环境质量监控或是军事领域，为各行业将来无线信息通讯提供良好的发展保障。

四、结语

综上所述，随着科学技术的不断发展，自动化仪表的网络化技术正处于日臻成熟的发展时期，其发展的潜力是非常巨大。虽然目前国内的技术水平还有待提高，但是在业界技术人士的不断努力下，我国的自动化仪表网络技术一定会取得更好的发展成果。

参考文献：

[1]郭振东，吴阳，张彦伟.关于工业自动化仪表的发展以及应用[J].电源技术应用，2013（4）.

[2]阳宪惠，冯冬琴.工业以太网的发展趋势[J].自动化仪表，2004（25）.

[3]吴朋.我国仪器仪表行业发展现状[J].自动化信息，2005（10）.

[作者简介]谈三勤（1971.12-），男，江苏宜兴人，江苏协联热电集团有限公司生产技术部热控专业工程师，研究方向：自动控制；丁兆明（1972.8-），男，江苏宜兴人，宜兴特明科饲料添加剂有限公司工程师，研究方向：工业自动化仪表。

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