一种基于EtherCAT的力传感器数据采集系统与方法技术方案

技术编号:15107248 阅读:155 留言:0更新日期:2017-04-08 19:38
一种基于EtherCAT的力传感器数据采集系统与方法,本发明专利技术涉及基于EtherCAT的力传感器数据采集系统与方法。本发明专利技术是要针对现有方法存在的问题:RS485没有统一的规范和通信协议,通信方式存在一定的不足;而CAN总线做为一种面向工业底层控制的通信网络,也有一定的局限性,它不能和Internet相连,也不易与上位控制机直接接口,且现有的CAN接口卡与以太网网卡相比大都价格昂贵,因而提供了一种基于EtherCAT的力传感器数据采集系统与方法。包括支持EtherCAT协议的PC主站和多个从站。本发明专利技术应用于数据采集领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及基于EtherCAT的力传感器数据采集系统与方法
技术介绍
以太网是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。目前,商用以太网已经取得了广泛的应用,并且开始应用于工业控制领域当中,形成了工业以太网。实时工业以太网可以满足工业现场对数据传输安全性、可靠性、实时性的要求,并且工业以太网的数据传输速率完全满足数据采集的需要。“工业4.0”概念包含了由集中式控制向分散式增强型控制的基本模式转变,网络化的数据采集系统成为数据采集技术的发展趋势。EtherCAT吸收采纳了Interbus“集总帧”的技术思想,使通讯报文的有效利用率达到90%以上。完全符合以太网标准,EtherCAT可以与其他以太网设备及协议并存于同一总线,以太网交换机等标准结构构件也可以用于EtherCAT。无需从属子网,复杂的节点或只有两位的I/O节点都可以作为EtherCAT从站。高效率,最大化利用以太网带宽进行数据传输。刷新周期短,可以达到小于100us的数据刷新周期,可以用于伺服技术中底层的闭环控制。同步性能好,各从站结点设备可以达到小于1us的时钟同步精度。EtherCAT凭借其低成本、灵活的拓扑结构,高可靠性,高实时性等显著的性能优势得到了国内外相关领域的广泛关注,成为工业以太网发展的一个方向。目前,大多数采集系统主要采用RS485方式和CAN总线等方式进行数据传输。RS485没有统一的规范和通信协议,通信方式存在一定的不足。而CAN总线做为一种面向工业底层控制的通信网络,也有一定的局限性,它不能和Internet相连,所以不能实现远程信息的共享。
技术实现思路
本专利技术是要针对现有方法存在的问题:RS485没有统一的规范和通信协议,通信方式存在一定的不足;而CAN总线做为一种面向工业底层控制的通信网络,也有一定的局限性,它不能和Internet相连,也不易与上位控制机直接接口,且现有的CAN接口卡与以太网网卡相比大都价格昂贵,因而提供了一种基于EtherCAT的力传感器数据采集系统与方法。一种基于EtherCAT的力传感器数据采集系统,包括:支持EtherCAT协议的PC主站和多个从站;其中,所述每个从站均与多个传感器设备连接;所述各个从站通过MII接口进行串联,串联后的整体通过EtherCAT总线与PC主站连接;所述PC主站上安装有支持EtherCAT协议的以太网卡,PC主站通过以太网卡与其中一个从站相连。一种基于EtherCAT的力传感器数据采集方法,它按以下步骤实现:从站程序用C语言编写,在Keil环境下编译生成.hex文件,使用烧录软件将.hex文件写入单片机中,单片机中运行网络接口程序与数据采集程序;一、所述网络接口程序主要完成初始化处理和状态机处理;(1)所述初始化处理主要包括微处理器硬件初始化HW_init()、通信变量和ESC寄存器初始化ECAT_init();所述微处理器硬件初始化HW_init()主要包括STM32时钟配置初始化、IO管脚配置初始化、SPI配置初始化、ADC配置初始化和DMA配置初始化,通信变量和ESC寄存器初始化ECAT_init()主要包括邮箱初始化、状态机初始化和CoE初始化;(2)初始化完成后判断程序是否运行自由运行模式:如果是,则进入Free_run()函数处理周期性数据,程序查询非周期性事件,然后重新进入主循环;其中,所述处理周期性数据是数据采集程序中获取到的传感器数据,非周期性事件主要为状态改变事件和邮箱通信事件;如果否,则程序查询非周期性事件,然后重新进入主循环;其中,所述程序包括网络接口程序与数据采集程序;二、数据采集程序主要包括ADC模块和DMA模块:(1)系统上电完成初始化后,数据采集程序开始运行:首先,ADC模块初始化确定采集通道数,采样频率和采样模式,并使能ADC模块的DMA通道;然后DMA模块初始化为ADC模块分配一个DMA通道,并为采集到的数据分配内存空间;(2)初始化完成后,先后使能ADC模块和DMA模块,单片机开始数据采集:单片机先选通第一通道,将采集到的程序存在ADC模块的数据寄存器,然后DMA模块将数据搬运至指定的内存空间;然后单片机选通下一通道继续进行如上所述的采集;当所有通道都采集完成后,单片机从第一通道重新开始新一轮的循环。专利技术效果:本专利技术的目的在于针对现有技术的不足,提供一种基于EtherCAT的力传感器数据采集系统。一种基于EtherCAT的力传感器数据采集系统通过EtherCAT接口进行通信,应用层采用COE(CANopenoverEtherCAT)协议,CoE协议完全遵从CANopen的应用层行规,能够方便的进行网络管理。而且EtherCAT总线使用标准的以太网元件,传输速度快,性价比更高。附图说明图1为本专利技术的基于EtherCAT的数据采集系统的拓扑结构示意图;图2为EtherCAT的运行原理图;图3为本专利技术的单个从站的具体实施结构示意图;图4从站程序总体流程图;图5数据采集程序流程图。具体实施方式具体实施方式一:结合图1~图5说明本实施方式,本实施方式的一种基于EtherCAT的力传感器数据采集系统,包括:支持EtherCAT协议的PC主站和多个从站;其中,所述每个从站均与多个传感器设备连接;所述各个从站通过MII接口进行串联,串联后的整体通过EtherCAT总线与PC主站连接;所述PC主站上安装有支持EtherCAT协议的以太网卡,PC主站通过以太网卡与其中一个从站相连。本实施方式效果:本实施方式的目的在于针对现有技术的不足,提供一种基于EtherCAT的力传感器数据采集系统。一种基于EtherCAT的力传感器数据采集系统通过EtherCAT接口进行通信,应用层采用COE(CANopenoverEtherCAT)协议,CoE协议完全遵从CANopen的应用层行规,能够方便的进行网络管理。而且EtherCAT总线使用标准的以太网元件,传输速度快,性价比更高。所述从站使用STM32单片机操作ET1100,实现EtherCAT基本通信。单片机向下接入信号调理电路,即放大电路和滤波电路,接收来自传感器设备的信号。ET1100是一种EtherCAT从站控制器ESC专用芯片。ET1100可提供4个物理层接口,支持MII接口和EBUS接口两种类型,接口数目和类型的选择可以通过ET1100的外围配置引脚P_MODE[1:0]和本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种基于EtherCAT的力传感器数据采集系统,其特征在于包括:支持EtherCAT协议的EtherCAT主站和多个从站;其中,所述每个从站均与多个传感器设备连接;所述各个从站通过MII接口进行串联,串联后的整体通过EtherCAT总线与PC主站连接;所述PC主站上安装有支持EtherCAT协议的以太网卡,PC主站通过以太网卡与其中一个从站相连。

【技术特征摘要】
1.一种基于EtherCAT的力传感器数据采集系统,其特征在于包括:
支持EtherCAT协议的EtherCAT主站和多个从站;
其中,所述每个从站均与多个传感器设备连接;
所述各个从站通过MII接口进行串联,串联后的整体通过EtherCAT总线与PC主站连
接;
所述PC主站上安装有支持EtherCAT协议的以太网卡,PC主站通过以太网卡与其中
一个从站相连。
2.根据权利要求1所述的一种基于EtherCAT的力传感器数据采集系统,其特征在于
所述从站将现场传感器设备的信息封装后发送到PC主站,所述PC主站对从站信息进行监
控。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于EtherCAT的力传感器数据采集系统,其特征
在于所述每一个从站包括:EtherCAT通信子系统和数据采集子系统;
其中,所述EtherCAT通信子系统一方面实现EtherCAT数据链路层和物理层控制,处
理EtherCAT帧,向上与EtherCAT主站进行数据交换;另一方面,EtherCAT通信子系统为
应用器件提供总线接口,实现对应用器件的控制和数据收发过程;
其中,所述数据采集子系统将传感器数据进行采集和处理,然后传输给EtherCAT通信
子系统。
4.根据权利要求3所述的一种基于EtherCAT的力传感器数据采集系统,其特征在于
所述EtherCAT通信子系统包括支持EtherCAT协议的以太网PHY芯片,以太网数据变压器,
ESC从站专用芯片ET1100和微处理器。
5.根据权利要求4所述的一种基于EtherCAT的力传感器数据采集系统,其特征在于
所述数据采集子系统包括传感器本身和滤波电路与放大电路。
6.一种基于EtherCAT的力传感器数据采集方法,其特征在于它按以下步骤实现:
从站程序用C语言编写,在Keil环境下编译生成.hex文件,使用烧录软件将.hex文件
写入单片机中,单片机中运行网络接口程序与数据采集程序;
一、所述网络接口程序主要完成初始化处理和状态机处理;
(1)所述初始化处理主要包括微处理器硬件初始化HW_init()、通信变量和ESC寄存
器初始化ECAT_init();

【专利技术属性】
技术研发人员:赵杰郑培均刘玉斌李戈
申请(专利权)人:哈尔滨工业大学
类型:发明
国别省市:黑龙江;23

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