在工业领域，采用以太网连接已经成为一个趋势。根据来自ARC研究公司的数据，现在仅仅在欧洲就有3百万到4百万台具备工业以太网能力的设备，其增长率甚至超过了IT行业的平均增长水平。一套基于以太网的DAQ系统可以为远程维护带来极大的方便，因为它克服了传统串行接口的距离限制。另外，一个工厂所使用的来自于许多不同供应商的机械设备可以通过一套基于以太网的DAQ系统整合到一个单一的系统里面，实现控制功能就会非常容易。
图1：一个单片的以太网微型控制器包含了驱动一台设备中DAQ的所有功能。
（以太网在一直不断的发展进化，IEEE标准委员会仍然在努力提高以太网的确定性。采用新的精确时间同步协议（PTP）IEEE1588标准，现在已经可以实现用正在传送过程数据的以太网同时对传感器、执行器和其它模件当中的本地时钟进行同步。）
对于制造行业应用中的监视和故障处理应用，10 Mbps的数据传送速率已经足够。例如，非连续的制造过程常常会使用数以百计的可编程逻辑控制器（PLCs），可编程逻辑控制器依靠基于RS-485的串行连接来交换数据，其数据传送速度只能达到几千字节每秒。而在一个包含基金会现场总线H1的DAQ系统当中，以太网通讯的运行速度是31.25kbps。
三种实现方式
在DAQ系统应用当中采用以太网主要有三种途径。第一，你可以采用老式的PCI/ISA控制器，这种控制器采用80-plus针形接口与8-bit微型计算机连接（MCUs）。这种基于PC的解决方案一般比较复杂，占用较大的安装面积，价格昂贵。
第二，你也可以考虑采用一种基于串行接口的低针数的以太网控制器。在目前大多数以太网控制器都采用80针封装或者更多针数的情况下，只有少数几种产品采用28针的封装，并且能够以非常低的价格提供具有竞争力的性能。这类控制器简化了设计，同时减少了印刷电路板所需要的空间。另外，这种等级的以太网控制器还设置了符合工业标准的串行外设接口（SPI）连接，因此只需要4根线就可以实现与主MCU的接口功能。
第三种方法，如果你倾向于一种单片机的解决方案，你可以考虑采用最新的低成本8位MCUs，它具有一个片载的媒体访问控制器（MAC）和为内嵌以太网应用进行过优化的物理层设备（PHY）。当你需要将少量信号（I/O）接入以太网网络以便实现监视和控制功能时，使用这种MCUs来进行基于以太网的DAQ子系统设计对于工厂应用是一种很好的选择。这些DAQ子系统的典型特点包括：具备一个以太网接口、具备光隔离的数字量输入通道、模拟量输入通道、继电器和模拟量输出通道。他们还具有类似于RS-232和/或RS-485端口的串行接口。有些模件甚至配备有传感器端口。
“对于制造行业应用当中的监视和故障处理应用，10 Mbps 的数据传送速率已经足够了。”
为了能够处理大量的I/O，你可以采用菊花链的方式将几个这样的子系统连接起来，这样还可以将接线的费用减少到最低。使用相应的软件，你可以对任务进行规划。既可以采用时间触发动作，也可以采用事件触发动作来实现对工厂机械设备的监视。与另外几种选择项（如上位控制和数据采集系统（SCADA）、PLCs或者集散控制系统（DCS）相比，这种方法具有比较高的效费比，因为另外几种系统都需要单独的以太网控制器、I/O卡板、机架、电源、电缆和软件。
已包含的连接
大多数连接到DAQ系统的传感器子系统都已经集成了某些类型的串行连接，通常是RS-232、RS-485、I2C或者CAN。关于系统运行的信息可以通过这些接口获得。针对不同的应用，你的基于以太网的DAQ系统设计可以象一个基于一片MCU（带有一个片载的以太网控制器）的探测器系统一样简单。这个系统可以与传感器的串行接口进行连接，还可以同各种各样的子系统进行通讯以便获取状态信息。这些数据都可以通过以太网传送出去以便进行进一步的处理和应用。
另一方面，取决于需要采取的行动，可以使用低速串行接口通过以太网将命令传送给DAQ系统来激活 传感器和子系统。自动化工程师还可以使用这种探测器设计来发展出一种基于以太网的DAQ系统，或者把现有的工厂机械设备升级改造为一个基于以太网的DAQ系统，实现监视和上位控制的应用。
图2：DAQ系统被科学的布置在既可以监视单独的设备，又可以
与更高层控制系统通讯的位置。 TCP/IP固件堆叠
在设计一个内嵌的以太网设备时的另一个重要考虑就是TCP/IP固件堆叠。一个单独的以太网模件仅仅能够支持对以太网数据包的处理工作。对于需要和外部世界进行通讯的设备来说，比较高层的协议，例如IP、TCP以及UDP必须在固件层面得到支持。有些硅芯片的制造商免费提供了TCP/IP堆叠功能，而另一些制造商则依靠收取前端费用以及/或者提供授权的第三方。
今天，市场上有许多从64针到100针封装的8位微处理器，它们还带有128kilobytes的闪存和4kilobytes的SRAM。这些微处理器具有丰富的编码空间来容纳一个TCP/IP堆栈，为你的应用提供WEB服务器功能。与目前市场上提供的多片式以太网相比较，一个集成的单片MCU DAQ系统解决方案可以减少68％的空间需求，并且降低约50％的成本。
在
过去，工程师需要付出很可观的努力来开发这种控制界面、协议以及相应的软件以便在一台PC或者手持设备上显示状态信息。现在，你可以简单的利用一个由微型控制器供应商免费提供的经过了测试和试用的TCP/IP堆栈来方便的将控制器连接到internet上。然后就可以使用合适的应用软件来配置一套基于以太网的DAQ系统实现对制造系统的诊断和监视功能。
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文章编号：070111
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