专利名称：具有标准以太网接口的电磁流量计的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电磁流量计，特别涉及一种具有标准以太网接口的电磁流量 计。
背景技术：
随着IT技术的飞速发展和工业自动化要求的不断提高，工业控制领域需要一种 高速、廉价、实时性和开放性好、稳定性和准确性高的网络，以太网技术具有价格低廉、稳定 可靠、通信速率高、软硬件产品丰富、应用广泛以及支持技术成熟等优点，特别适应于工业 控制领域的新需求。工业以太网中最典型的形式是以太网技术与TCP/IP协议栈相结合，在 设备中嵌入以太网通讯接口，嵌入TCP/IP协议便可形成支持以太网、TCP/IP协议和Web服 务器的hternet现场节点。在企业内部，可以利用企业信息网络，进行工厂实时运行数据 的发布和显示，在应用层协议尚未统一的环境下，管理者可直接实现对生产现场的监视与 控制，进而实现实时监控、在线设备调试及设备故障诊断和处理。
发明内容鉴于工业控制网络系统的优点，本实用新型的目的在于提供一种具有标准以太网 接口的电磁流量计，将其应用于工业控制现场，实现系统的流量检测功能，实现电磁流量计 的网络化通讯。本实用新型采用的技术方案为一种具有标准以太网接口的电磁流量计， 包括主控制模块、以太网通讯模块、传感器、电源模块，接线端子模块和液晶显示及按键模 块构成，其特征在于主控制模块与以太网通讯模块双向连接，电源模块同时与传感器、接 线端子模块、主控制模块、以太网通讯模块双向连接，传感器与电源模块和主控制模块双 向连接，接线端子模块与以太网通讯模块双向连接，主控制模块与液晶显示及按键模块双 向连接；所述的主控制模块由微处理器，数据采集电路、电源转换电路、可编程时钟输出电 路和EEPROM存储器构成，其连接为微处理器同时与电源转换电路、可编程时钟输出电路 和EEPROM存储器双向连接，与数据采集电路单向连接；所述的以太网通讯模块由网络变压 器、以太网控制器、ARM处理器芯片、标准JTAG电路构成，其连接为标准JTAG电路、ARM处理 器芯片、以太网控制器、网络变压器依次双向连接。本实用新型的有益效果为具有时钟显示、掉电存储、自诊断报警等功能，可实现 在工业以太网内的数字化通信，访问和控制，具有较强的通信速率和抗干扰性能；实现了工 业控制网络与企业信息网络的无缝连接，形成企业级管控一体化的全开放网络。
图1为本实用新型的电路总体结构框图。图2为本实用新型的主控制模块的程序流程图。图3为本实用新型的以太网通讯模块的程序流程图。
具体实施方式
采用P89C51RD2微处理器、标准JTAG电路、PCF8563T时钟/日历芯片、带看门狗 的串行EEPROM存储器X5325PI、AT91SAM7x256的ARM处理器、以太网控制器采用集成PHY 层的 RTL8201。如图1所示，主控制模块由P89C51RD2微处理器，数据采集电路，电源转换电路， 可编程时钟输出电路和EEPROM存储器构成，对采集的传感器数据进行处理、通过串口遵照 自定义的通信交互协议与以太网通讯模块的通讯、存储必要的采集和菜单设置数据、菜单 功能的实现、按键响应等功能。其中P89C51RD2微处理器为主控制模块的核心；数据采集 电路用于采集传感器产生的感应电动势，对信号进行放大、滤波及采样保持；电源转换电路 将电源模块产生的信号进行电平转换，产生主控制模块各芯片所需的电源信号；可编程时 钟输出电路为电磁流量计提供显示时钟，通过IIC总线与P89C51RD2微处理器进行通信； EEPROM存储器用于保存必要的数据，以免掉电后重要数据的丢失。主控制模块工作流程包括以下步骤，⑴初始化微处理器通电后首先关闭中断， 对微处理器芯片及其外围芯片进行初始化，包括微处理器芯片串口初始化及中断优先级设 置，对外围EEPR0M、时钟芯片、AD采样芯片进行初始化及液晶屏显示初始化；⑵以太网通信 的映射变量和写映射变量初始化打开中断，进行以太网通信的映射变量和写映射变量初 始化；⑶进入主循环完成掉电检测，不掉电时定时器每1秒置位自定义标志变量一次，进 行流量检测采集、读写以太网映射变量、存储时间及累计流量，定时器每500毫秒置位自定 义标志变量一次，进行屏幕刷新，如有按键操作，完成按键响应。以太网通讯模块由网络变压器，以太网控制器，ARM处理器芯片，标准JTAG电路及 外围电路构成。网络变压器分别与以太网控制器和RJ45相连，实现网络信号与片上通讯信 号的隔离，提高系统的抗干扰能力；以太网控制器为集成了 PHY层的网络芯片，其外接晶振 为25MHz，通过MII接口与ARM处理器芯片相连，实现网络数据的收发；ARM处理器芯片与 以太网控制器相连，实现以太网数据报文的接受与发送，完成与以太网控制器和P89C51RD2 微处理器间的数据交换；标准JTAG电路与ARM处理器相连，实现ARM处理器的程序下载及 仿真调试；外围电路主要实现电平转换，为以太网通讯模块提供工作电源。以太网通讯模块 与主控制模块通过串行接口进行数据交互，使仪表具有实时以太网通信的功能。上位组态 软件可以对符合TCP/IP协议的现场设备进行组态和监控，实现设备管理和信息访问。以太网通讯模块工作流程包括以下步骤，⑴初始化该模块通电后，ARM和网络芯 片初始化，设置时钟和外围控制器并移植嵌入式操作系统UC/OS-II和嵌入式TCP/IP网络 协议；⑵发送报文当接收到主控制模块发送的报文时，提取主控制模块报文中的数据部 分，添加TCP/IP报头后发送到以太网中；⑶当接收到网络中的TCP/IP报文时，提取TCP/IP 报文中的数据部分，添加主控制模块报头后发送到主控制模块中。电源模块通过整流电路、隔离变压器将220V交流电源转换成直流5V和24V电源， 为整个系统提供工作电源。电源模块中还包括激磁回路和励磁断线检测电路，激磁回路接 受P89C51RD2微处理器产生的励磁信号，为励磁线圈供电，若励磁回路断路，励磁断线检测 电路会产生励磁断线报警信号传送给P89C51RD2微处理器。液晶显示及按键模块用于仪表瞬时流量、累计流量、单位、提示信息等的显示，3个 按键可根据用户要求设置仪表菜单等工作。[0015]接线端子模块包含交流电源接口和网络接口 RJ45，用于交流电源的供电和网络传 输，以太网接口直接连接工业交换机。接线端子模块还包含热敏电阻和保险丝，用于电路过 流时为系统提供保护。如图2所示，P89C51RD2微处理器通电后首先关闭中断，对P89C51RD2芯片及其外 围芯片进行初始化，包括P89C51RD2芯片串口初始化及中断优先级设置，对外围EEPR0M、时 钟芯片、AD采样芯片进行初始化及液晶屏显示初始化，然后打开中断，进行以太网通信的映 射变量和写映射变量初始化，之后进入主循环，主循环中完成掉电检测、流量检测采集、读 写以太网映射变量、存储时间及累计流量、屏幕刷新、按键响应等功能。如图3为所示，以太网通讯模块为封装了 TCP/IP通信协议栈的以太网通讯接口模 块，其中集成了 TCP/IP通信协议栈以及为与主控制模块交互数据而自定义的通信交互协 议，实现了工业以太网数据的确定性通信。TCP/IP通信协议栈实现以太网数据报文的接受 与发送，实现工业以太网控制系统结构中各个层次的协议规范。以太网通讯模块整个软件系统移植有嵌入式操作系统UC/OS-II和嵌入式网络 TCP/IP协议。在该模块通电后，程序首先进行整个硬件系统的初始化，使能ARM和网络芯 片，设置时钟和外围控制器，然后初始化嵌入式操作系统uC/OS-II和嵌入式TCP/IP网络 协议，当接收到主控制模块发送的报文时，提取主控制模块报文中的数据部分，添加TCP/IP 报头后发送到以太网中。当接收到网络中的TCP/IP报文时，提取TCP/IP报文中的数据部 分，添加主控制模块报头后发送到主控制模块中。
权利要求1. 一种具有标准以太网接口的电磁流量计，包括主控制模块、以太网通讯模块、传感 器、电源模块，接线端子模块和液晶显示及按键模块构成，其特征在于主控制模块与以太 网通讯模块双向连接，电源模块同时与传感器、接线端子模块、主控制模块、以太网通讯模 块双向连接，传感器与电源模块和主控制模块双向连接，接线端子模块与以太网通讯模块 双向连接，主控制模块与液晶显示及按键模块双向连接；所述的主控制模块由微处理器， 数据采集电路、电源转换电路、可编程时钟输出电路和EEPROM存储器构成，其连接为微处 理器同时与电源转换电路、可编程时钟输出电路和EEPROM存储器双向连接，与数据采集电 路单向连接；所述的以太网通讯模块由网络变压器、以太网控制器、ARM处理器芯片、标准 JTAG电路构成，其连接为标准JTAG电路、ARM处理器芯片、以太网控制器、网络变压器依次 双向连接。
专利摘要本实用新型涉及一种具有标准以太网接口的电磁流量计，主控制模块与以太网通讯模块双向连接，电源模块同时与传感器、接线端子模块、主控制模块、以太网通讯模块双向连接，传感器与电源模块和主控制模块双向连接，接线端子模块与以太网通讯模块双向连接，主控制模块与液晶显示及按键模块双向连接；本实用新型的有益效果为具有时钟显示、掉电存储、自诊断报警等功能，可实现在工业以太网内的数字化通信，访问和控制，具有较强的通信速率和抗干扰性能；实现了工业控制网络与企业信息网络的无缝连接，形成企业级管控一体化的全开放网络。
文档编号H04L12/28GK201917365SQ201020664759
公开日2011年8月3日 申请日期2010年12月17日 优先权日2010年12月17日
发明者李萌, 杨彬, 皇甫晓蓉, 邴哲松 申请人:中环天仪股份有限公司