基于多點網絡的水廠自動監控系統設計Design of MPI Based Automatic Monitoring and Control System in Water Works劉 美 俊(湖南工程學院，湘潭411101)摘要針對水廠工作水泵多、現場離控制站距離遠的特點，提出了一種基于MPI多點網絡的自動監控系統的設計方法，分析了系統的工作原理，介紹了系統中數據的采集與處理、主站與從站的通信原理以及系統軟件的設計。由于這種系統的主、從站PLC之間采用MPI網絡通信，具有運行可靠、性能價格比高的特點，所以適用于中小規模水廠的分布式監控場合。關鍵詞多點網絡主站從站監控系統Abstract Ina ccordancew ithth efe atuersof w aterw orks,i. e. ，manyp umpsin o perationa ndth ep umps， farfor mt hec ontrolst ation,th em ethodo fdesigninga na utomati(〕monitoringa ndc ontorlsy stemb asedo nM PIis p resented.Th eo perationalpr incipleo fth esy stemi san alyzed,th ed atac olection,data processing; communication between master station and slave station as wel as design and system software are discussed. Because MPI network communicationis used among master station, slave stations and PLC, the system is reliable and high cost-efective. It is， suitable for smal and mediumsized water works for distrbuted monitoring and control.Keywords MPI Masterst ation Slaves tation Monitoringa ndc ontorlsy stem 自來 水 廠 的自動控制系統一般分為兩大部分，一對組態硬件要求較高，投資較大。相對而言，MPI網是水源地深水泵的工作控制，一是水廠區變頻恒壓供絡速度可達187.5 M bps，通過一級中繼器傳輸距離可水控制，兩部分的實際距離通常都比較遠。某廠水源達Ikm 。根據水廠的具體情況，確定以MPI方式組地有3臺深井泵給水廠區的蓄水池供水。水廠區的成網絡，主站PLC為S7-300系列的CPU3121FM，從任務是對水池的水進行消毒處理后，通過加壓泵向管站為S7-200系列的CPU222。這樣既滿足了系統要路恒壓供水。選用Siemens公司的S7系列可編程控求，又相對于Profibus網絡節省了三分之一的成本，制器(PLC)和上位機組成實時數據采集和監控系統， 這種分布式監控系統具有較高的性能價格比。系統對深水泵進行遠程控制，對供水泵采用變頻器進行恒中PLC的物理層采用RS - 485接口，網絡延伸選用壓控制以保證整個水廠的電機設備安全、可靠地運帶防雷保護的中繼器，使系統的安全運行得到了保行。證。MPI網絡的拓撲結構如圖1所示。1 多點網絡(NWI)監控系統的組成Sie me ns 公司S7系列PLC通常有MP」多點網絡與Profibus現場總線網絡兩種組網方式。Profibus現場總線的應用目前較為普遍，通用性較好，它由Profibus一DP, Profibus一FMS, Profibus一PA組成。Profibus - DP型用于分散外設間的數據傳輸，傳輸速率為9.6kbps一12Mbps，主要用于現場控制器與分散1/0之間的通信，可滿足交直流調速系統快速響應的時間要求，特別適合于加工自動化領域的應用;Profibus - FMS主要解決車間級通信問題，完成中等傳輸速度的循環或非循環數據交換任務，適用于紡織、樓宇自動化、可編程控制器、低壓開關等;Profibus - PA型采用了OSI模型的物理層和數據鏈路層，適用于過程自動化的總線類型。
上傳時間： 2013-10-09
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RS-232-C 是PC 機常用的串行接口,由于信號電平值較高,易損壞接口電路的芯片,與TTL電平不兼容故需使用電平轉換電路方能與TTL 電路連接。本產品(轉接器),可以實現任意電平下(0.8~15)的UART串行接口到RS-232-C/E接口的無源電平轉接, 使用非常方便可靠。 什么是RS-232-C 接口？采用RS-232-C 接口有何特點？傳輸電纜長度如何考慮？答： 計算機與計算機或計算機與終端之間的數據傳送可以采用串行通訊和并行通訊二種方式。由于串行通訊方式具有使用線路少、成本低，特別是在遠程傳輸時，避免了多條線路特性的不一致而被廣泛采用。 在串行通訊時，要求通訊雙方都采用一個標準接口，使不同 的設備可以方便地連接起來進行通訊。 RS-232-C接口（又稱 EIA RS-232-C）是目前最常用的一種串行通訊接口。它是在1970 年由美國電子工業協會（EIA）聯合貝爾系統、 調制解調器廠家及計算機終端生產廠家共同制定的用于串行通訊的標準。它的全名是“數據終端設備（DTE）和數據通訊設備（DCE）之間串行二進制數據交換接口技術標準”該標準規定采用一個25 個腳的 DB25 連接器，對連接器的每個引腳的信號內容加以規定，還對各種信號的電平加以規定。(1) 接口的信號內容實際上RS-232-C 的25 條引線中有許多是很少使用的，在計算機與終端通訊中一般只使用3-9 條引線。(2) 接口的電氣特性 在RS-232-C 中任何一條信號線的電壓均為負邏輯關系。即：邏輯“1”，-5— -15V；邏輯“0” +5— +15V 。噪聲容限為2V。即 要求接收器能識別低至+3V 的信號作為邏輯“0”，高到-3V的信號 作為邏輯“1”(3) 接口的物理結構 RS-232-C 接口連接器一般使用型號為DB-25 的25 芯插頭座,通常插頭在DCE 端,插座在DTE端. 一些設備與PC 機連接的RS-232-C 接口,因為不使用對方的傳送控制信號,只需三條接口線,即“發送數據”、“接收數據”和“信號地”。所以采用DB-9 的9 芯插頭座，傳輸線采用屏蔽雙絞線。(4) 傳輸電纜長度由RS-232C 標準規定在碼元畸變小于4%的情況下，傳輸電纜長度應為50 英尺，其實這個4%的碼元畸變是很保守的，在實際應用中，約有99%的用戶是按碼元畸變10-20%的范圍工作的，所以實際使用中最大距離會遠超過50 英尺，美國DEC 公司曾規定允許碼元畸變為10%而得出附表2 的實驗結果。其中1 號電纜為屏蔽電纜，型號為DECP.NO.9107723 內有三對雙絞線，每對由22# AWG 組成，其外覆以屏蔽網。2 號電纜為不帶屏蔽的電纜。 2. 什么是RS-485 接口？它比RS-232-C 接口相比有何特點？答： 由于RS-232-C 接口標準出現較早，難免有不足之處，主要有以下四點：（1） 接口的信號電平值較高，易損壞接口電路的芯片，又因為與TTL 電平不兼容故需使用電平轉換電路方能與TTL 電路連接。（2） 傳輸速率較低，在異步傳輸時，波特率為20Kbps。（3） 接口使用一根信號線和一根信號返回線而構成共地的傳輸形式， 這種共地傳輸容易產生共模干擾，所以抗噪聲干擾性弱。（4） 傳輸距離有限，最大傳輸距離標準值為50 英尺，實際上也只能 用在50 米左右。針對RS-232-C 的不足，于是就不斷出現了一些新的接口標準，RS-485 就是其中之一，它具有以下特點：1. RS-485 的電氣特性：邏輯“1”以兩線間的電壓差為+（2—6） V 表示；邏輯“0”以兩線間的電壓差為-（2—6）V 表示。接口信號電平比RS-232-C 降低了，就不易損壞接口電路的芯片， 且該電平與TTL 電平兼容，可方便與TTL 電路連接。2. RS-485 的數據最高傳輸速率為10Mbps3. RS-485 接口是采用平衡驅動器和差分接收器的組合，抗共模干能力增強，即抗噪聲干擾性好。4. RS-485 接口的最大傳輸距離標準值為4000 英尺，實際上可達 3000 米，另外RS-232-C接口在總線上只允許連接1 個收發器， 即單站能力。而RS-485 接口在總線上是允許連接多達128 個收發器。即具有多站能力,這樣用戶可以利用單一的RS-485 接口方便地建立起設備網絡。因RS-485 接口具有良好的抗噪聲干擾性，長的傳輸距離和多站能力等上述優點就使其成為首選的串行接口。 因為RS485 接口組成的半雙工網絡，一般只需二根連線，所以RS485接口均采用屏蔽雙絞線傳輸。 RS485 接口連接器采用DB-9 的9 芯插頭座，與智能終端RS485接口采用DB-9（孔），與鍵盤連接的鍵盤接口RS485 采用DB-9（針）。3. 采用RS485 接口時，傳輸電纜的長度如何考慮？答： 在使用RS485 接口時，對于特定的傳輸線經，從發生器到負載其數據信號傳輸所允許的最大電纜長度是數據信號速率的函數，這個 長度數據主要是受信號失真及噪聲等影響所限制。下圖所示的最大電纜長度與信號速率的關系曲線是使用24AWG 銅芯雙絞電話電纜（線 徑為0.51mm），線間旁路電容為52.5PF/M，終端負載電阻為100 歐 時所得出。（曲線引自GB11014-89 附錄A）。由圖中可知，當數據信 號速率降低到90Kbit/S 以下時，假定最大允許的信號損失為6dBV 時， 則電纜長度被限制在1200M。實際上，圖中的曲線是很保守的，在實 用時是完全可以取得比它大的電纜長度。 當使用不同線徑的電纜。則取得的最大電纜長度是不相同的。例 如：當數據信號速率為600Kbit/S 時，采用24AWG 電纜，由圖可知最 大電纜長度是200m，若采用19AWG 電纜（線徑為0。91mm）則電纜長 度將可以大于200m； 若采用28AWG 電纜（線徑為0。32mm）則電纜 長度只能小于200m。
上傳時間： 2013-10-11
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如同今天的許多通用單片機(MCU)已經把USB、CAN和以太網作為標準外設集成在芯片內部一樣，越來越多的無線網絡芯片和無線網絡解決方案也在向集成SoC 方向發展，比如第一代產品，Nordic公司nRF905，Chipcon公司cc1010 他們集成了8051兼容的單片機.這些無線單片機適合一般的點對點和點對多點的私有網絡應用，如單一產品的遙控器和抄表裝置等。無線通訊技術給智能裝置的互連互通提供了便捷的途徑，工業無線網絡作為面向工業和家庭自動化的網絡技術也正在向著智能，標準和節能方向發展。 目前在工業控制和消費電子領域使用的無線網絡技術有ZigBee、無線局域網(Wi-Fi)、藍牙(Blutooth)、GPRS通用分組無線業務、 ISM、IrDA等， 未來還能有3G、超寬頻(UWB)、無線USB、Wimax等。 當然還有大量的私有和專用無線網絡在工業控制和消費電子裝置中使用，其中ZigBee、GPRS是在目前在國內工業控制中討論和使用比較多的兩種，藍牙和無線局域網是在消費電子產品如手機、耳機、打印機、照相機和家庭中小企業網絡中廣泛使用的無線協議(個別工業產品也有應用，如無線視頻監控和汽車音響系統)，當然私有無線網絡技術和產品在工業也有很多的應用。 ZigBee是一個低功耗、短距離和低速的無線網絡技術，工作在2.4GHz國際免執照的頻率，在IEEE標準上它和無線局域網、藍牙同屬802家族中的無線個人區域網絡， ZigBee是有兩部分組成，物理和鏈路層符合IEEE802.15.4， 網絡和應用層符合ZigBee聯盟的規范。ZigBee聯盟是在2002年成立的非盈利組織，有包括TI、霍尼威爾、華為在內兩百多家成員， ZigBee聯盟致力推廣兼容802.15.4和ZigBee協議的平臺， 制定網絡層和應用架構的公共規范，希望在樓宇自動化、居家控制、家用電器、工業自動控制和電腦外設等多方面普及ZigBee標準。 GPRS是在現有的GSM 網絡發展出來的分組數據承載業務，它工作在標準的GSM頻率，由于是一個分組交換系統，它適合工業上的突發，少量的數據傳輸，還因為GSM網絡覆蓋廣泛，永遠在線的特點，GPRS特點適合工業控制中的遠程監控和測量系統。在工業控制應用中GPRS 芯片一般是以無線數傳模塊形式出現的，它通過RS232全雙工接口和單片機連接，軟件上這些模塊都內置了GPRS，PPP和TCP/IP協議，單片機側通過AT指令集向模塊發出測試，連接和數據收發指令，GPRS模塊通過中國移動cmnet進入互聯網和其他終端或者服務器通訊。目前市場常見的模塊有西門子G24TC45、TC35i，飛思卡爾G24，索愛GR47/48， 還有Wavecom 的集成了ARM9核的GPRS SoC模塊WMP50/100。GPRS模塊有區分自帶TCP/IP協議和不帶協議兩種，一般來講，如果是單片機側有嵌入式操作系統和TCP/IP協議支持的話或者應用的要求只是收發短信和語音功能的話，可以選擇不帶協議的模塊。 先進的SoC技術正在無線應用領域發揮重要的作用。德州儀器收購了Chipcon公司以后發布的CC2430 是市場上首款SoC的ZigBee單片機， 見圖1，它把協議棧z-stack集成在芯片內部的閃存里面， 具有穩定可靠的CC2420收發器，增強性的8051內核，8KRAM，外設有I/O 口，ADC，SPI，UART 和AES128 安全協處理器，三個版本分別是32/64/128K的閃存，以128K為例，扣除基本z-stack協議還有3/4的空間留給應用代碼，即使完整的ZigBee協議，還有近1/2的空間留給應用代碼，這樣的無線單片機除了處理通訊協議外，還可以完成一些監控和顯示任務。這樣無線單片機都支持通過SPI或者UART與通用單片機或者嵌入式CPU結合。 2008年4月發表CC2480新一代單片ZibBee認證處理器就展示出和TI MSP430 通用的低功耗單片機結合的例子。圖1 CC2430應用電路 工業控制領域的另一個芯片巨頭——飛思卡爾的單片ZigBee處理器MC1321X的方案也非常類似，集成了HC08單片機核心， 16/32/64K 閃存，外設有GPIO， I2C和ADC， 軟件是Beestack 協議，只是最多4K RAM 對于更多的任務顯得小了些。但是憑借32位單片機Coldfire和系統軟件方面經驗和優勢， 飛思卡爾在滿足用戶應用的彈性需求方面作的更有特色，它率先能夠提供從低-中-高各個層面的解決方案，見圖2。
上傳時間： 2013-11-02
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介紹幾種常用的仿真器的設計方案，通過比較分析各自原理的優缺點，結合硬件性能，設計了基于ZWFcore的指令集仿真器ZWISS。通過對其CPU、多級存儲單元、陷阱、內存管理單元（MMU）、存儲保護系統（MPS）以及物理內存屬性（PMA）的仿真，較完善地完成對ZWFcore的仿真。為DSP硬件評估、DSP算法實現提供了良好的軟件模擬平臺。
上傳時間： 2013-10-09
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一階IIR數字濾波器時域濾波效果模擬tzl1963摘要－ 供初學如何設計實際的數字濾波器參考。一，基本概念FIR Filter－有限長單位脈沖響應濾波器，傳遞函數：Σ−=−=10)()(NnnznhzH ； （1）)(nh是一個有限長序列。IIR Filter－無限長單位脈沖響應濾波器，傳遞函數： ΣΣ=−=−−=NiiNiizbzazH01011)( ； （2）二，沖激響應不變法設模擬濾波器的沖激響應是h，取樣周期是T，則它的取樣沖擊響應是。又設數字濾波器的沖擊響應是。如果讓 )(tA)(n)(nThAh)(nh= (3) )(nThA這就是沖激響應不變法，物理概念就是讓數字濾波器的沖激響應等于對應的模擬濾波器沖激響應的抽樣函數。模擬濾波器的傳遞函數是它的沖激函數的拉氏變換，數字濾波器的傳遞函數的它的沖激函數的z變換。
上傳時間： 2013-11-20
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摘要：本文簡要介紹了Xilinx最新的EDK9.1i和ISE9.1i等工具的設計使用流程，最終在采用65nm工藝級別的Xilinx Virtex-5 開發板ML505 上同時設計實現了支持TCP/IP 協議的10M/100M/1000M 的三態以太網和千兆光以太網的SOPC 系統,并對涉及的關鍵技術進行了說明。關鍵詞：FPGA；EDK；SOPC；嵌入式開發；EMAC；MicroBlaze 本研究采用業界最新的Xilinx 65ns工藝級別的Virtex-5LXT FPGA 高級開發平臺，滿足了對于建造具有更高性能、更高密度、更低功耗和更低成本的可編程片上系統的需求。Virtex-5以太網媒體接入控制器(EMAC)模塊提供了專用的以太網功能，它和10/100/1000Base-T外部物理層芯片或RocketIOGTP收發器、SelectIO技術相結合，能夠分別實現10M/100M/1000M的三態以太網和千兆光以太網的SOPC 系統。
上傳時間： 2013-10-14
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我采用XC4VSX35或XC4VLX25 FPGA來連接DDR2 SODIMM和元件。SODIMM內存條選用MT16HTS51264HY-667(4GB)，分立器件選用8片MT47H512M8。設計目標：當客戶使用內存條時，8片分立器件不焊接；當使用直接貼片分立內存顆粒時，SODIMM內存條不安裝。請問專家：1、在設計中，先用Xilinx MIG工具生成DDR2的Core后，管腳約束文件是否還可更改？若能更改，則必須要滿足什么條件下更改？生成的約束文件中，ADDR，data之間是否能調換？ 2、對DDR2數據、地址和控制線路的匹配要注意些什么？通過兩只100歐的電阻分別連接到1.8V和GND進行匹配 和 通過一只49.9歐的電阻連接到0.9V進行匹配，哪種匹配方式更好？ 3、V4中，PCB LayOut時，DDR2線路阻抗單端為50歐，差分為100歐？Hyperlynx仿真時，那些參數必須要達到那些指標DDR2-667才能正常工作？ 4、 若使用DDR2-667的SODIMM內存條，能否降速使用？比如降速到DDR2-400或更低頻率使用？ 5、板卡上有SODIMM的插座，又有8片內存顆粒，則物理上兩部分是連在一起的，若實際使用時，只安裝內存條或只安裝8片內存顆粒，是否會造成信號完成性的影響？若有影響，如何控制？ 6、SODIMM內存條(max:4GB)能否和8片分立器件(max:4GB)組合同時使用，構成一個(max:8GB)的DDR2單元？若能，則布線阻抗和FPGA的DCI如何控制？地址和控制線的TOP圖應該怎樣？ 7、DDR2和FPGA（VREF pin）的參考電壓0.9V的實際工作電流有多大？工作時候，DDR2芯片是否很燙，一般如何考慮散熱？ 8、由于多層板疊層的問題，可能頂層和中間層的銅箔不一樣后，中間的夾層后度不一樣時，也可能造成阻抗的不同。請教DDR2-667的SODIMM在8層板上的推進疊層？
上傳時間： 2013-10-12
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為滿足TD-LTE系統對實時性的要求，通過對媒體接入控制（MAC）層和物理層之間的實時性研究以及對操作系統Nucleus PLUS的機制分析，實現了MAC層子幀調度。根據TD-LTE無線綜合測試儀中的設計要求，詳細介紹了Nucleus PLUS任務循環調度以及MAC子幀調度的流程設計。在實現MAC層基本功能的同時滿足了TD-LTE對系統實時性、子幀同步與任務資源管理的需求。
上傳時間： 2013-11-10
上傳用戶：royzhangsz
針對特定的載荷物理樣機地面測試驗證及任務全過程演示的硬件在回路仿真背景，基于RT-LAB仿真平臺，搭建了半實物仿真測試系統，其中航天器平臺的仿真模型使用Simulink/Stateflow搭建，采用層次化、模塊化設計，包含自主運行管理、GNC、電源、熱控、推進、地面站等分系統，使用Stateflow實現載荷工作的流程控制，本文詳細描述了各分系統的功能、實現，對關鍵分系統的功能做了驗證。表明RT-LAB與Simulink/Stateflow結合可方便快捷地構建各種仿真環境，滿足任務要求，而其模塊化的特點使模型便于后續的維護、重用與擴展。
上傳時間： 2013-11-19
上傳用戶：ly1994
參照3GPP LTE的E-UTRA物理層規范，提出了一種鏈路自適應方案。實時調整傳輸功率以補償信道的衰落，建立SNR-BLER曲線，在給定滿足一定業務的目標BLER的條件下，找到各個MCS的SNR切換門限值，從而實現鏈路自適應。仿真結果表明，在保證通信質量的前提下，自適應方案比固定MCS有著明顯的頻譜效率增益，使無線資源得到優化配置；同時刪減了頻譜效率沒有增益的MCS，降低系統復雜度。
上傳時間： 2013-12-22
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