单片机支持低成本的数据采集

一个单片以太网微控制器包含在一个设备中驱动DAQ的所有功能。

在许多制造环境中，需要有一个数据采集(DAQ)系统来远程监控网络，以进行故障排除或控制。为了促进这一点，许多制造应用程序倾向于依赖专有接口和协议来提供状态或诊断端口来交付信息。然而，基于标准接口(如以太网和TCP/IP协议)实现DAQ系统可以减少开发时间和成本。

在工业中部署以太网连接正成为一种流行趋势。根据研究公司ARC的数据，目前仅在欧洲就有300万到400万台工业以太网设备，其增长率超过了IT行业的平均水平。基于以太网的DAQ系统克服了传统串行接口的距离限制，便于远程维护。此外，使用来自许多供应商的机械的工厂可以使用基于以太网的DAQ系统集成到单个系统中，以便于控制。

典型的基于以太网的DAQ系统一端通过以太网与中心局通信，另一端通过通用同步/异步接收/发送器(USART)和来自传感器子系统的串行接口进行通信。对于制造过程中的监控和故障排除，以太网的不确定性不是问题。

(以太网在不断发展，IEEE标准委员会正在努力改进以太网确定性。通过新的精确时间协议(PTP) IEEE1588标准，现在可以使用同一以太网网络同步传感器、执行器和其他模块中的本地时钟，同时传输过程数据。)

对于制造应用程序中的监控和故障排除，10mbps的数据速率已经足够了。例如，离散制造业使用数百个可编程逻辑控制器(plc)，这些控制器依赖于基于RS-485的串行链路，以仅几kbps的速率交换数据。在涉及基金会现场总线H1的DAQ系统中，以太网通信以31.25 kbps的速度运行。

三种部署方法

在DAQ系统应用程序中部署以太网基本上有三种方法。首先，您可以使用旧的PCI/ISA控制器，它具有80多个引脚接口到8位微控制器(mcu)。这种基于pc的解决方案往往比较复杂，占用很大的空间，而且价格昂贵。

其次，您可以考虑部署一个基于串行接口的低引脚数以太网控制器。虽然大多数以太网控制器都是80针或更大的封装，但只有少数几个控制器以非常低的成本提供28针封装的类似功能，这简化了设计并减少了印刷电路板空间。此外，这类以太网控制器采用行业标准的串行外围接口(SPI)连接，只需要4条线就可以连接到主机MCU。

第三，如果你更喜欢单芯片解决方案，你可以考虑最新的低成本8位mcu，它具有片上介质访问控制器(MAC)和为嵌入式以太网应用优化的物理层设备(PHY)。使用这些mcu设计基于以太网的DAQ子系统非常适合工厂应用，当您需要将一些信号(I/O)传输到以太网网络进行监控和控制时。

DAQ系统的战略位置，它可以监视单个设备，并与更高级别的控制系统通信。

这些DAQ子系统通常具有以太网端口，光学隔离数字输入，模拟输入，继电器和模拟输出。它们还具有RS-232和/或RS-485端口等串行接口。一些模块甚至可能具有传感器端口。

为了能够处理大量的I/O，您可以对这些子系统中的一些进行菊花链，并将布线成本降至最低。使用软件，您可以安排任务在时间和事件触发的操作上运行，以监控工厂机器。与监控和数据采集(SCADA)系统、plc或分布式控制系统(dccs)等需要独立以太网控制器、I/O卡、机架、电源、电缆和软件的替代解决方案相比，这种方法非常具有成本效益。

连接包括

大多数连接到DAQ系统的传感器子系统已经包含了某种类型的串行连接，通常是RS-232, RS-485, I2C或CAN，从中可以获得有关系统操作的信息。根据应用的不同，基于以太网的DAQ系统设计可以简单到基于带有片上以太网控制器的MCU的探头，然后该探头连接到传感器的串口，并与各个子系统通信以获取状态信息。该数据通过以太网发送以进行进一步处理

在另一个方向上，根据所需的操作，命令通过以太网发送到DAQ系统，使用低速串行接口激活传感器和子系统。自动化工程师可以使用这种探头设计来开发基于以太网的DAQ系统，或将现有的工厂机械改造成基于以太网的DAQ系统，用于监控和监督应用。

TCP/IP栈固件

嵌入式以太网设备设计中的另一个重要考虑因素是TCP/IP堆栈固件。单个以太网模块只支持处理以太网报文。更高层次的协议，如IP、TCP和UDP，必须在固件中支持，以便设备能够与世界其他地方通信。一些芯片制造商免费提供TCP/IP堆栈，而另一些则依赖于第三方，收取前期费用和/或版税。

今天，许多8位微控制器都有64到100针的包，并带有128千字节的Flash和4千字节的SRAM，这是足够的代码空间来容纳应用程序中Web服务器的TCP/IP堆栈。与市场上现有的多芯片以太网产品相比，集成单芯片MCU DAQ系统解决方案可减少68%的空间，节省约50%的成本。

在过去，工程师们会投入大量的精力来开发这个控制接口、它的协议以及在PC或手持设备上显示状态信息的软件。相反，您可以简单地利用来自微控制器供应商的经过试验和测试的免费TCP/IP堆栈，轻松连接到互联网。然后，使用合适的应用软件，可以部署基于以太网的DAQ系统，用于制造系统的诊断或监控目的。

欲了解更多信息：www.microchip.com

作者信息

Nate Smith是Microchip Technology Inc.高级微控制器架构部门的产品营销经理。Microchip Technology是模拟和微控制器半导体的领先供应商，包括PIC18F97J60，一种单片以太网微控制器。

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