在許多製造業的應用當中，客戶希望擁有一套數據采集係統（DAQ）來對網絡進行遠程監視，以便滿足故障處理和控製的需要。為了達到此項目的，許多製造業的應用傾向於依靠一種專利權下的、由特定擁有者所有的接口和協議，由其提供狀態或者診斷端口來傳送信息。但是，如果建立一套基於一種標準接口的DAQ係統－例如以太網以及TCP/IP協議，用戶就可以作到既能夠節約開發的時間，又能夠降低開發的費用。
在工業領域，采用以太網連接已經成為一個趨勢。根據來自ARC研究公司的數據，現在僅僅在歐洲就有3百萬到4百萬台具備工業以太網能力的設備，其增長率甚至超過了IT行業的平均增長水平。一套基於以太網的DAQ係(xi)統(tong)可(ke)以(yi)為(wei)遠(yuan)程(cheng)維(wei)護(hu)帶(dai)來(lai)極(ji)大(da)的(de)方(fang)便(bian)，因(yin)為(wei)它(ta)克(ke)服(fu)了(le)傳(chuan)統(tong)串(chuan)行(xing)接(jie)口(kou)的(de)距(ju)離(li)限(xian)製(zhi)。另(ling)外(wai)，一(yi)個(ge)工(gong)廠(chang)所(suo)使(shi)用(yong)的(de)來(lai)自(zi)於(yu)許(xu)多(duo)不(bu)同(tong)供(gong)應(ying)商(shang)的(de)機(ji)械(xie)設(she)備(bei)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)一(yi)套(tao)基(ji)於(yu)以(yi)太(tai)網(wang)的(de)DAQ係統整合到一個單一的係統裏麵，實現控製功能就會非常容易。
圖1：一個單片的以太網微型控製器包含了驅動一台設備中DAQ的所有功能。
一套典型的基於以太網的DAQ係xi統tong可ke以yi通tong過guo以yi太tai網wang與yu網wang絡luo另ling一yi端duan的de中zhong心xin辦ban公gong室shi進jin行xing通tong訊xun，同tong時shi還hai可ke以yi通tong過guo位wei於yu網wang絡luo其qi它ta端duan點dian上shang的de傳chuan感gan器qi子zi係xi統tong所suo擁yong有you的de同tong步bu或huo者zhe非fei同tong步bu通tong用yong接jie收shou器qi/變送器（USART）以及串行接口進行通訊。對於製造行業的監視和故障處理應用，以太網所具有的不確定性特點不會帶來問題。
（以太網在一直不斷的發展進化，IEEE標準委員會仍然在努力提高以太網的確定性。采用新的精確時間同步協議（PTP）IEEE1588標準，現在已經可以實現用正在傳送過程數據的以太網同時對傳感器、執行器和其它模件當中的本地時鍾進行同步。）
對於製造行業應用中的監視和故障處理應用，10 Mbps的數據傳送速率已經足夠。例如，非連續的製造過程常常會使用數以百計的可編程邏輯控製器（PLCs），可編程邏輯控製器依靠基於RS-485的串行連接來交換數據，其數據傳送速度隻能達到幾千字節每秒。而在一個包含基金會現場總線H1的DAQ係統當中，以太網通訊的運行速度是31.25kbps。
三種實現方式
在DAQ係統應用當中采用以太網主要有三種途徑。第一，你可以采用老式的PCI/ISA控製器，這種控製器采用80-plus針形接口與8-bit微型計算機連接（MCUs）。這種基於PC的解決方案一般比較複雜，占用較大的安裝麵積，價格昂貴。
第二，你也可以考慮采用一種基於串行接口的低針數的以太網控製器。在目前大多數以太網控製器都采用80針封裝或者更多針數的情況下，隻有少數幾種產品采用28zhendefengzhuang，bingqienenggouyifeichangdidejiagetigongjuyoujingzhenglidexingneng。zheleikongzhiqijianhualesheji，tongshijianshaoleyinshuadianlubansuoxuyaodekongjian。lingwai，zhezhongdengjideyitaiwangkongzhiqihaishezhilefuhegongyebiaozhundechuanxingwaishejiekou（SPI）連接，因此隻需要4根線就可以實現與主MCU的接口功能。
第三種方法，如果你傾向於一種單片機的解決方案，你可以考慮采用最新的低成本8位MCUs，它具有一個片載的媒體訪問控製器（MAC）和為內嵌以太網應用進行過優化的物理層設備（PHY）。當你需要將少量信號（I/O）接入以太網網絡以便實現監視和控製功能時，使用這種MCUs來進行基於以太網的DAQ子係統設計對於工廠應用是一種很好的選擇。這些DAQ子係統的典型特點包括：具備一個以太網接口、具備光隔離的數字量輸入通道、模擬量輸入通道、繼電器和模擬量輸出通道。他們還具有類似於RS-232和/或RS-485端口的串行接口。有些模件甚至配備有傳感器端口。 “對於製造行業應用當中的監視和故障處理應用，10 Mbps 的數據傳送速率已經足夠了。” 為了能夠處理大量的I/O，你ni可ke以yi采cai用yong菊ju花hua鏈lian的de方fang式shi將jiang幾ji個ge這zhe樣yang的de子zi係xi統tong連lian接jie起qi來lai，這zhe樣yang還hai可ke以yi將jiang接jie線xian的de費fei用yong減jian少shao到dao最zui低di。使shi用yong相xiang應ying的de軟ruan件jian，你ni可ke以yi對dui任ren務wu進jin行xing規gui劃hua。既ji可ke以yi采cai用yong時shi間jian觸chu發fa動dong作zuo，也ye可ke以yi采cai用yong事shi件jian觸chu發fa動dong作zuo來lai實shi現xian對dui工gong廠chang機ji械xie設she備bei的de監jian視shi。與yu另ling外wai幾ji種zhong選xuan擇ze項xiang（如上位控製和數據采集係統（SCADA）、PLCs或者集散控製係統（DCS）相比，這種方法具有比較高的效費比，因為另外幾種係統都需要單獨的以太網控製器、I/O卡板、機架、電源、電纜和軟件。
已包含的連接
大多數連接到DAQ係統的傳感器子係統都已經集成了某些類型的串行連接，通常是RS-232、RS-485、I2C或者CAN。關於係統運行的信息可以通過這些接口獲得。針對不同的應用，你的基於以太網的DAQ係統設計可以象一個基於一片MCU（帶有一個片載的以太網控製器）的(de)探(tan)測(ce)器(qi)係(xi)統(tong)一(yi)樣(yang)簡(jian)單(dan)。這(zhe)個(ge)係(xi)統(tong)可(ke)以(yi)與(yu)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)串(chuan)行(xing)接(jie)口(kou)進(jin)行(xing)連(lian)接(jie)，還(hai)可(ke)以(yi)同(tong)各(ge)種(zhong)各(ge)樣(yang)的(de)子(zi)係(xi)統(tong)進(jin)行(xing)通(tong)訊(xun)以(yi)便(bian)獲(huo)取(qu)狀(zhuang)態(tai)信(xin)息(xi)。這(zhe)些(xie)數(shu)據(ju)都(dou)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)以(yi)太(tai)網(wang)傳(chuan)送(song)出(chu)去(qu)以(yi)便(bian)進(jin)行(xing)進(jin)一(yi)步(bu)的(de)處(chu)理(li)和(he)應(ying)用(yong)。
另一方麵，取決於需要采取的行動，可以使用低速串行接口通過以太網將命令傳送給DAQ係統來激活傳感器和子係統。自動化工程師還可以使用這種探測器設計來發展出一種基於以太網的DAQ係統，或者把現有的工廠機械設備升級改造為一個基於以太網的DAQ係統，實現監視和上位控製的應用。
圖2：DAQ係統被科學的布置在既可以監視單獨的設備，又可以與更高層控製係統通訊的位置。
TCP/IP固件堆疊
在設計一個內嵌的以太網設備時的另一個重要考慮就是TCP/IPgujianduidie。yigedandudeyitaiwangmojianjinjinnenggouzhichiduiyitaiwangshujubaodechuligongzuo。duiyuxuyaohewaibushijiejinxingtongxundeshebeilaishuo，bijiaogaocengdexieyi，liruIP、TCP以及UDP必須在固件層麵得到支持。有些矽芯片的製造商免費提供了TCP/IP堆疊功能，而另一些製造商則依靠收取前端費用以及/或者提供授權的第三方。
今天，市場上有許多從64針到100針封裝的8位微處理器，它們還帶有128kilobytes的閃存和4kilobytes的SRAM。這些微處理器具有豐富的編碼空間來容納一個TCP/IP堆棧，為你的應用提供WEB服務器功能。與目前市場上提供的多片式以太網相比較，一個集成的單片MCU DAQ係統解決方案可以減少68％的空間需求，並且降低約50％的成本。
在過去，工程師需要付出很可觀的努力來開發這種控製界麵、協議以及相應的軟件以便在一台PC或者手持設備上顯示狀態信息。現在，你可以簡單的利用一個由微型控製器供應商免費提供的經過了測試和試用的TCP/IP堆棧來方便的將控製器連接到internet上。然後就可以使用合適的應用軟件來配置一套基於以太網的DAQ係統實現對製造係統的診斷和監視功能。 |
