基于以太网的电热炉温度远程控制系统毕业设计（论文)word格式

1、毕毕 业业 设设 计计 论论 文文 题 目 基于以太网的电热炉温远程控制系统设计 （院）系 电气与信息工程系 专业 自动化 班级 0103 学号 0101110302 学生姓名 阳 春 美 导师姓名 刘 国 繁 完成日期 2005 年 6 月 18 日 湖南工程学院 毕毕业业设设计计（论论文文）任任务务书书 设计（论文）题目： 基于以太网的电热炉温度远程控制系统 姓名 阳春美 系别 电气与信息工程系 专业 自 动 化 班级 0103 学号 02 指导老师 刘 国 繁 教研室主任 唐 勇 奇 一、基本任务及要求： 本课题的基本任务是研究基于以太网的炉温远程控制系统设计。 ，能远距离对电热炉的 温

2、度实施有效控制。主要技术要求：温控器以单片机为核心；恒温值设定范围： 6001000；精度等级：0.5 级；显示位数：4 位；能与以太网直接连接，能 远程设置控制参数和上传控制参数和实际温度等数据；控制策略采用 PID 控制、模 糊控制或二者结合。主要设计内容：总体方案设计；硬件设计；控制算法设计； 软件设计。侧重于控制算法和软件设计。 二、进度安排及完成时间： 查阅资料，确定总体方案，完成选题报告及文献综述初稿。3 周。 总体方案设计。2 周。 确定硬件、软件的结构，拟定关键算法。1 周。 控制算法详细设计。2 周。 设计软件程序，调试。4 周。 撰写毕业设计说明书，整理文档资料，答辩。3

3、周。 湖南工程学院毕业设计论文 目目 录录 摘要摘要 Abstract 第第 1 章章 绪论绪论1 1.1 选题的背景与意义1 1.2 相关知识简介2 1.2.1 BL2OOO 简介2 1.2.2 Dynamic C 概述2 1.3 课题发展现状与前景展望4 第第 2 章章 系统总体方案的确定系统总体方案的确定5 2.1 系统设计的要求5 2.2 总体方案的确定5 2.3 嵌入式 WebServer 讨论 7 第第 3 3 章章 系统硬件电路设计系统硬件电路设计10 3.1 系统硬件的总体结构设计10 3.2 系统硬件子模块的设计10 3.2.1 BL2000 的硬件结构11 3.2.2 温度

4、检测元件和变送器设计12 3.2.3 温度控制电路设计13 第第 4 章章 温度控制算法设计温度控制算法设计15 4.1 PID 计算程序15 4.2 PID 参数的整定18 4.2.1 PID 参数与系统控制性能18 4.2.2 采样周期 T 的确定19 第第 5 章章 基于基于 Dynamic C 的系统软件设的系统软件设 计计21 5.1 温度控制程序设计21 5.2 Web 服务程序设计23 5.3 HTML 页面设计29 5.3.1 温度显示页30 基于以太网的电热炉远程控制系统 5.3.2 参数配置页30 结束语结束语33 参考文献参考文献34 致谢致谢35 附录附录 A A BL

5、2000BL2000 程序程序36 附录附录 B 网页源程序网页源程序40 B.1 温度显示页面程序40 B.2 参数配置页面程序40 湖南工程学院毕业设计论文 I 基于以太网的电热炉温度远程控制系统基于以太网的电热炉温度远程控制系统 摘要摘要：本课题的基本任务是研究基于以太网的电热炉温远程控制系统设计。能远 距离对电热炉的温度实施有效控制。系统主要由被控对象（电热炉） 、温度控制器和客 户浏览器三部分组成。在被控对象和温度控制器之间设置过程控制接口，过程控制接 口包括温度检测装置和调功器，温控器由单板机 BL2010 构成，完成接收客户端的请求 和温度控制的功能。温度控制采用 PID 控制策

6、略。BL2010 通过自身的以太网接口与网 络连接。客户浏览器完成温度显示和参数设置的功能，通过以太网，将设置参数（恒 温值、PID 参数）传送给 BL2010，实现远程监控。 关键字关键字：以太网 ；远程控制 ；电热炉 The Design of Electric Stove Temperature Long-distance Control System Based on Ethernet ABSTRACT: The fundamental task of this project is studying the electric stove longdistance control sy

7、stem design based on Ethernet ,which can implement effective control to electric stove in a long-distance way .The system is mainly make up of the passive object (electric stove)、temperature controller and visitor browser .Between passive object and temperature controller, there have set up a proces

8、s interface, which embrace temperature examine installation and power regulator. The temperature controller is make up of single- board computer BL2000, finishing the function of receiving the request from the end of visitor browser and controlling temperature. PID tactics is adopted in temperature

9、control .By means of the Ethernet interface of itself, BL2000 join together with network .Visitor browser fulfill the function of temperature display and setting up parameter ,by means of Ethernet, which convey the set parameter(constant temperature value and PID parameter)to BL2000,accomplishing lo

10、ng-distance control . Keywords: Ethernet, Long-distance control, Electric stove 湖南工程学院毕业设计论文 1 第 1 章 绪论 1.1 选题的背景与意义 在工业生产过程中，加热炉温度的控制是十分常见的。一般的温度控制器大都功 能简单、固定；只能修改一般的参数，不能根据实际环境修改控制程序，控制效果不 甚理想。单片机采用互连网进行通讯与控制具有很好的应用价值，可开拓单片机和互 连网应用的新领域。它可以很容易地实现远程的监视控制。同时单片机采用浏览起进 行监控也将给软件的编程带来极大的便利。互连网的技术大多应用在商业领

11、域的信息 传递，但目前也开始越来越多的向工业控制领域发展。单片机以其以及小、功能强、 灵活可靠而广泛应用于工业控制和电器产品中，远程控制是其重要的内容之一。现在 单片机也开始向互连网方向发展，以求实现远程控制。传统的实现单片机远程控制的 方法一般是采用串行口 RS232、RS485、和 CAN 总线等。如果将单片机与调制解调器 连接，这样便可以与远程计算机进行通讯联系，形成一种新的远程控制方案。因而， 根据现场实际，开发一种既照顾现场情况又考虑远程通讯的新的单片机控制方案将具 有重大的意义2。 Wildcat 为 OEM 设计者提供了低成本、高性能的单板计算机以实现以太网接入。 这些紧凑式板卡

12、具有许多嵌入式控制和监视应用优点。所有的 BL2000 系列模块可以使 用恰当的辅助硬件通过以太网/互连网进行编程和调试。带有 10Base以太网口的系统 可以直接通过网络或互连网进行控制和监视，能够对远端设备开发接口，能够提供网 页服务，还能够发送 E-mail.BL2000 系列对于大系统来说作为一个具有网络功能的服务 处理器也是非常理想的。BL2000 系列的编程使用工业级的 Z-Word 的 Dynamic C 软件 开发系统。 动态 C 语言是基于 Windows95/98/NT 及 Linux 平台的 Rabbit 应用软件的完整开 发系统，它作为应用程序运行于 IBM-PC 兼容

13、机上，是 Z-World 公司为基于 Rabbit 微 处理器的嵌入式系统而专门设计的 C 编译系统。动态 C 包含了所有低层的 I/O 驱动函 数库，大大减轻了软件开发的工作量。它具有实时多任务内核，提供 SOCKET 级 TCP/IP 编程，支持各种网络协议（如 HTTP、FTP、SMIP、PPP 等） 。应用动态 C 进行 软件开发，无需仿真器和编程器，开发成本大大降低。另外，动态 C 直接对存储器进 行编译，函数和库都是被动态的编译和连接的，因此具有极大的速度优势。 本课题来源于工业发展的现实需要，可用于学生的综合实验、课程设计、毕业设 计以及工程实践能力培养训练等实践性环节教学中，其

14、学习和训练项目可选择多种， 基于以太网的电热炉远程控制系统 2 在学生学习有关计算机技术及计算机控制系统的基础上，通过参加系统的一部分硬件、 软件设计，以及系统的调试工作，培养学生综合运用计算机技术组成系统的调试设计 能力，并给学生提供了运用所学控制理论知识，解决控制系统调试中出现的实际问题 的机会。本课题所需课程很多，包括：单片机原理与接口技术、电子线路 CAD、计算 机控制技术、计算机网络、因特网技术、自动控制技术等。因此，对于本课题的研究 可以更深刻全面的把所学知识融会贯通，对于自动化专业的学生是一个难得的实践。 1.2 相关知识简介 1.2.1 BL2000 简介 Wildcat 为

15、OEM 设计者提供了低成本、高性能的单板计算机以实现以太网接入。 这些紧凑式板卡具有许多嵌入式控制和监视应用优点，电路板尺寸为 3.43x4.15 英寸， 非常适合系统集成。 BL2000 具有 4 种版本其中两种具有以太网接口，另外两种没有以太网接口所 有 BL2000 都具有 28 个数字 I/O(包含 5 或 7 个双功能模拟、数字输入)， 3 个 RS- 232/485 串行口， Rabbit2000 CPU（22.1MHz，128K 的 SRAM 及 256K 的 Flash(可扩 展)，在板的单刀双掷继电器输出，LED 显示，7 个定时器，备用电池的时间/日期时钟。 对于最常见的应

16、用，BL2000 和 BL2020 模块包含 4 通道 12-位 A/D 输入，5 通道 双功能输入，以及 2 通道 12-位 D/A 输出。对于不需要高精度模拟数据采集的情况可 以选用 BL2010 及 BL2030 ，具有 4 通道 10-位 A/D 输入，7 通道双功能输入，没有 D/A 输出。双功能输入是由软件设置的，可配置成模拟输入或带域值的开关量输入。 所有的 BL2000 系列模块可以使用恰当的附助硬件通过以太网/互联网进行编程和 调试。带有 10Base以太网口的系统可以直接通过网络或互联网进行控制和监视，能 够对远端设备开放接口，能够提供网页服务，还能够发送 e-mail。B

17、L2000 系列对于大 系统来说作为一个具有网络功能的服务处理器也是非常理想的。BL2000 系列的编程使 用已工业级的 Z-World 的 Dynamic C (5)增强内存下传-程序单步 在每一行 C 或汇编语句执行时，被改变的数据在 Memory Dump 窗口被以高亮或用户定义的颜色显示； (6)TCP/IP 提高-减少 TCP/IP 对 Root 内存的使用并提高 TCP/IP 速度； (7)SMTP 认证-支持 E-Mail 服务器认证。 基于以太网的电热炉远程控制系统 4 1.3 课题发展现状与前景展望 随着超大规模集成电路的发展及计算机软件技术和应用技术的日益成熟和完善， 其正

18、朝着以下方向发展：提高集成度；提高处理速度；增强功能；加强软件支持能力， 提高性能价格比。温度控制电路广泛应用干社会生活的各个领域，如家电、汽车、材 料、电力电子等，常用的控制电路根据应用场合和所要求的性能指标有所不同。随着 电子器件的发展，控制电路的形式也多种多样，无论是神经网络，还是模糊控制，都 属干人工智能领域，同 PID 结合以调节 PID 参数，适应温控系统非线性，干扰多，大 时延，时变和分布变化的特点。神经网络采用自适应的方法，具有很强的鲁棒性，动 态响应快。缺点是容易陷入局部最优。模糊控制适应大惯性和纯延滞后系统，不需要 知道系统的精确信息，与神经网络结合，能向自适应的方向发展。

19、实现温控系统的参 数自调整，将线性控制与非线性相结合，使温度能满足用户的需要是温控系统的最终 目的。在实际应用中，应该根据具体的应用场合、不同的加热对象和所要求的控制曲 线和控制精度，选择不同的系统方法。 单片机采用互连网进行通讯与控制具有很好的应用价值，可开拓单片机和互连网 应用的新领域。它可以很容易地实现远程的监视控制。同时单片机采用浏览器进行监 控也将给软件的编程带来极大的便利。其应用于家电行业，实现对家电的智能控制和 远程控制，是信息家电要实现的主要目标，也是“三网”（电话网、电视网、互连网） 合一的重要组成部分，是当今信息技术研究的热点之一，具有重要的经济效益和社会 效益，且具有良好

20、的应用前景，如可以通过远程更改程序及远程单片机诊断实现新的 控制功能，还可以与无连接，实现单片机的移动控制以及构成信息家电等5。 企业需求的人才由理论型向实用型的转变，学生的动手能力培养就是一个很重要 的环节，虽然市场上有各种各样的温度控制器买，但是缺少学生实践的功能，价格也 很昂贵，此系统的开发将会有很好的市场，不仅能用于教学，还可以用于工业生产中， 可谓一举两得。 湖南工程学院毕业设计论文 5 第 2 章 系统总体方案的确定 2.1 系统设计的要求 本课题研究基于以太网的炉温远程控制系统设计。要求该控制系统能与以太网直 接连接，作为一个网络节点与其他节点通信，能远距离对电热炉的温度实施有效

21、控制。 主要设计内容为：控制系统的结构设计、控制系统的硬件原理设计、通信方案的设计 与实现、控制系统软件设计。 主要技术要求： （1）温控器以单片机为核心； （2）恒温值设定范围：600-1000； （3）精度等级：0.5 级； （4）显示位数：4 位； （5）能与以太网直接连接，能远程设置控制参数和实际温度等数据； （6）控制策略采用 PID 控制、模糊控制或二者结合。 2.2 总体方案的确定 本次课题的基本任务是研究基于以太网的炉温远程控制系统设计，能远距离对电 热炉的温度实施有效控制。即控制现场与以太网连接，远程设置控制参数和上传控制 参数和实际温度等数据。于是有以下图 2.1 的客户机

22、/服务器模型。 基于以太网的电热炉远程控制系统 6 图 2.1 客户机/服务器模型 客户机/服务器的程序设计模式在网络程序中被大量的应用，本系统也采用这种设计方 法。这种设计模式整个系统分为两大部分服务器部分和客户机部分。客户机向服 务器提出请求，服务器对请求做相应的处理，将结果返回给客户机。Web 服务器一方 作为主机，客户机一方作为从机16。在系统中，当用户在远程客户机上打开浏览器程 序（Microsoft Internet Explorer），并在浏览器中输入指定 IP 地址（如 00）,浏览器便向该地址指向的 Web 服务器发出请求，通过网络传输，

23、 送到与控制现场连接的 Web 服务器，也即 IP 地址指向的 Web 服务器。Web 服务器接 到浏览器的请求后，把 URL 转换成页面所在服务器上的文件路径名，把指向的 HTML 文档及用户编写的一些小应用程序（applet）、如 CGI 或 ASP 等程序送到浏览器，在 浏览器所在机器上显示和执行。 涉及到本课题，采用BL2010单板机实现，正如前面所述，BL2010是一嵌入式控制 器，自身带有 RJ-45的10BASE-T以太网接口，可以直接与以太网相连，非常方便。整 个系统的工作流程如图2.2 所示。 而Web服务器程序用Dynamic C语言编写，利用其内嵌的TCP/IP 协议栈，

24、实现了 网络通信的系统设计。系统以嵌入式 Webserver 技术为基础，结合Rabbit 2000 的网络 通信功能，利用现有的以太网技术(如HTTP、CGI 等)，将采集到的现场数据通过网页 的形式，提供给远程用户使用。该系统的设计难点之一在于如何利用 Rabbit MPU 有 限的资源信息，使用其内嵌的TCP/IP协议栈，进行 HTTP、TCP、UDP、IP 等协议的 处理，使之可以变成可在互联网上传输的IP 数据包以及可在内置 Web 页上浏览的数 据。难点之二在于实现通过网页进行远程访问的能力，解决这个问题要通过对 Rabbit MPU 进行TCP/IP 编程，将其配置成一个简单的W

25、eb 服务器，就可以以网页服务的形 式将现场数据传递给远程用户。 浏览器与Web 服务器的交互是通过Rabbit Web程序来完成的。Rabbit Web程序是 湖南工程学院毕业设计论文 7 一段运行在Web 服务器上的程序，可以是可执行文件，也可以是脚本文件。Rabbit Web程序可以动态地产生HTML 网页，因此可将实时采集到的数据通过网页发回给客 户机。Rabbit Web通常是客户机与服务器中其它程序进行信息传递与沟通的桥梁。在 以前Dynamic C语言版本中，浏览器与Web服务器的交互都是通过CGI程序来完成的， 但Dynamic C发展8.5版本后，一种非常简单与方便的增强版本

26、（RabbitWeb HTTP enhancements）出现了，用它来编写浏览器与Web服务器的交互更方便，并且非常容易 理解。与它配套的是扩展的ZHTML脚本语言，用ZHMTL脚本语言编写动态网页，也 非常容易，这将在后面的程序设计中详细介绍。注意，增强版只是以前版本的提高版 本，因此以前版本的程序（CGI）仍然有用，用户亦然可以用CGI程序来编程实现浏览 器与Web服务器的交互。 浏览器与Web 服务器的交互是通过Rabbit Web程序来完成的。Rabbit Web程序是 一段运行在Web 服务器上的程序，可以是可执行文件，也可以是脚本文件。Rabbit Web程序可以动态地产生HTM

27、L 网页，因此可将实时采集到的数据通过网页发回给客 户机Rabbit Web通常是客户机与服务器中其它程序进行信息传递与沟通的桥梁。 IP 打包 开始 初始化 接受 发送 TCP 打包 传送数据 结束 接受 IP 包 解 IP 包送 TCP 层 解 TCP 包送应用层 WebSever 处理信息 基于以太网的电热炉远程控制系统 8 图 2.2 系统工作流程图 2.3 嵌入式 WebServer 讨论 利用 8 位微控制器通过 ISP（Internet 服务供应商），在不需要使用 PC 机或高档单 片机的情况下接入互联网。随着嵌入式系统的迅猛发展和 IA（信息电器）的出现，该 应用系统正逐步取代

28、传统的以 PC 为中心的应用，成为未来 Internet 发展中的主力军； 将会广泛应用于智能家居系统、工业智能化从站系统、LED 网络控制显示屏系统、网 络安全加密系统等各个方面。 利用单片机实现嵌入式 WebServer 方案的主要技术难点是：如何利用单片机本身 有限的资源对信息进行 HTTP、SMTP、POP3、TCP、UDP、ICMP、IP 及 PPP 等协议 的处理，使之变成可以在互联网上传输的 IP 数据包以及可以在内置 Web 页上浏览的数 据。 利用单片机实现嵌入式 WebServer,大体可有以下三种形式: MCU+专用网络芯片，如 E1552、Webchip PS2000

29、等。此种方案的主要优点是： 应用系统设计工程师完全不必考虑任何网络协议，只需要解释并执行网络芯片传送过 来的指令和数据就可以实现与 Internet 网络连接。 EMIT 技术。EMIT 采用桌面计算机或高性能的嵌入式处理器作为网关，称为 emGateway，上面支持 TCP/IP 协议并运行 HTTP 服务程序，形成一个用户可以通过网 络浏览器进行远程访问的服务器。emGateway 通过 RS232、RS485、CAN 等轻量级总 线与外设联系起来，每个外设的应用程序中包含一个独立的通信任务，称为 emMicro，监测嵌入式设备中预先定义的各个变量，并将结果反馈到 emGateway 中；

30、 同时 emMicro 还可以解释 emGateway 的命令，修改设备中的变量或进行某种控制。该 方案中复杂的网络协议是通过 emGateway 在 PC 机上实现的，应用系统 MCU 只处理较 简单的 emNet 协议，进行网际连接。 MCU 直接实现形式。实现这个形式的 Web Server，可选用多种型号的 MCU 来 实现网络协议，如 AT89C8252、SX52BD100 等，并可根据具体要求选用不同速度的 MCU 作为核心芯片，但是基本硬件结构大致相同1。 显然以上方案中，以“MCU 直接实现形式”的硬件结构最为简洁，不失为首选方案。 通常，所谓的 TCP/IP 协议是一个四层协

31、议系统，包括数据链路层、网络层(含 IP 协 议)、传输层（含 TCP 协议）和应用层，每一层负责不同的功能。基于 TCP/IP 协议可 湖南工程学院毕业设计论文 9 以实现多种功能应用，如：HTTP（超文本传输控制协议）、TELNET（远程登录）、 FTP（文件传输协议）、SMTP（简单邮件传送协议）、SNMP（简单网络管理协议） 等。本文主要讨论 HTTP， 也就是 WebServer 在应用层的主要构成协议。当然，用户 也可以根据需要附加其它的协议功能。 IP 包含编址方案，并提供寻址功能；TCP 则是在不同主机的对等进程之间提供可靠 的进程间通信。与 TCP 两端口所连接的实体中，一端

32、为应用程序进程或用户，另一端 则为底层协议，如 IP 协议。TCP 在建立连接过程中采用三向握手机制，以保证数据的 可靠性。 用户只需对应添加相关芯片及辅助设施（如电源、用户所需外设等）即可；而软 件的实现，由于 BL2000 系列芯片得到 Dynamic C 编译器的支持以及实现 TCP/IP 所需 的库文件 dcrtcp.lib，因此只要会用 C 语言就可以进行开发。用户关注的重点也变为网 络通信实现以后的代码编制及优化，可以极大提高开发进度。 以下是 Dynamic C 实现 TCP/IP 协议通信的程序主体框架。程序中起始宏定义为默 认 IP 配置信息；“memmap”句可使程序在芯片

33、里面运行时，如同在扩展代码窗口下被 编译；“use”句使编译器按照库文件配置编译代码。 #define TCPCONFIG 1 #memmap xmem #use dcrtcp.lib main( ) sock_init( ); for(;) tcp_tick(NULL); sock_init( )和 tcp_tick( )都是 TCP/IP 函数库的基本函数，前者为初始化 TCP/IP 协 议栈函数，使协议栈开始处理入栈数据报；后者主要有两个用途： 支持后台处理的 最新信息； 测试 TCP 套接字的状态。 可以看到利用 Dynamic C 提供的 TCP/IP 协议包，用户可以轻松建立起 T

34、CP/IP 通 信。当通信建立以后，就可以在此基础上进行后续的进一步功能扩展，开展例如 HTTP、PPP 等应用层的协议实现。 HTTP(超文本传输协议)服务器可使 HTML (超文本链接标示语言)页面，如 Web 页 等和其它文件为客户端所使用。在 Dynamic C 中，HTTP 由 HTTP.LIB 来负责实现。 HTTP 服务器实现的程序主体框架如下： 基于以太网的电热炉远程控制系统 10 #define TCPCONFIG 1 #memmap xmem #use dcrtcp.lib #use http.lib main( ) sock_init( ); http_init( );

35、tcp_reserveport(80); while(1) http_handler( ); 第 3 章 系统硬件电路设计 3.1 系统硬件的总体结构设计 图 3.1 为一种采用热电偶为温度检测元件的单板机温度控制系统原理图。BL2000 定时对炉温进行检测，得到应有的控制量，去控制加热功率，从而实现对温度的控制。 为实现对温度的控制，在设计系统时应明确以下几点： 控制指标主要是控制精度、显示位数。 温度控制范围为 6001000，这涉及到测温元件，电炉功率的选择。 炉温变化规律控制，即确定温度-时间变化关系的控制算法。着主要在控制程序 设计中考虑。 然后通过硬件电路和程序软件的设计，实现 B

36、L2000 对工艺过程中的数据进行处理 和控制。 湖南工程学院毕业设计论文 11 02-01-04 02-01-04 02-01-04 02-01-04 02-01-04 02-01-04 02-01-04 02-01-04 02-01-04 02-01-04 02-01-04 02-01-04 02-01-04 02-01-04 02-01-04 02-01-04 02-01-04 02-01-04 02-01-04 02-01-04 02-01-04 02-01-04 02-01-04 02-01-04 02-01-04 02-01-04 02-01-04 02-01-04 02-01-0

37、4 02-01-04 02-01-04 02-01-04 02-01-04 02-01-04 02-01-04 02-01-04 02-01-04 02-01-04 02-01-04 02-01-04 02-01-04 02-01-04 02-01-04 02-01-04 02-01-04 02-01-04 02-01-04 02-01-04 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 IN8 IN9 IN10 OUT8 OUT9 GND OUT0 OUT1 OUT2 OUT3 OUT4 OUT5 OUT6 OUT7 NO CO M NC GND/VCC Battery BADOUT3 O

38、UT2 OUT1 OUT0 ACTLNKPW R D S1D S2D S3D S4D S5D S6D S7D S8GNDVBAT-EXT GND J9 J8 J7 J6 J2 J4 J12 +RAW GND +K /RESET IN1 IN0 485- 485+ RX D 2 TXD 2 RX D 1 TXD 1 AGND D AC1 D AC0 AD C8 AD C7 AD C6 AD C5 AD C4 AD C3 AD C2 AD C1 AD C0 Serial Port Nomenclature 加加热热丝丝 M C 14528 光光 耦耦 驱驱 动动 器器 220V TIL117 LM

39、311 变变 送送 器器 u u u u GND 图 3.1 单板机温度控制系统原理图 3.2 系统硬件子模块的设计 3.2.1 BL2000 的硬件结构 BL2000 具有 4 种版本，其中两种具有以太网接口，另外两种没有以太网接口，所 有 BL2000 都具有 28 个数字 I/O（包含 5 或 7 个双功能模拟、数字输入） ，3 个 RS- 232/485 串行口，Rabbit2000CPU（22.1MHZ，128K 的 SRAM 及 256K 的 Flash（可扩 展） ，在板的单刀双掷继电器输出，LED 显示，7 个定时器，备用电池的时间/日期时钟。 对于最常见的应用，BL2000

40、和 BL2020 模块包含 4 通道 12 位 A/D 输入，5 通道双 功能输入，以及 2 通道 12 位 D/A 输出。对于不需要高精度模拟数据采集的情况可以选 用 BL2010 及 BL2030，具有 4 通道 10 位 A/D 输入，7 通道双功能输入，没有 D/A 输 出。双功能输入是由软件设置的，可配置成模拟输入或带域值的开关量输入。 性能： 带有 RJ-45 插口的 10Base-T 以太网接口 简便的连通性 快速 22MHZ 时钟 基于以太网的电热炉远程控制系统 12 高达 28 个数字 I/O A/D 和 D/A 4 个串口 128K 的 SARM/256K 的 Flash（

41、可扩展的） 在板继电器 有后备电池的时间/日期时钟 图 3.2 是 BL2000 的内部硬件框图。 图 3.2 BL2000 内部硬件框图 所有的 BL2000 系列模块可以使用恰当的辅助硬件通过以太网/互连网进行编程和 调试。带有 10Base以太网口的系统可以直接通过网络或互连网进行控制和监视，能 够对远端设备开发接口，能够提供网页服务，还能够发送 E-mail。BL2000 系列对于大 系统来说作为一个具有网络功能的服务处理器也是非常理想的。BL2000 系列的编程使 用已工业级的 Z-Word 的 Dynamic C 软件开发系统。 湖南工程学院毕业设计论文 13 图 3.3 BL20

42、00 外部端子图 3.2.2 温度检测元件和变送器设计 温度检测和变送器的类型选择与被控温度及精度等级有关。镍漯/镍 热电偶适用 于 01000的温度测量范围，相应输出电压伪 041.32mV。 变送器由毫伏变送器和电流/电压变送器组成；毫伏变送器用于把热电偶输出的 041.32MV 变换成 010MA 范围内的电流；电流/电压变送器用于把毫伏变送器输出 的 010MV 电流变换成 05V 范围内的电压。 为了提高测量精度，变送器可以进行零点迁移。例如，若温度测量范围为 4001000，则热电偶输出为 16.441.32MV，毫伏变送器零点迁移后输出 010MA 范围的电流。这样，就可使量化温

43、度误差达到+2.34以内。 3.2.3 温度控制电路设计 温度控制是通过对加热丝的电源通断来实现的。本系统采用晶闸管调功方式。晶 闸管开关控制方式有两种：相位控制和过零控制。相位控制会使负载上的电压波形发 生畸变，产生高次谐波，对电网造成公害。过零控制则能使负载上的产生较完善的正 弦电压波形，同时由于过零时通断，防止了过大电流冲击。 VCC /*某时刻值*/ blbl=; /*下面 5 个变量都是已经用#web 定义的变量*/ jfbl=; wfbl=; wd1=0; wd2=800; float e(2)=0,e(1)=0,e(0)=0; 湖南工程学院毕业设计论文 23 long u(0)=

44、0,u(1)=5000; sj1=MS_TIMER; /*给某时刻赋初值*/ while(1) if (MS_TIMER-sj1)=5000) sj1=MS_TIMER; /*重新赋时刻值*/ wd1=anaIn(1); /*读入 AD 转换值*/ e(2)=wd2-wd1; u(0)=u(1)+pt*(e(2)-e(1)+it*e(2)+dt*(e(2)-2*e(1)+e(0);/*PID 算法式子*/ if(u(0)5000) /*输出控制变量 u(0)限幅处理*/ u(0)=5000; else if(u(0)0) u(0)=0; else u(0)=u(0); u(1)=u(0); e

45、(0)=e(1); e(1)=e(2); 5.2 Web 服务器程序 采用Dynamic C 编写Web服务程序，Dynamic C是专门为ZWorld 产品创建的软 件平台，它使得在功能强大的嵌入式系统上进行实时编程易于实现。C 语言作为一种 通用的高级语言，大幅度提高了嵌入式系统的开发效率。C 语言便于移植和修改，有 利于产品的升级和继承。区别于一般计算机中的C 语言编译器，嵌入式系统中的C 语 言编译器要专门进行优化，以提高编译效率。在嵌入式开发中采用高级语言，使得硬 件开发和软件开发可以分工。系统设计采用Dynamic C 配套开发语言，就可以完成网 络通讯和控制管理功能。Dynami

46、c C 是一种嵌入式软件开发语言，符合ASCII C标准， 提供了编译、调试、仿真和程序加载功能。它的语言和函数都是为嵌入式系统开发而 基于以太网的电热炉远程控制系统 24 设计的，方便地支持对I/O 口的操作，在一个程序内支持多进程，支持中断服务和汇 编语言的嵌入等。此外，该语言还有一系列函数支持嵌入式系统、串口通讯和网络操 作，支持包括TCP/IP 在内的多种网络传输协议，支持CGI，可以方便地对硬件进行操 作，可以直接读写I/O 口，或通过串行通讯取得数据，数据放在指定的文件中供Java Applet 访问。利用其提供TCP/IP 开发包可与服务器进行可靠的通讯。 我们来看一个应用程序的

47、大致组成，下图给出了一个 Web 服务器程序的相关组成 部分。 下面介绍如何创建一个Web服务程序，应用于基于Rabbit2000CPU的嵌入式控制器。 从Dynamic C 8.50开始，Dynamic C又建立了一个行的增强模块(enhancedHTTP sever)， 通常称为RabbitWeb。主要用于避免复杂CGI程序的编写，从而给Web页面设计带来了 极大的方便。RabbitWeb主要用到下面两样东西： （1）一种由服务解析标志加到HTML网页上的脚本语言，这种脚本语言生成的网 页扩展名为.zhtml。 （2）Dynamic C语言的增强板，这种板本包括一种新的汇编指令，可以在使用

48、 HTTP服务时应用于应用程序。 从图5.1我们可以看到应用模块由下面5个子模块组成。这些应用模块需要我们用指 令编写，下面就简单介绍下应用程序的5个子模块。 所有的子模块都有相应的库函数可以调用，当然还要定义一些特殊的接口。 (1)汇编初始化部分。它包括选择合适的库、初始化静态数据及其结构和表，定义 合适的网络配置，如用#ximport 或 zimport 来指定文件路径。下面的一些表格会在初始 化时建立： 湖南工程学院毕业设计论文 25 图 5.1 应用模块图 Ruletype：这个表的建立只是在使用文件时需要。用于对资源的访问允许。 静态资源表（The static resource t

49、able）：在 Dynamic C 中这是一种典型的定义资源的 方式，可选 。 MIMEtype 表格：该表格用于告诉用户如何使用浏览器显示内容，必须被服务器程 序定义，尽管服务器不一定要知道实现的细节。 (2)运行初始化部分。在主函数 main( )中需要调用一些特殊的库函数。如： sock_init( )，用于初始化 TCP/IP 网络系统；http_init( )用于初始化 HTTP 服务等。 (3)主函数部分。在主函数中都会在指令的最后调用 http_handler( )函数，用于允许 HTTP 服务器处理来自网络的请求。 (4)实际应用程序。用于实现所要完成的具体功能，如处理 I/O

50、，处理某些定义变量。 (5)CGI 程序。CGI 代表通用网关接口（Common Gateway Interface）。与浏览器交 互需要用到 CGI 程序。 本课题就是建立在以上模块上进行设计。用 RabbitWeb 编写服务器与与浏览器交 互程序，因为相对于以前 CGI 程序，编写交互式程序用 RabbitWeb 更简便，程序也更 通俗易懂。以下是本课题的 Web 服务器程序，主要实现与因特网的通信，有关温度控 制的程序在前面的温度控制程序中已经讲述。最后将两个程序合并，把温度控制程序 嵌入 Web 服务器程序。 基于以太网的电热炉远程控制系统 26 用 Dynamic C 进行编写 We

51、b 服务器程序时，需要对某些参数进行配置及对宏进行 定义。下面做一些简单的介绍。 int wd1 #web wd1 groups=all(ro) 用C语言定义整形变量wd1，用于保存当前温度值，利用“#web”表达方式注册一 个web服务的C变量。在上面的语句中用groups=all(ro)定义了变量temp1的属性为只读， 该变量可以被用户组中的所有用户访问。 int wd2 #web wd2(600=$temp2)?1:WEB ERROR(“toolow”) user1 = sauth_adduser(“group1”, “group1”, SERVER_HTTP); sauth_setu

52、sermask(user1, group1, NULL); /add user group1 user2 = sauth_adduser(“group2”,“group2”,SERVER_HTTP); 基于以太网的电热炉远程控制系统 30 sauth_setusermask(user2, group2, NULL);/add user group2 brdinit(); /initialize the BL2010board sock_init(); / initialize TCP/IP stack http_init(); / initialize web server http_set_

53、path(/, index.zhtml); tcp_reserveport(80); while(1) http_handler(); / call the http server 在主函数中，首先定义两个局部变量user1、user2，注册用户名（把用户名赋给它 们两个变量），接下来调用brdinit( )函数，对板子初始化，初始化内容包括系统I/O口， 把所有的A/D及DAC标定常数从闪存装入静态存储器中供程序使用。再调用函数 sock_init( )和http_init( )，分别对TCP协议栈和web服务器进行初始化。要注意，函数 http_init( )初始化web服务器时设置的根目

54、录是“/”，默认的文件名是index.html。所以 这里要调用http_set_path( )，重新设置文件名index.zhtml，代替默认的文件名index.html. 如前面所看到的，只要函数http_set_path( )中的第一个参数保持不变，仍然设为“/”， 第二个参数设为index.zhtml即可。如果不用http_set_path( )函数来重新设置目录和文件 名，那么目录指向的是index.html文件，而index.html文件并不是我们想要的。 sauth_adduser( ) 函数来增加用户，设置一个用户名为group1，密码也为group1,接 着调用函数sauth

55、_setusermask( )把用户group1加入用户组名为group1的组。这样, group1用户能访问配置页index.zhtml。只有属于group1用户组的成员（在这里是用户 group1）才有权限访问并修改index.zhtml(配置参数的网页)。同样道理，把用户名为 group2和密码为group2的用户加入group2的用户组,group2用户集团的用户能访问 index.zhtml页面，但没有权限修改参数。所有的用户名和密码及用户组名都由设计者定 义,设计者可以随意选择。 接下来，反复调用web服务控制函数http_handler( )，激活web服务器。 5.3 HTML

56、页面的设计 接下来介绍HTML页面，即我们设计的web服务器服务的网页。在这里主要解释新 的脚本语言ZHTML的使用方法，用它与增强版的Dynamic C一起来进行设计。HTML 的一般知识这里不做说明。 湖南工程学院毕业设计论文 31 在实际应用中，需要设计两个页面。其中一个用于显示当前温度值，另一个用于 设置参数。安全起见，在进入配置网页之前，要求用户输入用户名与密码，且只有属 于admin用户集团的用户才有权限修改配置页的参数。 5.3.1 温度显示页 第一个网页是web1.zhtml。“.zhmtl”后缀表明服务器会检查到HTML文件中的特 殊标志，而不仅仅是逐字的将文件发送。程序如下

57、： web1 this is my web1,welcome! The current temperature is (oC): to change some parament,please click here(to web2) 上面的网页指令用来创建一个网页，显示当前的温度值。如在网页中会显示下面的语 句：the current temperature is (oC):600 新的服务解析标志是从“：”结束的语句。“echo($wd1)” 是一个函数，用来显示给定变量的值，当然这个变量已经在web服务器中被用#web语 句登记注册。它也可以由函数print( )代替，它们的作用是一样的。

58、接下来的指令用于建立一个超链接，一旦用户点击here(to web2)将会建立链接，去 另一网页index.zhtml，在index.zhtml网页中可以修改某些参数（如PID，温度值等）。 注意，由于index.zhtml网页是在“/admin)“目录下，因此会弹出一如下对话框，要求 用户输入用户名及其密码（“group1”与“group1”或“group2”与“group2”）。 用户名与密码的要求是由于在web服务程序中调用了sspec_addrule( )。这在前面的 web服务程序设计中有详细的介绍。第一个网页用于显示当前温度值，在设计中，显示 页面非常简单，当然也可以增加某些功能与

59、内容，使网页变得更加丰富多彩。 5.3.2 参数配置页 第二个网页用于远程上传参数。在该网页中将会更多的用到zhmtl脚本语言。下面 做简单的介绍。 基于以太网的电热炉远程控制系统 32 ERROR! submission contained errors. Please correct the entries marked in red below. 这里使用的error( )函数没有任何参数，在最后按提交键时，若提交的参数有错误， 那么函数error( )的返回值将会为真（即为1），由if语句判断，结果成立，那么在网页 码中就会显示提示： ERROR! submission contain

60、ed errors. Please correct the entries marked in red below. 提醒用户上传的参数有错，错误参数的变量名在网页中用红色着重标出（其实现 方法在后面有介绍），以便用户容易找到。 当用户按下“submit”提交后，POST请求将会返回zhtml页面。由下面的html指令定 义： 这里应用的是表单技术，表单技术的运用是web发展的一大突破。它能够及时地掌 握站点访问者的动态情况，并将这些结果反馈给站点管理员，具有一定的交互功能。 网面内的表单是由标记符号Form定义，使用标记符号意味着表单的开始，而 标记符号则意味着表单的结束。由于表单经常用于收