黄安贻，王爱华

（武汉理工大学机电工程学院，湖北武汉 430070）

0 引言

在现代化生产中，为提高工厂生产效率及监控效率，通常需要为生产设备提供多个传感器以保证数据获取的准确性，其中以RS232、RS485、CAN总线为代表的串行通信在数据采集中应用较为广泛，但串行通信传输距离短（传输距离不超过15 m）、实时性不高（波特率为9 600 bit/s）、抗干扰能力差，为生产设备的实时监控及故障诊断带来极大不确定性。以太网（Ethernet）以其通信距离远、通信质量稳定、较强的自动纠错能力等优点逐步取代总线通信在数据获取中地位[1]。本文选用STM32F103C8T6及ENC28J60实现数据采集单元的设计[2]，以百兆以太网交换机为平台提出数据采集单元的拓扑扩展方法，这对自动化产线海量数据的实时、同步、高效采集具有重要意义。

1 系统的总体设计

1.1 系统总体框架图

本系统的工作原理为：远程PC机通过网关单元与分布式数据采集单元进行数据通信，每个分布式数据采集单元有固定且唯一的MAC地址及IP地址，可将获取的传感器数据作为以太网协议的应用层数据，用网络协议封装传输至上位机；上位机发出的网络数据包经解析后通过串行通信的方式发出，从而实现传感器节点与上位机之间实时的数据通信。由图1可知，本系统由两个部分组成，分别如下。

图1 分布式数据采集网络结构示意图

（1）分布式数据采集单元：该单元由主控制器STM32F103C8T6、以太网芯片ENC28J60、RJ45及网络变压器构成的HR911105A以太网接口模块、AMS1117线性稳压模块组成。每个分布式数据采集单元引出三个独立的异步串行通讯接口USART作为传感器接入节点，数据采集单元获取传感器节点的数据[3]，经以太网模块处理后通过网关单元上传至上位机。……