計算機和網絡技術的發展，引發了控制領域深刻的技術變革。控制系統向網絡化、開放型的方向發展將是控制系統技術發展的主流。 以太網(Ethernet)作為目前最流行的局域網技術，最典型的應用形式是Ethernet+TCP/IP，即靈活的Ethernet底層加上幾乎已經成為通用標準的網絡傳輸協議TCP/IP，使得以太網能夠非常容易地集成到以Ethernet和Web技術為代表的信息網絡中。
　　本文將著重介紹一種帶有以太網端口的智能過程控制儀表的硬件設計方案。該儀表可以實現儀表間的數據通信和儀表自控制、自調整、自診斷、自標定的功能，同時，儀表的以太網端口可以通過Internet對儀表實現遠程監控。
1 智能儀表的硬件設計
1.1 RCM2200簡介
　　RCM2200以 Rabbit半導體公司推出的高性能八位器件——Rabbit 2000型微處理器為核心；采用帶RJ-45插口的內置10Base-T端口，簡化了網絡連接，便于開發帶以太網接口的監控、通信設備；配備有四個串行口，擴展方便；擁有26根并行的I/O" title="I/O">I/O引線以及16根可設置的I/O引線，無需擴展即可完成一半的I/O任務。擁有256K Flash、128K SRAM，用于代碼存儲和數據存儲；內建時間、日期、看門狗、定時器等一應俱全；采用雙列直插式引腳封裝，尺寸僅為5×941×22mm。這種結構可以實現集成的以太網連接，在減小體積的同時降低了成本，并大大縮短了嵌入式系統的開發周期。
　　RCM2200模塊的基本框架結構如圖1所示。

1.2 硬件功能及原理框圖
　　本智能儀表選取嵌入式模塊RCM2200作為整個硬件系統的核心，再配以簡潔的外圍電路來實現。其主要功能如下：
　　(1) 由于通過嵌入式模塊RCM2200將一個10Base-T的以太網端口嵌入到現場儀表中，因此能夠通過以太網訪問儀表的數據，實現遠程監控。
　　(2) 能夠通過儀表LCD顯示被控過程變量，調節參數。
　　(3) 能夠采集調理過的脈沖輸入信號和電壓模擬輸入信號。
　　(4) 可以完成四路獨立的自整定控制功能，出現典型故障時可以自動識別，并且有報警功能，為大批量工業生產打好基礎。
　　(5) 擴展出了RS-232和RS-485串行通訊接口。
　　(6) 具有四路數字量輸入和兩路數字量輸出。
　　(7) 由于在設計上強化了整個儀表的抗干擾能力以及自我恢復功能，保證了儀表能夠常年不間斷工作。
　　硬件系統的內部原理結構如圖2所示。

1.3 外圍硬件電路設計
1.3.1 A/D" title="A/D">A/D轉換電路
　　A/D轉換電路" title="轉換電路">轉換電路采用TLC1543來完成，它是一種十一個輸入通道、10位分辨率的高性價比A/D轉換器。TLC1543的A0～A10作為電壓模擬信號的輸入端口，ADDRESS作為串行數據輸入端。在I/O CLOCK的前四個脈沖上升沿輸入四位數據流到地址寄存器，控制十四通道模擬多路器從十一個模擬輸入和三個內部自測電壓中選通一路送到采樣保持電路。該電路從第四個I/O下降沿開始對所選模擬輸入進行采樣，采樣一直持續六個I/O CLOCK周期，保持到第十個I/O CLOCK的下降沿。RCM2200的PB0、PB7、PD5構成SPI同步串行接口，分別連接于TLC1543的CLOCK、CS、DOUT端口，CLOCK、CS、DOUT分別是A/D轉換器的時鐘、片選、串行數據輸出端。接口電路" title="接口電路">接口電路見圖3。

1.3.2 D/A轉換電路
　　D/A轉換電路采用的是帶有緩沖基準輸入的雙路10位數/模轉換器TLC5617。該器件帶有與CMOS兼容的三線串行接口，因此可實現數字控制。TLC5617 的輸出電壓為基準電壓的兩倍,且單調變化。數字輸入端帶有施密特觸發器, 且具有較高的噪聲抑制能力。模擬輸出端雙緩沖鎖存器的使用可以使雙輸出通道同時輸出而互不影響。數字通信協議符合SPI、QSPI、MICROWIRE 標準。由于TLC5617 在5V電源下工作,因而功耗極低(慢速方式下為3mW, 快速方式下為8mW)，且具有上電復位功能。
　　在TLC5617與RCM2200的接口電路中，RCM2200的PE0、PE1接CS，作為片選信號控制線。PB0接SCLK,作為時鐘信號控制線。PD4接DIN,作為串行數據輸入線。接收的16位字中前四位產生數據傳送模式, 中間10位產生模擬信號, 最后兩位為任意的LSB 位。本設計應用兩片TLC5617轉換器以生成四通道的模擬量輸出。接口電路見圖3。
1.3.3 LCD接口電路和鍵盤接口電路
　　考慮到LCD具有顯示信息多、體積小、功耗低的特點，本設計選用CGM-12864液晶顯示模塊。它使用兩片HD61202作為列驅動器，同時使用一片HD61202作為行驅動器，HD61202不與RCM2200發生聯系，只要提供電源就能產生行列驅動信號和各種同步信號。在本設計中，RCM2200的數據總線D0～D7通過74HC273同液晶的數據口相連，RCM2200的PA3、PA4作為液晶顯示模塊的片選信號，D/I、R/W和E分別同RCM2200的PA0、PA1、PA2端口相連接。VO是液晶需要的負壓，可通過與它連接的電位器來調節電壓大小(電壓變化范圍為-10V～0V)，從而達到調節顯示對比度的目的。經測試，本設計中當負壓為-4.58V時，液晶處于最佳狀態。
　　在鍵盤電路設計中，提供了六個靜態式編碼鍵盤按鍵，通過鎖存器74LS245連接到RCM2200的數據總線D0～D5上。這六個鍵分別提供菜單、上翻、下翻、確認、移位、加一功能。
　　LCD顯示與鍵盤接口電路如圖4所示。

1.3.4 串行口接口電路
　　為了適應不同的通信接口，本設計通過RCM2200的串口C擴展出了一個RS-232串行接口和一個RS-485串行接口，采用的接口驅動芯片分別是MAX232和MAX485。MAX232和MAX485與RCM2200的連接方法很簡單，參照典型連接即可。
　　此外，本設計給儀表提供了5V和2.5V的直流電源，還擴展出了四路數字量輸入通道和兩路數字量輸出通道，在模擬電路和數字電路之間都采用521-4進行了隔離。
2 智能儀表的軟件設計
　　硬件部分是智能儀表的基礎，而軟件設計的優劣更能體現出這個系統的可靠性和智能性。軟件的開發平臺采用Z-World公司專門開發的Dynamic C，它集成了C編譯器、編輯器、鏈接器、裝載器和調試器。對于標準C來說，Dynamic C 的改進使得在功能強大的嵌入式系統上進行實時編程變得非常容易。語言的擴展包括多任務和優先多任務的構造。標準C 函數庫、特定板的外圍驅動、芯片外圍設備以及其它性能以源代碼的形式包含在Dynamic C中。在Dynamic C的開發平臺上可以非常方便地編寫、調試用戶程序,并最終通過編程串行通信口下載到嵌入式模塊中，使節點按設計要求工作。
　　應用程序的編寫是區別不同功能系統的主要因素。本系統主要包括以下幾個功能模塊：數據采集分析模塊、LCD顯示和鍵盤模塊、串口通信模塊、智能自整定模塊和以太網通信模塊。其中，以太網通信模塊是本系統設計的重點和特色所在。其主程序流程圖如圖5所示。

　　本文設計的智能過程控制儀表以嵌入式模塊RCM2200為基礎，設計新穎，功能完善。大屏幕LCD可顯示過程被控變量、調節參數；儀表還可以根據不同的過程控制對象，設定不同的過程變量(流量、溫度、壓力、液位)；10MB/s的以太網接口可以利用廣泛存在的以太網資源傳送智能儀表數據，它不僅是對工業控制數據傳輸的新嘗試，而且將得到更廣泛的應用。