计算机和网络技术的发展，引发了控制领域深刻的技术变革。控制系统向网络化、开放型的方向发展将是控制系统技术发展的主流。 以太网(Ethernet)作为目前最流行的局域网技术，最典型的应用形式是Ethernet+TCP/IP，即灵活的Ethernet底层加上几乎已经成为通用标准的网络传输协议TCP/IP，使得以太网能够非常容易地集成到以Ethernet和Web技术为代表的信息网络中。
　　本文将着重介绍一种带有以太网端口的智能过程控制仪表的硬件设计方案。该仪表可以实现仪表间的数据通信和仪表自控制、自调整、自诊断、自标定的功能，同时，仪表的以太网端口可以通过Internet对仪表实现远程监控。
1 智能仪表的硬件设计
1.1 RCM2200简介
　　RCM2200以 Rabbit半导体公司推出的高性能八位器件——Rabbit 2000型微处理器为核心；采用带RJ-45插口的内置10Base-T端口，简化了网络连接，便于开发带以太网接口的监控、通信设备；配备有四个串行口，扩展方便；拥有26根并行的I/O" title="I/O">I/O引线以及16根可设置的I/O引线，无需扩展即可完成一半的I/O任务。拥有256K Flash、128K SRAM，用于代码存储和数据存储；内建时间、日期、看门狗、定时器等一应俱全；采用双列直插式引脚封装，尺寸仅为5×941×22mm。这种结构可以实现集成的以太网连接，在减小体积的同时降低了成本，并大大缩短了嵌入式系统的开发周期。
　　RCM2200模块的基本框架结构如图1所示。

1.2 硬件功能及原理框图
　　本智能仪表选取嵌入式模块RCM2200作为整个硬件系统的核心，再配以简洁的外围电路来实现。其主要功能如下：
　　(1) 由于通过嵌入式模块RCM2200将一个10Base-T的以太网端口嵌入到现场仪表中，因此能够通过以太网访问仪表的数据，实现远程监控。
　　(2) 能够通过仪表LCD显示被控过程变量，调节参数。
　　(3) 能够采集调理过的脉冲输入信号和电压模拟输入信号。
　　(4) 可以完成四路独立的自整定控制功能，出现典型故障时可以自动识别，并且有报警功能，为大批量工业生产打好基础。
　　(5) 扩展出了RS-232和RS-485串行通讯接口。
　　(6) 具有四路数字量输入和两路数字量输出。
　　(7) 由于在设计上强化了整个仪表的抗干扰能力以及自我恢复功能，保证了仪表能够常年不间断工作。
　　硬件系统的内部原理结构如图2所示。

1.3 外围硬件电路设计
1.3.1 A/D" title="A/D">A/D转换电路
　　A/D转换电路" title="转换电路">转换电路采用TLC1543来完成，它是一种十一个输入通道、10位分辨率的高性价比A/D转换器。TLC1543的A0～A10作为电压模拟信号的输入端口，ADDRESS作为串行数据输入端。在I/O CLOCK的前四个脉冲上升沿输入四位数据流到地址寄存器，控制十四通道模拟多路器从十一个模拟输入和三个内部自测电压中选通一路送到采样保持电路。该电路从第四个I/O下降沿开始对所选模拟输入进行采样，采样一直持续六个I/O CLOCK周期，保持到第十个I/O CLOCK的下降沿。RCM2200的PB0、PB7、PD5构成SPI同步串行接口，分别连接于TLC1543的CLOCK、CS、DOUT端口，CLOCK、CS、DOUT分别是A/D转换器的时钟、片选、串行数据输出端。接口电路" title="接口电路">接口电路见图3。

1.3.2 D/A转换电路
　　D/A转换电路采用的是带有缓冲基准输入的双路10位数/模转换器TLC5617。该器件带有与CMOS兼容的三线串行接口，因此可实现数字控制。TLC5617 的输出电压为基准电压的两倍,且单调变化。数字输入端带有施密特触发器, 且具有较高的噪声抑制能力。模拟输出端双缓冲锁存器的使用可以使双输出通道同时输出而互不影响。数字通信协议符合SPI、QSPI、MICROWIRE 标准。由于TLC5617 在5V电源下工作,因而功耗极低(慢速方式下为3mW, 快速方式下为8mW)，且具有上电复位功能。
　　在TLC5617与RCM2200的接口电路中，RCM2200的PE0、PE1接CS，作为片选信号控制线。PB0接SCLK,作为时钟信号控制线。PD4接DIN,作为串行数据输入线。接收的16位字中前四位产生数据传送模式, 中间10位产生模拟信号, 最后两位为任意的LSB 位。本设计应用两片TLC5617转换器以生成四通道的模拟量输出。接口电路见图3。
1.3.3 LCD接口电路和键盘接口电路
　　考虑到LCD具有显示信息多、体积小、功耗低的特点，本设计选用CGM-12864液晶显示模块。它使用两片HD61202作为列驱动器，同时使用一片HD61202作为行驱动器，HD61202不与RCM2200发生联系，只要提供电源就能产生行列驱动信号和各种同步信号。在本设计中，RCM2200的数据总线D0～D7通过74HC273同液晶的数据口相连，RCM2200的PA3、PA4作为液晶显示模块的片选信号，D/I、R/W和E分别同RCM2200的PA0、PA1、PA2端口相连接。VO是液晶需要的负压，可通过与它连接的电位器来调节电压大小(电压变化范围为-10V～0V)，从而达到调节显示对比度的目的。经测试，本设计中当负压为-4.58V时，液晶处于最佳状态。
　　在键盘电路设计中，提供了六个静态式编码键盘按键，通过锁存器74LS245连接到RCM2200的数据总线D0～D5上。这六个键分别提供菜单、上翻、下翻、确认、移位、加一功能。
　　LCD显示与键盘接口电路如图4所示。

1.3.4 串行口接口电路
　　为了适应不同的通信接口，本设计通过RCM2200的串口C扩展出了一个RS-232串行接口和一个RS-485串行接口，采用的接口驱动芯片分别是MAX232和MAX485。MAX232和MAX485与RCM2200的连接方法很简单，参照典型连接即可。
　　此外，本设计给仪表提供了5V和2.5V的直流电源，还扩展出了四路数字量输入通道和两路数字量输出通道，在模拟电路和数字电路之间都采用521-4进行了隔离。
2 智能仪表的软件设计
　　硬件部分是智能仪表的基础，而软件设计的优劣更能体现出这个系统的可靠性和智能性。软件的开发平台采用Z-World公司专门开发的Dynamic C，它集成了C编译器、编辑器、链接器、装载器和调试器。对于标准C来说，Dynamic C 的改进使得在功能强大的嵌入式系统上进行实时编程变得非常容易。语言的扩展包括多任务和优先多任务的构造。标准C 函数库、特定板的外围驱动、芯片外围设备以及其它性能以源代码的形式包含在Dynamic C中。在Dynamic C的开发平台上可以非常方便地编写、调试用户程序,并最终通过编程串行通信口下载到嵌入式模块中，使节点按设计要求工作。
　　应用程序的编写是区别不同功能系统的主要因素。本系统主要包括以下几个功能模块：数据采集分析模块、LCD显示和键盘模块、串口通信模块、智能自整定模块和以太网通信模块。其中，以太网通信模块是本系统设计的重点和特色所在。其主程序流程图如图5所示。

　　本文设计的智能过程控制仪表以嵌入式模块RCM2200为基础，设计新颖，功能完善。大屏幕LCD可显示过程被控变量、调节参数；仪表还可以根据不同的过程控制对象，设定不同的过程变量(流量、温度、压力、液位)；10MB/s的以太网接口可以利用广泛存在的以太网资源传送智能仪表数据，它不仅是对工业控制数据传输的新尝试，而且将得到更广泛的应用。