[发明专利]一种基于EtherCAT的力传感器数据采集系统与方法

权利要求书

1.一种基于EtherCAT的力传感器数据采集系统，其特征在于包括：

支持EtherCAT协议的EtherCAT主站和多个从站；

其中，所述每个从站均与多个传感器设备连接；

所述各个从站通过MII接口进行串联，串联后的整体通过EtherCAT总线与PC主站连 接；

所述PC主站上安装有支持EtherCAT协议的以太网卡，PC主站通过以太网卡与其中 一个从站相连。

2.根据权利要求1所述的一种基于EtherCAT的力传感器数据采集系统，其特征在于 所述从站将现场传感器设备的信息封装后发送到PC主站，所述PC主站对从站信息进行监 控。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于EtherCAT的力传感器数据采集系统，其特征 在于所述每一个从站包括：EtherCAT通信子系统和数据采集子系统；

其中，所述EtherCAT通信子系统一方面实现EtherCAT数据链路层和物理层控制，处 理EtherCAT帧，向上与EtherCAT主站进行数据交换；另一方面，EtherCAT通信子系统为 应用器件提供总线接口，实现对应用器件的控制和数据收发过程；

其中，所述数据采集子系统将传感器数据进行采集和处理，然后传输给EtherCAT通信 子系统。

4.根据权利要求3所述的一种基于EtherCAT的力传感器数据采集系统，其特征在于 所述EtherCAT通信子系统包括支持EtherCAT协议的以太网PHY芯片，以太网数据变压器， ESC从站专用芯片ET1100和微处理器。

5.根据权利要求4所述的一种基于EtherCAT的力传感器数据采集系统，其特征在于 所述数据采集子系统包括传感器本身和滤波电路与放大电路。

6.一种基于EtherCAT的力传感器数据采集方法，其特征在于它按以下步骤实现：

从站程序用C语言编写，在Keil环境下编译生成.hex文件，使用烧录软件将.hex文件 写入单片机中，单片机中运行网络接口程序与数据采集程序；

一、所述网络接口程序主要完成初始化处理和状态机处理；

(1)所述初始化处理主要包括微处理器硬件初始化HW_init()、通信变量和ESC寄存 器初始化ECAT_init()；

所述微处理器硬件初始化HW_init()主要包括STM32时钟配置初始化、IO管脚配置初 始化、SPI配置初始化、ADC配置初始化和DMA配置初始化，通信变量和ESC寄存器初 始化ECAT_init()主要包括邮箱初始化、状态机初始化和CoE初始化；

(2)初始化完成后判断程序是否运行自由运行模式：

如果是，则进入Free_run()函数处理周期性数据，程序查询非周期性事件，然后重新进 入主循环；其中，所述处理周期性数据是数据采集程序中获取到的传感器数据，非周期性 事件主要为状态改变事件和邮箱通信事件；

如果否，则程序查询非周期性事件，然后重新进入主循环；其中，所述程序包括网络 接口程序与数据采集程序；

二、数据采集程序主要包括ADC模块和DMA模块：

(1)系统上电完成初始化后，数据采集程序开始运行：

首先，ADC模块初始化确定采集通道数，采样频率和采样模式，并使能ADC模块的 DMA通道；

然后DMA模块初始化为ADC模块分配一个DMA通道，并为采集到的数据分配内存 空间；

(2)初始化完成后，先后使能ADC模块和DMA模块，单片机开始数据采集：

单片机先选通第一通道，将采集到的程序存在ADC模块的数据寄存器，然后DMA模 块将数据搬运至指定的内存空间；

然后单片机选通下一通道继续进行如上所述的采集；

当所有通道都采集完成后，单片机从第一通道重新开始新一轮的循环。

7.根据权利要求6所述的一种基于EtherCAT的力传感器数据采集方法，其特征在于 Free_run()函数处理周期性数据具体为：

(1)判断是否发生SM2事件，如果检测到发生SM2事件即有输出数据写入到通道SM2 中，则ESC将从通道SM2管理的存储区中读取输出数据；如果没有检测到发生SM2事件 则执行数据输入操作。

(2)读取输出数据后，程序使用全局变量bEcatOutputUpdateRunning表示输出是否有 效，如果输出有效，则执行数据输出操作，然后执行数据输入操作；如果输出无效，则不 执行数据输出，转而执行数据输入操作，将输入数据写入ESCSM3管理储存区用来存储输 入数据。