[发明专利]一种基于EtherCAT的力传感器数据采集系统与方法

说明书

技术领域

本发明涉及基于EtherCAT的力传感器数据采集系统与方法。

背景技术

以太网是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。目前，商用以太网已经取得 了广泛的应用，并且开始应用于工业控制领域当中，形成了工业以太网。实时工业以太网 可以满足工业现场对数据传输安全性、可靠性、实时性的要求，并且工业以太网的数据传 输速率完全满足数据采集的需要。“工业4.0”概念包含了由集中式控制向分散式增强型控 制的基本模式转变，网络化的数据采集系统成为数据采集技术的发展趋势。

EtherCAT吸收采纳了Interbus“集总帧”的技术思想，使通讯报文的有效利用率达到 90％以上。完全符合以太网标准，EtherCAT可以与其他以太网设备及协议并存于同一总 线，以太网交换机等标准结构构件也可以用于EtherCAT。无需从属子网，复杂的节点或 只有两位的I/O节点都可以作为EtherCAT从站。高效率，最大化利用以太网带宽进行数 据传输。刷新周期短，可以达到小于100us的数据刷新周期，可以用于伺服技术中底层的 闭环控制。同步性能好，各从站结点设备可以达到小于1us的时钟同步精度。EtherCAT凭 借其低成本、灵活的拓扑结构，高可靠性，高实时性等显著的性能优势得到了国内外相关 领域的广泛关注，成为工业以太网发展的一个方向。

目前，大多数采集系统主要采用RS485方式和CAN总线等方式进行数据传输。RS485 没有统一的规范和通信协议，通信方式存在一定的不足。而CAN总线做为一种面向工业 底层控制的通信网络，也有一定的局限性，它不能和Internet相连，所以不能实现远程信 息的共享。

发明内容

本发明是要针对现有方法存在的问题：RS485没有统一的规范和通信协议，通信方式 存在一定的不足；而CAN总线做为一种面向工业底层控制的通信网络，也有一定的局限 性，它不能和Internet相连，也不易与上位控制机直接接口，且现有的CAN接口卡与以 太网网卡相比大都价格昂贵，因而提供了一种基于EtherCAT的力传感器数据采集系统与 方法。

一种基于EtherCAT的力传感器数据采集系统，包括：

支持EtherCAT协议的PC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。

一种基于EtherCAT的力传感器数据采集方法，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；