一、项目要求
传统工业生产老设备缺少联网功能，在生产过程中只能单机工作，极大浪费人力资源，且工作效率低。本项目通过设计一款具备联网功能的工业控制板，使得老设备脱离单机工作，能够通过网络下载程序到机器，并能通过电脑控制机器生产作业，大大的减少了人力资源成本。
二、系统框图
本项目系统设计分为五个模块，分别为微型主控模块、网络模块、通信模块、采集模块、输出控制模块，如下图所示：
系统运行机制：PC端通过以太网的方式与工控板相连，采用UTP的通信协议传输数据文件到工控板上，工控板获得数据文件并进行数据转换，最终通过串口的形式将数据发送到设备上，由于工厂设备运行时会对远距离的信号传输产生噪声干扰，因此，必须提高整个通信系统的抗干扰能力。至于要使用何种通信方式，下文有详细的说明。
三、模块讲解
1、主控模块
对于MCU的选择需要考虑内存、IO口数量、是否集成以太网MAC等等！最最重要一点是要考虑成本，这是任何一个硬件工程师需要考虑的，大家挑选MCU可以上ST官网根据自己的需求选择，里面有许多主流的芯片。由于需要对机器进行数据采集，实施相应的控制，要用到的IO口较多，还有就是要送给设备传输的文件较大，片上的内存要足够，考虑了好久，最终还是狠下心用STM32F407ZGT6这款成本较高的芯片。至于这部分的原理图嘛！都是直接拿来用的，就不多说废话了。
2、网络模块
针对不同的主控芯片，网口芯片的选择也大不一样。像STM32F103系列的芯片没有集成以太网口MAC芯片的，就不能单单加一块PHY芯片，还得掏钱加个以太网口MAC芯片。这也就是我为啥不选这个主控芯片的原因之一啊！听老哥的直接用stm32f107或stm32f407加一个PHY芯片就可以了。至于PHY芯片嘛！我用的是LAN8720，为啥用它呢！因为它的威廉希尔官方网站
简单呗！而且某店的探索者用的就是它，有现成的威廉希尔官方网站
跟例程，何乐而不为呢？谈谈网口吧！网口又分有变压器和无变压器的，至于两者那个好自己认为咯！我比较懒，当然是选择集成变压器的啦！以太网PHY接口对PCB布局有一定要求，因为这涉及到数据的速传输，需要对传输线进行阻抗和PCB叠层的计算，选择合适的差分走线，并且走线要尽可能的短，想进一步了解的朋友可以在搜索关于以太网口PCB布局的博文。
3、通信模块
本设计使用的20mA电流环串行通信接口，至于20mA 电流环是个什么东东，某度上是这样解释的，20mA 电流环是目前串行通信中广泛使用的一种接口威廉希尔官方网站
，电流环串行通信接口的最大优点是低阻传输线对电气噪声不敏感，而且易实现光电隔离，因此在长距离通信时要比RS-232优越得多。它是一个加上光电隔离的电流环传送和接收威廉希尔官方网站
。在发送端，将TTL电平转换为环路电流信号，在接收端又转换成TTL电平。实际应用中主要使用光电耦合器来实现电平与电流之间的转换，在传送过程中光电耦合器可以起到隔离两个系统地线的作用，是两个系统电源相互独立，形成电流环路的传送形。由于电流环威廉希尔官方网站
是低阻抗威廉希尔官方网站
，它对噪声的敏感度低，因此提高了通信的抗干扰能力。一句话总结就是通过模拟量来传输，减少噪声干扰就对了。以下就是本人设计的一种电流环威廉希尔官方网站
，具体使用到什么芯片，这里不加以说明，毕竟涉及到公司机密什么的。
4、数据采集
数据采集部分的威廉希尔官方网站
要根据设备传感器的类型设计，由于本项目涉及到的都是一些开关量，在实际应用中可能存在静电干扰。因此，这部分威廉希尔官方网站
需要做好ESD静电保护和光耦隔离。如果IO口还涉及到通信，光耦的选型就要优先考虑响应速率，其实就是要选择高速的光耦。就开关量的采集而言，没必要用到高速的光耦，普通的光耦即可，逼话少说吧！直接看威廉希尔官方网站
、、、
信号从光耦的输入端进来，经过光耦转换成电平信号，主控芯片捕获电平信号，并对信号进行相应的处理，这样就完成了一次数据的采集。输入端双向二极管起到ESD静电防护的作用，R1，R4阻值要根据光耦导通电流计算，光耦输出端直接与主控相连，这样两个模块之间就起到了隔离的作用。上拉电阻R3的选择可以根据经验来定，一般选用10K。
5、输出控制
作为一款工控板，肯定得有输出控制功能啦！不然也对不起这个名字啦！设备需要接警报灯，还要控制一些别的传感器，以下是我设计的输出控制威廉希尔官方网站
，原理基本和采集的威廉希尔官方网站
的一样，废话就不多说了，看威廉希尔官方网站
看威廉希尔官方网站
、、
硬件威廉希尔官方网站
已全部都讲完了，难度不是很大，十分适合新手上路，我也是个菜鸟啦！这也是我做的第一个商业项目，内心有点小激动。做项目为的就是提高能力，不让自己更菜而已。至于软件部分嘛！不开源，不开源，就算想开源也没用啦！因为软件不是我写的，抱歉啦、、、
四、总结
这可以说是我第一次接触商业性的项目，难度也不是很大，主要问题还是通信方式方面，想了好几种方案，最终才选择了电流环串行通信方式。威廉希尔官方网站
方面不是很难，很多都是现成的东西，理解好了直接拿来用就行啦！
一、项目要求
传统工业生产老设备缺少联网功能，在生产过程中只能单机工作，极大浪费人力资源，且工作效率低。本项目通过设计一款具备联网功能的工业控制板，使得老设备脱离单机工作，能够通过网络下载程序到机器，并能通过电脑控制机器生产作业，大大的减少了人力资源成本。
二、系统框图
本项目系统设计分为五个模块，分别为微型主控模块、网络模块、通信模块、采集模块、输出控制模块，如下图所示：
系统运行机制：PC端通过以太网的方式与工控板相连，采用UTP的通信协议传输数据文件到工控板上，工控板获得数据文件并进行数据转换，最终通过串口的形式将数据发送到设备上，由于工厂设备运行时会对远距离的信号传输产生噪声干扰，因此，必须提高整个通信系统的抗干扰能力。至于要使用何种通信方式，下文有详细的说明。
三、模块讲解
1、主控模块
对于MCU的选择需要考虑内存、IO口数量、是否集成以太网MAC等等！最最重要一点是要考虑成本，这是任何一个硬件工程师需要考虑的，大家挑选MCU可以上ST官网根据自己的需求选择，里面有许多主流的芯片。由于需要对机器进行数据采集，实施相应的控制，要用到的IO口较多，还有就是要送给设备传输的文件较大，片上的内存要足够，考虑了好久，最终还是狠下心用STM32F407ZGT6这款成本较高的芯片。至于这部分的原理图嘛！都是直接拿来用的，就不多说废话了。
2、网络模块
针对不同的主控芯片，网口芯片的选择也大不一样。像STM32F103系列的芯片没有集成以太网口MAC芯片的，就不能单单加一块PHY芯片，还得掏钱加个以太网口MAC芯片。这也就是我为啥不选这个主控芯片的原因之一啊！听老哥的直接用stm32f107或stm32f407加一个PHY芯片就可以了。至于PHY芯片嘛！我用的是LAN8720，为啥用它呢！因为它的威廉希尔官方网站
简单呗！而且某店的探索者用的就是它，有现成的威廉希尔官方网站
跟例程，何乐而不为呢？谈谈网口吧！网口又分有变压器和无变压器的，至于两者那个好自己认为咯！我比较懒，当然是选择集成变压器的啦！以太网PHY接口对PCB布局有一定要求，因为这涉及到数据的速传输，需要对传输线进行阻抗和PCB叠层的计算，选择合适的差分走线，并且走线要尽可能的短，想进一步了解的朋友可以在搜索关于以太网口PCB布局的博文。
3、通信模块
本设计使用的20mA电流环串行通信接口，至于20mA 电流环是个什么东东，某度上是这样解释的，20mA 电流环是目前串行通信中广泛使用的一种接口威廉希尔官方网站
，电流环串行通信接口的最大优点是低阻传输线对电气噪声不敏感，而且易实现光电隔离，因此在长距离通信时要比RS-232优越得多。它是一个加上光电隔离的电流环传送和接收威廉希尔官方网站
。在发送端，将TTL电平转换为环路电流信号，在接收端又转换成TTL电平。实际应用中主要使用光电耦合器来实现电平与电流之间的转换，在传送过程中光电耦合器可以起到隔离两个系统地线的作用，是两个系统电源相互独立，形成电流环路的传送形。由于电流环威廉希尔官方网站
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，它对噪声的敏感度低，因此提高了通信的抗干扰能力。一句话总结就是通过模拟量来传输，减少噪声干扰就对了。以下就是本人设计的一种电流环威廉希尔官方网站
，具体使用到什么芯片，这里不加以说明，毕竟涉及到公司机密什么的。
4、数据采集
数据采集部分的威廉希尔官方网站
要根据设备传感器的类型设计，由于本项目涉及到的都是一些开关量，在实际应用中可能存在静电干扰。因此，这部分威廉希尔官方网站
需要做好ESD静电保护和光耦隔离。如果IO口还涉及到通信，光耦的选型就要优先考虑响应速率，其实就是要选择高速的光耦。就开关量的采集而言，没必要用到高速的光耦，普通的光耦即可，逼话少说吧！直接看威廉希尔官方网站
、、、
信号从光耦的输入端进来，经过光耦转换成电平信号，主控芯片捕获电平信号，并对信号进行相应的处理，这样就完成了一次数据的采集。输入端双向二极管起到ESD静电防护的作用，R1，R4阻值要根据光耦导通电流计算，光耦输出端直接与主控相连，这样两个模块之间就起到了隔离的作用。上拉电阻R3的选择可以根据经验来定，一般选用10K。
5、输出控制
作为一款工控板，肯定得有输出控制功能啦！不然也对不起这个名字啦！设备需要接警报灯，还要控制一些别的传感器，以下是我设计的输出控制威廉希尔官方网站
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已全部都讲完了，难度不是很大，十分适合新手上路，我也是个菜鸟啦！这也是我做的第一个商业项目，内心有点小激动。做项目为的就是提高能力，不让自己更菜而已。至于软件部分嘛！不开源，不开源，就算想开源也没用啦！因为软件不是我写的，抱歉啦、、、
四、总结
这可以说是我第一次接触商业性的项目，难度也不是很大，主要问题还是通信方式方面，想了好几种方案，最终才选择了电流环串行通信方式。威廉希尔官方网站
方面不是很难，很多都是现成的东西，理解好了直接拿来用就行啦！
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