一、項目要求
傳統工業生產老設備缺少聯網功能，在生產過程中只能單機工作，極大浪費人力資源，且工作效率低。本項目通過設計一款具備聯網功能的工業控制板，使得老設備脫離單機工作，能夠通過網絡下載程序到機器，並能通過電腦控制機器生產作業，大大的減少了人力資源成本。
二、系統框圖
本項目系統設計分爲五個模塊，分別爲微型主控模塊、網絡模塊、通信模塊、採集模塊、輸出控制模塊，如下圖所示：
系統運行機制：PC端通過以太網的方式與工控板相連，採用UTP的通信協議傳輸數據文件到工控板上，工控板獲得數據文件並進行數據轉換，最終通過串口的形式將數據發送到設備上，由於工廠設備運行時會對遠距離的信號傳輸產生噪聲干擾，因此，必須提高整個通信系統的抗干擾能力。至於要使用何種通信方式，下文有詳細的說明。
三、模塊講解
1、主控模塊
對於MCU的選擇需要考慮內存、IO口數量、是否集成以太網MAC等等！最最重要一點是要考慮成本，這是任何一個硬件工程師需要考慮的，大家挑選MCU可以上ST官網根據自己的需求選擇，裏面有許多主流的芯片。由於需要對機器進行數據採集，實施相應的控制，要用到的IO口較多，還有就是要送給設備傳輸的文件較大，片上的內存要足夠，考慮了好久，最終還是狠下心用STM32F407ZGT6這款成本較高的芯片。至於這部分的原理圖嘛！都是直接拿來用的，就不多說廢話了。
2、網絡模塊
針對不同的主控芯片，網口芯片的選擇也大不一樣。像STM32F103系列的芯片沒有集成以太網口MAC芯片的，就不能單單加一塊PHY芯片，還得掏錢加個以太網口MAC芯片。這也就是我爲啥不選這個主控芯片的原因之一啊！聽老哥的直接用stm32f107或stm32f407加一個PHY芯片就可以了。至於PHY芯片嘛！我用的是LAN8720，爲啥用它呢！因爲它的電路簡單唄！而且某店的探索者用的就是它，有現成的電路跟例程，何樂而不爲呢？談談網口吧！網口又分有變壓器和無變壓器的，至於兩者那個好自己認爲咯！我比較懶，當然是選擇集成變壓器的啦！以太網PHY接口對PCB佈局有一定要求，因爲這涉及到數據的速傳輸，需要對傳輸線進行阻抗和PCB疊層的計算，選擇合適的差分走線，並且走線要儘可能的短，想進一步瞭解的朋友可以在搜索關於以太網口PCB佈局的博文。
3、通信模塊
本設計使用的20mA電流環串行通信接口，至於20mA 電流環是個什麼東東，某度上是這樣解釋的，20mA 電流環是目前串行通信中廣泛使用的一種接口電路，電流環串行通信接口的最大優點是低阻傳輸線對電氣噪聲不敏感，而且易實現光電隔離，因此在長距離通信時要比RS-232優越得多。它是一個加上光電隔離的電流環傳送和接收電路。在發送端，將TTL電平轉換爲環路電流信號，在接收端又轉換成TTL電平。實際應用中主要使用光電耦合器來實現電平與電流之間的轉換，在傳送過程中光電耦合器可以起到隔離兩個系統地線的作用，是兩個系統電源相互獨立，形成電流環路的傳送形。由於電流環電路是低阻抗電路，它對噪聲的敏感度低，因此提高了通信的抗干擾能力。一句話總結就是通過模擬量來傳輸，減少噪聲干擾就對了。以下就是本人設計的一種電流環電路，具體使用到什麼芯片，這裏不加以說明，畢竟涉及到公司機密什麼的。
4、數據採集
數據採集部分的電路要根據設備傳感器的類型設計，由於本項目涉及到的都是一些開關量，在實際應用中可能存在靜電干擾。因此，這部分電路需要做好ESD靜電保護和光耦隔離。如果IO口還涉及到通信，光耦的選型就要優先考慮響應速率，其實就是要選擇高速的光耦。就開關量的採集而言，沒必要用到高速的光耦，普通的光耦即可，逼話少說吧！直接看電路、、、
信號從光耦的輸入端進來，經過光耦轉換成電平信號，主控芯片捕獲電平信號，並對信號進行相應的處理，這樣就完成了一次數據的採集。輸入端雙向二極管起到ESD靜電防護的作用，R1,R4阻值要根據光耦導通電流計算，光耦輸出端直接與主控相連，這樣兩個模塊之間就起到了隔離的作用。上拉電阻R3的選擇可以根據經驗來定，一般選用10K。
5、輸出控制
作爲一款工控板，肯定得有輸出控制功能啦！不然也對不起這個名字啦!設備需要接警報燈，還要控制一些別的傳感器，以下是我設計的輸出控制電路，原理基本和採集的電路的一樣，廢話就不多說了，看電路看電路、、
硬件電路已全部都講完了，難度不是很大，十分適合新手上路，我也是個菜鳥啦！這也是我做的第一個商業項目，內心有點小激動。做項目爲的就是提高能力，不讓自己更菜而已。至於軟件部分嘛！不開源，不開源，就算想開源也沒用啦！因爲軟件不是我寫的，抱歉啦、、、
四、總結
這可以說是我第一次接觸商業性的項目，難度也不是很大，主要問題還是通信方式方面，想了好幾種方案，最終才選擇了電流環串行通信方式。電路方面不是很難，很多都是現成的東西，理解好了直接拿來用就行啦！想做這個項目的小夥伴可以關注我的博客，我多多少少能提供點建議吧！應該這樣說，一起進步啦！哈哈哈