基于CAN總線和CCll00芯片的嵌入式遠(yuǎn)程測控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　引言

　　文中提出了一種基于無線測控的工業(yè)通信分布式網(wǎng)絡(luò)模型，它將嵌入式技術(shù)、無線通信技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來，采用兩級(jí)組網(wǎng)方式，將有線與無線技術(shù)結(jié)合起來，并結(jié)合嵌入式硬件平臺(tái)和無線通信模塊，解決了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和控制設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸問題。該系統(tǒng)實(shí)時(shí)性強(qiáng)、可靠性高、結(jié)構(gòu)小巧、開發(fā)費(fèi)用低廉，在現(xiàn)代工業(yè)測控系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)揮了經(jīng)濟(jì)效益。

　　1、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

　　分布式網(wǎng)絡(luò)模型實(shí)際方案如圖1所示。

　　圖1 分布式網(wǎng)絡(luò)模型實(shí)際方案

　　該方案中，服務(wù)器采用嵌入式硬件平臺(tái)，基于Linux操作系統(tǒng)，建立嵌入式Web服務(wù)器和分布式現(xiàn)場的測控應(yīng)用程序。測控應(yīng)用程序通過驅(qū)動(dòng)CAN總線模塊，以輪詢方式實(shí)現(xiàn)嵌入式平臺(tái)與終端節(jié)點(diǎn)之間的通信。數(shù)據(jù)采集器使用無線通信與各終端設(shè)備連接，通過無線傳輸方式負(fù)責(zé)對測控應(yīng)用程序發(fā)出命令進(jìn)行響應(yīng)，啟動(dòng)無線通信過程，完成分布式現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集和控制動(dòng)作執(zhí)行。

　　系統(tǒng)采用了分級(jí)組網(wǎng)的方式，由有線和無線通信兩級(jí)網(wǎng)絡(luò)組成?？紤]到工業(yè)干擾比較嚴(yán)重，以及通信范圍能有較大的冗余，嵌入式服務(wù)器與數(shù)據(jù)采集器之間使用有線網(wǎng)絡(luò)，采用CAN總線傳輸。另外，系統(tǒng)使用了數(shù)據(jù)采集器作為中間媒介，將無線終端和ARM主控機(jī)連接在一起，解決了無線系統(tǒng)因受通信距離、空闖布局、外部干擾等因素的限制，致使無線通信的節(jié)點(diǎn)無法直接與主控機(jī)通信的問題。對附近的無線終端，數(shù)據(jù)采集器使用無線信道通信，對主控機(jī)，使用CAN連接，這樣就較好地解決了應(yīng)用環(huán)境對無線通信網(wǎng)絡(luò)的不利影響。而且，更為重要的是，可根據(jù)實(shí)際需要使用你N個(gè)數(shù)據(jù)采集器分別掛在CAN總線上，采用N個(gè)頻段傳輸，減少了無線通信中的沖突，增加了通信的可靠性。

　　系統(tǒng)由客戶端瀏覽器、嵌入式服務(wù)器平臺(tái)、無線通信模塊3部分組成?？蛻舳藶g覽器是運(yùn)行在桌面計(jì)算機(jī)中的通用瀏覽器應(yīng)用程序;嵌入式服務(wù)器是以S3C2410A芯片為核心組建的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺(tái);無線通信模塊由數(shù)據(jù)采集器和終端節(jié)點(diǎn)2部分構(gòu)成，是以CCll00無線通信芯片和8051F310單片機(jī)為核心構(gòu)成的測控執(zhí)行部件。其中嵌入式服務(wù)器平臺(tái)是系統(tǒng)的核心部件，基于Linux操作系統(tǒng)，負(fù)責(zé)對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行測控?cái)?shù)據(jù)的處理、存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)發(fā)及與遠(yuǎn)程客戶端瀏覽器的數(shù)據(jù)交互。

　　通過公共網(wǎng)關(guān)接口CGI(Common Gateway Interface)實(shí)現(xiàn)嵌入式Web服務(wù)器和分布式現(xiàn)場的測控應(yīng)用程序接口。CGI使編寫的程序處理wwW上客戶端送來的表單和數(shù)據(jù)，并對此做出響應(yīng)，這樣可使編寫的程序和Web服務(wù)器間的接口標(biāo)準(zhǔn)化。

　　嵌入式服務(wù)器正常工作要引入文件系統(tǒng)。Linux操作系統(tǒng)可以提供文件系統(tǒng);同時(shí)利用Linux操作系統(tǒng)自身所帶的TCP/IP協(xié)議棧，只要在應(yīng)用層上利用操作系統(tǒng)提供的網(wǎng)絡(luò)API編寫服務(wù)器端程序即可，從而節(jié)省了開發(fā)時(shí)間。

　　2、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　對于一個(gè)嵌入式系統(tǒng)，硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)相當(dāng)重要，一方面要考慮所選擇的器件是否適合應(yīng)用要求，硬件資源是否足夠用來編程調(diào)試并保證系統(tǒng)性能優(yōu)良;另一方面硬件資源要在滿足系統(tǒng)需求前提下盡可能降低成本?？紤]以上因素，服務(wù)器的硬件采用模塊化設(shè)計(jì)，分為嵌入式服務(wù)器模塊、CAN通信接口模塊、無線測控模塊3部分。

　　2.1 嵌入式服務(wù)器模塊設(shè)計(jì)

　　該系統(tǒng)的嵌入式服務(wù)器平臺(tái)的設(shè)計(jì)如圖2所示。

　　圖2 嵌入式服務(wù)器設(shè)計(jì)方案

　　基于S3C2410A擴(kuò)展了CAN接口模塊、sD卡等，CPU采用$3C2410A微處理器作為整個(gè)系統(tǒng)的控制核心。S3C2410A是基于ARM920內(nèi)核開發(fā)的32位RISC微處理器，集成了豐富的外圍功能模塊，如以太網(wǎng)接121，便于低成本設(shè)計(jì)嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)。S3C2410A主要功能就是通過控制以太網(wǎng)接口芯片CS8900A及CAN通信接口芯片MCP2510的工作，實(shí)現(xiàn)CAN通信協(xié)議與以太網(wǎng)通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換，使遠(yuǎn)端用戶借助瀏覽器經(jīng)由Intemet對現(xiàn)場設(shè)備實(shí)施遠(yuǎn)程監(jiān)控。

　　2.2 CAN通信接口模塊設(shè)計(jì)

　　由于多數(shù)嵌入式處理器都不帶CAN總線控制器，在嵌入式處理器的外部總線上擴(kuò)展CAN總線接口芯片是通用的解決方案。設(shè)計(jì)采用了MCP2510芯片作為CAN總線的控制器，該芯片支持CAN2.0B標(biāo)準(zhǔn)。TJAl050作為CAN總線的收發(fā)器。

　　MCP2510可在3-5.5 V范圍內(nèi)供電，因此能直接與3.3V I/0口的嵌入式處理器連接。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，與處理器之間的SPI串行接口，減少了總線的物理連接，提高了系統(tǒng)的可靠性。

　　S3C2410A帶有SPI總線控制器，可直接與MCP2510連接。如圖3所示。

　　圖3 嵌入式節(jié)CAN節(jié)電設(shè)計(jì)方案