基于總線(xiàn)的分布式水下航行器控制器設(shè)計(jì)

4 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊
數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊使用Nand Flash與微控制器接口來(lái)實(shí)現(xiàn)。Nand Flash內(nèi)存是flash內(nèi)存的一種，在嵌入式系統(tǒng)中的地位和PC機(jī)上的硬盤(pán)是類(lèi)似的。具有容量大、改寫(xiě)速度快、系統(tǒng)掉電后數(shù)據(jù)不會(huì)丟失等優(yōu)點(diǎn)，適用于大量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。Nand Flash的接口本質(zhì)上是一個(gè)I／O接口，數(shù)據(jù)總線(xiàn)寬度8bit，沒(méi)有地址總線(xiàn)。CLE和ALE這兩條信號(hào)線(xiàn)用于區(qū)分總線(xiàn)上的數(shù)據(jù)類(lèi)別。當(dāng)系統(tǒng)對(duì)Nand Flash設(shè)備數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)的時(shí)候，需要先向Nand Flash設(shè)備發(fā)出相關(guān)的命令和參數(shù)，然后再讀出需要的數(shù)據(jù)。在連接中，注意用NXP2478的地址線(xiàn)A19與A20連接ALE和CLE引腳，這種連接方式必須在配置總線(xiàn)速度的時(shí)候使NXP2478總線(xiàn)速度和Nand Flash時(shí)序相匹配。電路中R／-(-相)引腳和寫(xiě)保護(hù)引腳直接接上拉電阻。此外還有一種方案是把R／-(-還)引腳與GPIO口相連，主要目的是當(dāng)讀寫(xiě)Nand Flash操作完成時(shí)，這可以通過(guò)中斷來(lái)判斷一次的讀或者寫(xiě)完成的時(shí)刻。Nand Flash接口電路如圖4所示。

5 通訊模塊
5．1 CAN通信模塊
CAN總線(xiàn)是目前廣泛應(yīng)用于汽車(chē)和飛機(jī)工業(yè)上的一種現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)。具有以下特點(diǎn)：1)多主控制，在總線(xiàn)空閑時(shí)，所有單元都可以開(kāi)始發(fā)送消息，通過(guò)沖突檢測(cè)，最先訪(fǎng)問(wèn)總線(xiàn)的單元獲得發(fā)送權(quán)。如果多個(gè)主機(jī)同時(shí)發(fā)送，則優(yōu)先級(jí)較高的主機(jī)獲得發(fā)送權(quán)，這就是CAN的仲裁機(jī)制。2)可發(fā)送遠(yuǎn)程幀，主動(dòng)請(qǐng)求遠(yuǎn)程主機(jī)的數(shù)據(jù)。3)CAN協(xié)議具有完善的差錯(cuò)功能，幀格式中含有糾錯(cuò)編碼，進(jìn)一步增強(qiáng)容錯(cuò)性。4)錯(cuò)誤發(fā)現(xiàn)功能，所有總線(xiàn)上的單元都可以檢測(cè)錯(cuò)誤，并且檢測(cè)出錯(cuò)誤的單元會(huì)立刻通知其他單元(錯(cuò)誤通知功能)。正在發(fā)送消息的單元一旦檢測(cè)出錯(cuò)誤，會(huì)強(qiáng)制結(jié)束并重新發(fā)送。直到發(fā)送成功為止。5)故障關(guān)閉功能，CAN總線(xiàn)可以判斷出錯(cuò)誤的類(lèi)型是總線(xiàn)上暫時(shí)的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤還是持續(xù)的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤(如某個(gè)節(jié)點(diǎn)硬件故障)。當(dāng)總線(xiàn)上發(fā)生持續(xù)的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤時(shí)，可將引起故障的單元從總線(xiàn)上隔離出去。這些特點(diǎn)使得CAN特別適用于分布式現(xiàn)場(chǎng)控制。一個(gè)控制器要接入CAN總線(xiàn)，需要CAN控制器和CAN收發(fā)器。典型的CAN控制器有Philips公司的SJA1000，它支持CAN2．0協(xié)議，包括標(biāo)準(zhǔn)的和擴(kuò)展的數(shù)據(jù)和遠(yuǎn)程幀；位速率可編程控制，有可編程時(shí)鐘輸出；有擴(kuò)展的64字節(jié)FIFO接收緩沖器；除了BasicCAN操作模式以外，還增加了一種新的操作模式——PeliCAN。在電氣特性方面，SJA1000的引腳特性與PCA200兼容，通信速率可達(dá)1 Mbps。CAN接口電路如圖5所示。AD0—AD7與微控制器的數(shù)據(jù)端口連接，片選信號(hào)與GPIO口連接，晶振使用的是12M無(wú)源晶振，另外還要設(shè)置附加的濾波電容。SJA1000的輸出還要接入CAN收發(fā)器PCA82C250，最后才接入CAN總線(xiàn)中。

5．2 無(wú)線(xiàn)通信接口
無(wú)線(xiàn)接口用于水下航行器的遠(yuǎn)程控制，當(dāng)航行器浮上水面時(shí)可以使用。采用基于2．4 GHz射頻收發(fā)芯片nRF2401的無(wú)線(xiàn)通訊子系統(tǒng)，工作時(shí)功耗低，所需外圍元器件很少?？膳渲帽扌吞炀€(xiàn)或者環(huán)形天線(xiàn)，通訊距離約為100 m左右?？闪己玫臐M(mǎn)足工作需要。無(wú)線(xiàn)通信芯片接口如圖6所示。

6 結(jié)束語(yǔ)
文中討論了一種以NXP2478為控制核心，擴(kuò)展了多個(gè)I／O接口，基于CAN總線(xiàn)的分布式控制系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)。搭載多種導(dǎo)航設(shè)備與傳感器，有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理和通信能力，系統(tǒng)功耗小、靈活性高、擴(kuò)展方便。用于水下航行器的控制系統(tǒng)中，可作為主控節(jié)點(diǎn)或現(xiàn)場(chǎng)控制節(jié)點(diǎn)。