基于CAN和CCll00的嵌入式遠程測控系統(tǒng)的設計

引言

　　在工業(yè)控制中，需要將多個獨立工作的設備所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行匯總，傳統(tǒng)的通信方式，主要是采用固定的點與點之間的有線通信，但使用工業(yè)中常用的RS-485總線或者CAN總線進行數(shù)據(jù)傳輸，需要把各設備利用網(wǎng)線連接起來，不僅施工麻煩，而且費用很高。在每個采集數(shù)據(jù)的終端使用無線的方式進行數(shù)據(jù)匯總，去掉通信設備之間的物理線路連接，不僅簡化了施工難度和系統(tǒng)復雜度，還可以降低成本。文中提出了一種基于無線測控的工業(yè)通信分布式網(wǎng)絡模型，它將嵌入式技術、無線通信技術和自動控制技術有機地結(jié)合起來，采用兩級組網(wǎng)方式，將有線與無線技術結(jié)合起來，并結(jié)合嵌入式硬件平臺和無線通信模塊，解決了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和控制設備的數(shù)據(jù)傳輸問題。該系統(tǒng)實時性強、可靠性高、結(jié)構(gòu)小巧、開發(fā)費用低廉，在現(xiàn)代工業(yè)測控系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)揮了經(jīng)濟效益。

1、系統(tǒng)總體設計方案

　　分布式網(wǎng)絡模型實際方案如圖1所示。

圖1 分布式網(wǎng)絡模型實際方案

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

　　系統(tǒng)采用了分級組網(wǎng)的方式，由有線和無線通信兩級網(wǎng)絡組成?？紤]到工業(yè)干擾比較嚴重，以及通信范圍能有較大的冗余，嵌入式服務器與數(shù)據(jù)采集器之間使用有線網(wǎng)絡，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)點無法直接與主控機通信的問題。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，使用CAN連接，這樣就較好地解決了應用環(huán)境對無線通信網(wǎng)絡的不利影響。而且，更為重要的是，可根據(jù)實際需要使用你N個數(shù)據(jù)采集器分別掛在CAN總線上，采用N個頻段傳輸，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、嵌入式服務器平臺、無線通信模塊3部分組成?？蛻舳藶g覽器是運行在桌面計算機中的通用瀏覽器應用程序；嵌入式服務器是以S3C2410A芯片為核心組建的網(wǎng)絡服務平臺；無線通信模塊由數(shù)據(jù)采集器和終端節(jié)點2部分構(gòu)成，是以CCll00無線通信芯片和8051F310單片機為核心構(gòu)成的測控執(zhí)行部件。其中嵌入式服務器平臺是系統(tǒng)的核心部件，基于Linux操作系統(tǒng)，負責對現(xiàn)場設備進行測控數(shù)據(jù)的處理、存儲、轉(zhuǎn)發(fā)及與遠程客戶端瀏覽器的數(shù)據(jù)交互。

　　通過公共網(wǎng)關接口CGI(Common Gateway Interface)實現(xiàn)嵌入式Web服務器和分布式現(xiàn)場的測控應用程序接口。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，這樣可使編寫的程序和Web服務器間的接口標準化。

　　嵌入式服務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)；同時利用Linux操作系統(tǒng)自身所帶的TCP／IP協(xié)議棧，只要在應用層上利用操作系統(tǒng)提供的網(wǎng)絡API編寫服務器端程序即可，從而節(jié)省了開發(fā)時間。

2、系統(tǒng)硬件設計

　　對于一個嵌入式系統(tǒng)，硬件系統(tǒng)設計相當重要，一方面要考慮所選擇的器件是否適合應用要求，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。考慮以上因素，服務器的硬件采用模塊化設計，分為嵌入式服務器模塊、CAN通信接口模塊、無線測控模塊3部分。

　　2.1 嵌入式服務器模塊設計

　　該系統(tǒng)的嵌入式服務器平臺的設計如圖2所示。

圖2 嵌入式服務器設計方案