基于CAN總線(xiàn)的嵌入式水位監測系統設計

1．2．1 器件選型
為提高系統的實(shí)時(shí)性和可靠性，監測終端選用可移植嵌入式操作系統的ARM7 TDMI內核的32位RISC芯片LPC2368。LPC2368是一款功能強大的超低功耗ARM7TDMIS內核的32位微控制器，最高支持72MHz工作頻率，片內有Flash 512KB，ROM 56KB，集成10／100全雙工Ethemet MAC，2個(gè)兼容CAN2．0A／2．OB的CAN控制器，帶RMII接口，其性能穩定、功能強大，廣泛應用于協(xié)議轉換、通信、工業(yè)控制領(lǐng)域。應用LPC2368開(kāi)發(fā)監測終端可以有效控制成本。工業(yè)網(wǎng)絡(luò )需要強穩定性，但實(shí)驗證明超過(guò)60％的總線(xiàn)帶寬使用率就會(huì )造成沖突。1根AHB總線(xiàn)是完全不夠的，而LPC2368具有雙總線(xiàn)機制和DMA協(xié)處理機制。任何一根總線(xiàn)都可以通過(guò)總線(xiàn)橋與其余總線(xiàn)通信，消除了通信瓶頸。
1．2．2 CAN總線(xiàn)接口硬件設計
通過(guò)CAN總線(xiàn)通信接口可使各監測終端和監控計算機通信，實(shí)現監測終端的數據共享。CAN總線(xiàn)接口硬件電路如圖3所示。

LPC2368內部集成有2個(gè)兼容CAN2．0／2．0B的CAN控制器，只需增加一個(gè)CAN總線(xiàn)收發(fā)器就能滿(mǎn)足設計要求。CTM8251T是一款帶隔離的通用CAN收發(fā)器，該器件內部集成了所需的CAN隔離及CAN收、發(fā)器，它可以將CAN控制器的邏輯電平轉換為CAN總線(xiàn)的差分電平，將CAN總線(xiàn)差分電平轉換成邏輯電平，具有DC 2 500 V的隔離功能和CAN總線(xiàn)過(guò)壓保護功能，而且在某一節點(diǎn)掉電時(shí)不會(huì )影響總線(xiàn)。
各個(gè)監測終端間通過(guò)帶屏蔽雙絞線(xiàn)構成CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，總線(xiàn)兩端連接120 Ω的匹配電阻，用于提高系統的穩定性、增強系統的抗干擾能力。
1．2．3 嵌入式終端電源電路設計
基于A(yíng)RM內核的微處理器的嵌入式系統性能在很大程度上取決于電源電路的穩定性和可靠性，因此設計穩定可靠的電源非常重要。LPC23 68有數字電源輸入和模擬電源輸入2種，分別是+3．3 V和-3．3 V，另外CAN收發(fā)器的供電電壓為+5 V。系統電源采用LM2576系列穩壓器，把外部直流電源穩壓成+5 V電源，為CAN收發(fā)器提供電源。采用SPXlll7把+5 V電源穩壓成2路+3．3 V電源，以提供LPC2368的數字和模擬電源，數字電源和模擬電源之間通過(guò)磁珠隔離。

2 系統軟件設計
系統軟件設計部分包括2方面：1)監測終端軟件設計，主要是對傳感器的數據采集和處理，完成與上位機之間的數據通信功能；2)上位機軟件設計，主要包括CAN節點(diǎn)初始化、報文發(fā)送和報文接收。
2．1 監測終端軟件設計
監測終端軟件主要由啟動(dòng)代碼、斷處理、實(shí)時(shí)操作系統、設備驅動(dòng)和應用程序組成。啟動(dòng)代碼完成啟動(dòng)、初始化硬件、引導系統正常運行等工作。實(shí)時(shí)操作系統μC／OS-Ⅱ是系統運行的指揮中心，完成任務(wù)調度和資源分配等工作。設備驅動(dòng)是操作系統上層應用軟件和下層硬件的聯(lián)系，本設計主要包括CAN控制器驅動(dòng)、A／D采集驅動(dòng)等。上層應用程序基于以上各個(gè)模塊，完成用戶(hù)要實(shí)現的各種功能，通常按功能分成多個(gè)模塊。本設計中主要包括傳感器數據采集模塊、參數設置模塊、CAN通信模塊。由表1所列的任務(wù)完成以上模塊功能。

2．1．1 定時(shí)數據采集
定時(shí)數據采集模塊負責定時(shí)采集傳感器的信號。A／D轉換由定時(shí)器產(chǎn)生周期中斷標志觸發(fā)，當采樣完1個(gè)周期后，由中斷服務(wù)程序發(fā)給Task_AD發(fā)送信號量，Task_AD收到信號量后，將數據進(jìn)行相應的處理。