基于CAN總線(xiàn)和CCll00芯片的嵌入式遠程測控系統的設計

　　引言

　　文中提出了一種基于無(wú)線(xiàn)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(wú)線(xiàn)通信技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)有機地結合起來(lái)，采用兩級組網(wǎng)方式，將有線(xiàn)與無(wú)線(xiàn)技術(shù)結合起來(lái)，并結合嵌入式硬件平臺和無(wú)線(xiàn)通信模塊，解決了數據采集系統和控制設備的數據傳輸問(wèn)題。該系統實(shí)時(shí)性強、可靠性高、結構小巧、開(kāi)發(fā)費用低廉，在現代工業(yè)測控系統已經(jīng)發(fā)揮了經(jīng)濟效益。

　　1、系統總體設計方案

　　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，基于Linux操作系統，建立嵌入式Web服務(wù)器和分布式現場(chǎng)的測控應用程序。測控應用程序通過(guò)驅動(dòng)CAN總線(xiàn)模塊，以輪詢(xún)方式實(shí)現嵌入式平臺與終端節點(diǎn)之間的通信。數據采集器使用無(wú)線(xiàn)通信與各終端設備連接，通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸方式負責對測控應用程序發(fā)出命令進(jìn)行響應，啟動(dòng)無(wú)線(xiàn)通信過(guò)程，完成分布式現場(chǎng)的數據采集和控制動(dòng)作執行。

　　系統采用了分級組網(wǎng)的方式，由有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)通信兩級網(wǎng)絡(luò )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(wù)器與數據采集器之間使用有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，采用CAN總線(xiàn)傳輸。另外，系統使用了數據采集器作為中間媒介，將無(wú)線(xiàn)終端和ARM主控機連接在一起，解決了無(wú)線(xiàn)系統因受通信距離、空闖布局、外部干擾等因素的限制，致使無(wú)線(xiàn)通信的節點(diǎn)無(wú)法直接與主控機通信的問(wèn)題。對附近的無(wú)線(xiàn)終端，數據采集器使用無(wú)線(xiàn)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(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )的不利影響。而且，更為重要的是，可根據實(shí)際需要使用你N個(gè)數據采集器分別掛在CAN總線(xiàn)上，采用N個(gè)頻段傳輸，減少了無(wú)線(xiàn)通信中的沖突，增加了通信的可靠性。

　　系統由客戶(hù)端瀏覽器、嵌入式服務(wù)器平臺、無(wú)線(xiàn)通信模塊3部分組成?？蛻?hù)端瀏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(wù)器是以S3C2410A芯片為核心組建的網(wǎng)絡(luò )服務(wù)平臺;無(wú)線(xiàn)通信模塊由數據采集器和終端節點(diǎn)2部分構成，是以CCll00無(wú)線(xiàn)通信芯片和8051F310單片機為核心構成的測控執行部件。其中嵌入式服務(wù)器平臺是系統的核心部件，基于Linux操作系統，負責對現場(chǎng)設備進(jìn)行測控數據的處理、存儲、轉發(fā)及與遠程客戶(hù)端瀏覽器的數據交互。

　　通過(guò)公共網(wǎng)關(guān)接口CGI(Common Gateway Interface)實(shí)現嵌入式Web服務(wù)器和分布式現場(chǎng)的測控應用程序接口。CGI使編寫(xiě)的程序處理wwW上客戶(hù)端送來(lái)的表單和數據，并對此做出響應，這樣可使編寫(xiě)的程序和Web服務(wù)器間的接口標準化。

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

　　2、系統硬件設計

　　對于一個(gè)嵌入式系統，硬件系統設計相當重要，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(lái)編程調試并保證系統性能優(yōu)良;另一方面硬件資源要在滿(mǎn)足系統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計，分為嵌入式服務(wù)器模塊、CAN通信接口模塊、無(wú)線(xiàn)測控模塊3部分。

　　2.1 嵌入式服務(wù)器模塊設計

　　該系統的嵌入式服務(wù)器平臺的設計如圖2所示。

　　圖2 嵌入式服務(wù)器設計方案

　　基于S3C2410A擴展了CAN接口模塊、sD卡等，CPU采用$3C2410A微處理器作為整個(gè)系統的控制核心。S3C2410A是基于A(yíng)RM920內核開(kāi)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，便于低成本設計嵌入式應用系統。S3C2410A主要功能就是通過(guò)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CAN通信協(xié)議與以太網(wǎng)通信協(xié)議的轉換，使遠端用戶(hù)借助瀏覽器經(jīng)由Intemet對現場(chǎng)設備實(shí)施遠程監控。

　　2.2 CAN通信接口模塊設計

　　由于多數嵌入式處理器都不帶CAN總線(xiàn)控制器，在嵌入式處理器的外部總線(xiàn)上擴展CAN總線(xiàn)接口芯片是通用的解決方案。設計采用了MCP2510芯片作為CAN總線(xiàn)的控制器，該芯片支持CAN2.0B標準。TJAl050作為CAN總線(xiàn)的收發(fā)器。

　　MCP2510可在3-5.5 V范圍內供電，因此能直接與3.3V I/0口的嵌入式處理器連接。系統結構簡(jiǎn)單，與處理器之間的SPI串行接口，減少了總線(xiàn)的物理連接，提高了系統的可靠性。

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

　　圖3 嵌入式節CAN節電設計方案