基于CAN網(wǎng)控器的校園消費信息管理系統網(wǎng)絡(luò )設計

　　1 引言

　　目前有一定規模的學(xué)校均建有基于網(wǎng)絡(luò )的校園消費信息管理系統，建立一個(gè)穩定可靠、擴充和維護方便的該類(lèi)系統，關(guān)鍵是建立一個(gè)適用于校園消費環(huán)境的信息傳輸網(wǎng)絡(luò )。目前校園消費信息管理系統底層網(wǎng)絡(luò )多采用RS-485 總線(xiàn)的組網(wǎng)方式。采用RS-485 總線(xiàn)組網(wǎng)具有結構簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)，但RS-485 總線(xiàn)無(wú)故障定位和錯誤處理功能，組網(wǎng)的靈活性不強。隨著(zhù)互聯(lián)網(wǎng)的日益普及，也有一些學(xué)校的校園消費信息管理系統采用以太網(wǎng)的組網(wǎng)方式，將每個(gè)消費節點(diǎn)就近聯(lián)接于校園網(wǎng)上。這種組網(wǎng)方式的特點(diǎn)是能夠充分利用現有的網(wǎng)絡(luò )資源，能方便的進(jìn)行遠程訪(fǎng)問(wèn)，但在目前情況下，這種方式的不足是組網(wǎng)費用較高，實(shí)時(shí)響應能力不強，網(wǎng)絡(luò )完全依賴(lài)于校園網(wǎng)，而校園網(wǎng)并不能保證安全可靠。當然，互聯(lián)網(wǎng)具有巨大的優(yōu)勢和應用前景，但就傳輸信息量較小，實(shí)時(shí)性要求較高的校園消費信息管理系統底層網(wǎng)絡(luò )而言，以太網(wǎng)并非最佳選擇。

　　本文提出了一種基于CAN網(wǎng)控器的性能價(jià)格比較高的校園消費信息管理系統底層網(wǎng)絡(luò )設計方案。CAN總線(xiàn)具有傳輸速率高，抗干擾能力強，硬件連接方便等突出特點(diǎn)，在智能汽車(chē)，分布式信息的采集與控制等方面得到了廣泛的應用。將CAN總線(xiàn)應用于校園消費信息管理系統底層網(wǎng)絡(luò )設計中，其組網(wǎng)成本與采用RS-485總線(xiàn)相當，而使用、維護和擴充則都更為方便。與以太網(wǎng)相比則具有價(jià)格低、實(shí)時(shí)性好、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。欲了解更多信息請登錄電子發(fā)燒友網(wǎng)(http://www.elecfans.com)

　　2 CAN 網(wǎng)控器

　　由于現在許多學(xué)校校園面積較大，各消費點(diǎn)又非常分散，需要有一種網(wǎng)絡(luò )設備能將各消費點(diǎn)與服務(wù)器連接起來(lái)，實(shí)現消費信息的高效實(shí)時(shí)傳輸。這樣的網(wǎng)絡(luò )設備一般采用的是中繼器，本文提出了采用CAN 網(wǎng)控器的方案。系統中所設計的CAN 網(wǎng)控器不僅具有中繼的功能，更重要的是它充分利用了CAN 總線(xiàn)控制器可靈活配置的特點(diǎn)，在兩個(gè)CAN 子網(wǎng)之間實(shí)現報文的過(guò)濾，使各個(gè)子網(wǎng)都能高效運轉，而這些對于各CAN 節點(diǎn)和服務(wù)器而言都是透明的。因而，CAN 網(wǎng)控器是校園消費信息管理系統組網(wǎng)的關(guān)鍵設備，它可以提高網(wǎng)絡(luò )設計的靈活性，極大的擴展其使用范圍。CAN 網(wǎng)控器由微處理器和兩路CAN 控制器接口組成，網(wǎng)控器中有E2PROM，用于保存網(wǎng)控器的配置參數等信息。由于通信對實(shí)時(shí)性的要求以及CAN 網(wǎng)控器所用微處理器的內部緩存容量有限，微處理器采用了FIFO 機制來(lái)管理內部RAM，提高內存使用效率。

　　3 校園消費信息管理系統網(wǎng)絡(luò )設計

　　3.1 校園消費信息管理系統網(wǎng)絡(luò )結構

　　校園消費信息管理系統網(wǎng)絡(luò )主體由三部分構成：消費信息管理中心服務(wù)器，CAN 網(wǎng)控器，網(wǎng)絡(luò )終端(包括窗口機、充值機、掛失機等)，其中CAN 網(wǎng)控器是組網(wǎng)的核心設備。基于CAN網(wǎng)控器的校園消費信息管理系統已在某大學(xué)成功得到應用，其網(wǎng)絡(luò )結構如圖1 所示。從圖中可以看出，網(wǎng)控器將窗口機等終端與服務(wù)器連結起來(lái)。在該網(wǎng)絡(luò )結構中，網(wǎng)控器共分兩級。一級網(wǎng)控器一端與服務(wù)器相連，另一端則與各個(gè)消費現場(chǎng)的窗口機等終端構成的子網(wǎng)相連。一級網(wǎng)控器全部位于消費信息管理中心，采用這種方式一方面是為管理和維護提供了方便，另一方面則是由于一級網(wǎng)控器離服務(wù)器的距離都很近，可以采用高達320Kbps 的通信速率。圖中網(wǎng)控器5 為二級網(wǎng)控器。采用兩級網(wǎng)控器設計，使系統的通信距離可達5km 以上，網(wǎng)絡(luò )終端數目幾乎不受限制。

　　為了提高網(wǎng)絡(luò )的可靠性，系統中每個(gè)CAN 節點(diǎn)與總線(xiàn)之間均采用光電耦合器耦合，這樣可以有效的進(jìn)行故障隔離，保護網(wǎng)絡(luò )設備的安全。為了提高網(wǎng)絡(luò )的易維護性，可以充分利用CAN 總線(xiàn)在差錯控制與故障處理方面的能力，采用服務(wù)器定期查詢(xún)各網(wǎng)絡(luò )設備當前狀態(tài)的辦法，使服務(wù)器及時(shí)掌握整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的當前運行情況，便于更好的管理和維護，網(wǎng)絡(luò )出故障時(shí)也可以用它來(lái)進(jìn)行故障定位，及時(shí)排除故障。

　　圖 1 校園消費信息管理系統網(wǎng)絡(luò )結構

　　3.2 校園消費信息管理系統網(wǎng)絡(luò )配置

　　校園消費信息管理系統網(wǎng)絡(luò )的許多功能都是借助各CAN 通信節點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò )通信參數的配置得以實(shí)現的，這種配置有點(diǎn)類(lèi)似以太網(wǎng)IP 地址的分配。系統中各網(wǎng)絡(luò )設備的參數配置包括標識符(ID)的分配，驗收屏蔽寄存器(AMR)、驗收碼寄存器(ACR)和波特率(BTR)等參數的設置。網(wǎng)絡(luò )設備可通過(guò)服務(wù)器進(jìn)行參數的自動(dòng)配置，所有配置的參數均保存在服務(wù)器的數據庫中。

　　如圖2 所示，在系統網(wǎng)絡(luò )設備的參數配置中，重點(diǎn)考慮的一個(gè)方面是標識符的分配。在本系統中只采用了CAN 總線(xiàn)29 位標識符中的21 位，其中高8 位用作通信時(shí)的命令字節。由于一個(gè)網(wǎng)絡(luò )中標識符的唯一性，21 位標識符的分配必須由服務(wù)器根據網(wǎng)絡(luò )設備所處子網(wǎng)的不同統一分配，另外驗收屏蔽寄存器(AMR)、驗收碼寄存器(ACR)和波特率(BTR)等參數也與所處子網(wǎng)有關(guān)。

　　表1 21 位標識符的分配

　　21 位標識符共分4 段，按表1 的分段方式進(jìn)行分配，各網(wǎng)絡(luò )設備的具體ID 分配如圖2所示。服務(wù)器位于干線(xiàn)上，一級網(wǎng)控器的一端接在干線(xiàn)上，另一端與子網(wǎng)相連，網(wǎng)控器1和網(wǎng)控器2 均為一級網(wǎng)控器。網(wǎng)控器3 為二級網(wǎng)控器，二級網(wǎng)控器接在由一級網(wǎng)控器構成的子網(wǎng)中，同時(shí)該子網(wǎng)中也接有窗口機或掛失機等終端。系統采用兩級網(wǎng)絡(luò )結構。

　　AMR 與ACR 的配置是與該設備的ID 相配合的，其具體配置方式如圖2 所示。在本系統中，服務(wù)器、網(wǎng)控器和終端均采用擴展幀的單濾波方式。采用圖2 的配置方式，窗口機發(fā)送的信息只會(huì )由網(wǎng)控器轉發(fā)給服務(wù)器，而不會(huì )轉發(fā)到其它子網(wǎng)中，而服務(wù)器發(fā)給窗口機的信息也只會(huì )由網(wǎng)控器轉發(fā)給窗口機所在子網(wǎng)中，即具有報文過(guò)濾功能。波特率(BTR)的配置在圖2 中沒(méi)有提到，它也是需要配置的一個(gè)參數，設備與所連網(wǎng)絡(luò )的波特率參數保持一致。

　　在服務(wù)器中有相應的數據庫和操作界面來(lái)實(shí)現上述參數的配置功能，配置時(shí)通過(guò)界面選擇設備類(lèi)型和所屬服務(wù)區，由服務(wù)器根據相關(guān)規則和數據庫中存儲的信息生成配置信息，實(shí)現設備網(wǎng)絡(luò )參數的自動(dòng)配置。

　　圖 2 網(wǎng)絡(luò )參數配置圖