以太網(wǎng)與CAN總線(xiàn)的網(wǎng)橋設計

• 立項背景

當今社會(huì )對大學(xué)生的創(chuàng )新能力有很高的要求，實(shí)驗室為學(xué)生提供了很好地學(xué)習平臺，但是實(shí)驗室開(kāi)放時(shí)間有限制，不方便學(xué)生在課余及假期前去做實(shí)驗。另外實(shí)驗室管理制度不夠完善，往往存在儀器損壞、老化卻得不到及時(shí)維護等問(wèn)題。

該設計以PIC32自帶的以太網(wǎng)模塊作為和外界網(wǎng)絡(luò )聯(lián)系的橋梁，實(shí)現對實(shí)驗室（模型）的系統化管理。該系統可通過(guò)以太網(wǎng)遠程開(kāi)啟實(shí)驗室門(mén)禁，并對實(shí)驗室內各種設備儀器的工作狀態(tài)進(jìn)行監控。在實(shí)驗室內部采用物理結構簡(jiǎn)單、成本低廉的CAN總線(xiàn)實(shí)現實(shí)驗室的各個(gè)設備的連接與通信。

本系統以方便老師方便學(xué)生為宗旨，即使在節假日老師也可以為學(xué)生提供一個(gè)實(shí)驗平臺，且不用到實(shí)驗室就可以了解實(shí)驗室的各種狀況。為學(xué)校實(shí)驗教學(xué)提供了一種新管理模式，大大縮減了學(xué)校的管理經(jīng)費，同時(shí)解決了儀器損壞發(fā)現維修不及時(shí)的問(wèn)題。

該系統擁有著(zhù)廣闊的應用前景，應用在實(shí)驗室平臺只是一個(gè)方面。在智能家居，工廠(chǎng)流水工作車(chē)間等，均可應用該設計的思想理念。

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2.1 項目概括

本設計采用實(shí)驗室內PIC32以太網(wǎng)的模塊和外界通訊，實(shí)時(shí)監控整個(gè)實(shí)驗室的工作狀態(tài)。另外PIC32作為系統的控制核心，綜合調度實(shí)驗室的各種設備儀器，以達到安全、節能的效果。外圍模塊可分別完成實(shí)驗室門(mén)禁的開(kāi)啟與關(guān)閉，根據外界光強對實(shí)驗室的光線(xiàn)進(jìn)行調節，外對實(shí)驗室內的溫控系統加以控制涉等。該設計涉及到光（如室內光強度智能調控）、電（如設備電源管理）、溫度（如恒定溫度控制）等多種信號的處理，同時(shí)實(shí)現自動(dòng)化管理，實(shí)現智能實(shí)驗室的要求。

2.2 項目模塊介紹

本設計主要包括：以太網(wǎng)遠程通訊模塊，主要負責遠程PC機與MCU間的通訊；MCU控制模塊，主要負責信息匯總以及各模塊間的通訊、協(xié)調和控制；門(mén)禁系統模塊，完成在特定條件下對模擬實(shí)驗室平臺大門(mén)的開(kāi)啟和關(guān)閉，并將其狀態(tài)向MCU匯報；室內電源控制模塊，主要對室內電源的狀態(tài)進(jìn)行監測和控制，及時(shí)向MCU反饋各種設備的供電信息；光控模塊，主要負責對模擬實(shí)驗室室內光強的監測、調節和控制；智能加熱控制模塊既可以按預設模式獨立工作，也可以接收來(lái)自CAN總線(xiàn)MCU的命令，并按其要求工作。

2.3 設計目標

2.3.1 遠程控制

本設計主要實(shí)現遠程對實(shí)驗室的監測與控制，同時(shí)該設計也兼容本地控制管理操作。由于PIC32具有豐富的片內資源，可利用系統以太網(wǎng)host實(shí)現便捷的以太網(wǎng)通訊，遠程PC機可直接管理系統運行。以實(shí)驗室平臺模型為例，當用戶(hù)（老師）需要打開(kāi)實(shí)驗室時(shí)，可直接通過(guò)遠程PC機下達指令，以以太網(wǎng)為媒介進(jìn)行通訊，當MCU接收到用戶(hù)發(fā)出的指令后，按照具體要求通過(guò)CAN總線(xiàn)來(lái)傳輸控制信號，門(mén)禁系統識別相應的信息后即可開(kāi)啟實(shí)驗室大門(mén)。

2.3.2 本地實(shí)時(shí)監測

本設計可實(shí)現對整個(gè)實(shí)驗室環(huán)境的整體監測。當設備正常工作后，各個(gè)模塊通過(guò)CAN總線(xiàn)每隔一段時(shí)間向MCU發(fā)送狀態(tài)報告，MCU根據收到的反饋信息做出相應的決策，并向相應設備發(fā)出下一步的命令，如此反復即可實(shí)現對整個(gè)實(shí)驗平臺的智能化管理。

• 系統的結構圖

整個(gè)系統以PIC32為核心，采用以太網(wǎng)實(shí)現和外界的通信，系統內部采用CAN總線(xiàn)連接。

該系統結構框圖如下圖所示：

圖1 系統結構圖A

圖2 系統結構圖B

該系統軟件設計采用基于事件觸發(fā)的設計原則：

圖3 系統軟件流程圖A

圖4 系統軟件流程圖B