基于總線(xiàn)的分布式水下航行器控制器設計

4 數據存儲模塊
數據存儲模塊使用Nand Flash與微控制器接口來(lái)實(shí)現。Nand Flash內存是flash內存的一種，在嵌入式系統中的地位和PC機上的硬盤(pán)是類(lèi)似的。具有容量大、改寫(xiě)速度快、系統掉電后數據不會(huì )丟失等優(yōu)點(diǎn)，適用于大量數據的存儲。Nand Flash的接口本質(zhì)上是一個(gè)I／O接口，數據總線(xiàn)寬度8bit，沒(méi)有地址總線(xiàn)。CLE和ALE這兩條信號線(xiàn)用于區分總線(xiàn)上的數據類(lèi)別。當系統對Nand Flash設備數據訪(fǎng)問(wèn)的時(shí)候，需要先向Nand Flash設備發(fā)出相關(guān)的命令和參數，然后再讀出需要的數據。在連接中，注意用NXP2478的地址線(xiàn)A19與A20連接ALE和CLE引腳，這種連接方式必須在配置總線(xiàn)速度的時(shí)候使NXP2478總線(xiàn)速度和Nand Flash時(shí)序相匹配。電路中R／-(-相)引腳和寫(xiě)保護引腳直接接上拉電阻。此外還有一種方案是把R／-(-還)引腳與GPIO口相連，主要目的是當讀寫(xiě)Nand Flash操作完成時(shí)，這可以通過(guò)中斷來(lái)判斷一次的讀或者寫(xiě)完成的時(shí)刻。Nand Flash接口電路如圖4所示。

5 通訊模塊
5．1 CAN通信模塊
CAN總線(xiàn)是目前廣泛應用于汽車(chē)和飛機工業(yè)上的一種現場(chǎng)總線(xiàn)。具有以下特點(diǎn)：1)多主控制，在總線(xiàn)空閑時(shí)，所有單元都可以開(kāi)始發(fā)送消息，通過(guò)沖突檢測，最先訪(fǎng)問(wèn)總線(xiàn)的單元獲得發(fā)送權。如果多個(gè)主機同時(shí)發(fā)送，則優(yōu)先級較高的主機獲得發(fā)送權，這就是CAN的仲裁機制。2)可發(fā)送遠程幀，主動(dòng)請求遠程主機的數據。3)CAN協(xié)議具有完善的差錯功能，幀格式中含有糾錯編碼，進(jìn)一步增強容錯性。4)錯誤發(fā)現功能，所有總線(xiàn)上的單元都可以檢測錯誤，并且檢測出錯誤的單元會(huì )立刻通知其他單元(錯誤通知功能)。正在發(fā)送消息的單元一旦檢測出錯誤，會(huì )強制結束并重新發(fā)送。直到發(fā)送成功為止。5)故障關(guān)閉功能，CAN總線(xiàn)可以判斷出錯誤的類(lèi)型是總線(xiàn)上暫時(shí)的數據錯誤還是持續的數據錯誤(如某個(gè)節點(diǎn)硬件故障)。當總線(xiàn)上發(fā)生持續的數據錯誤時(shí)，可將引起故障的單元從總線(xiàn)上隔離出去。這些特點(diǎn)使得CAN特別適用于分布式現場(chǎng)控制。一個(gè)控制器要接入CAN總線(xiàn)，需要CAN控制器和CAN收發(fā)器。典型的CAN控制器有Philips公司的SJA1000，它支持CAN2．0協(xié)議，包括標準的和擴展的數據和遠程幀；位速率可編程控制，有可編程時(shí)鐘輸出；有擴展的64字節FIFO接收緩沖器；除了BasicCAN操作模式以外，還增加了一種新的操作模式——PeliCAN。在電氣特性方面，SJA1000的引腳特性與PCA200兼容，通信速率可達1 Mbps。CAN接口電路如圖5所示。AD0—AD7與微控制器的數據端口連接，片選信號與GPIO口連接，晶振使用的是12M無(wú)源晶振，另外還要設置附加的濾波電容。SJA1000的輸出還要接入CAN收發(fā)器PCA82C250，最后才接入CAN總線(xiàn)中。

5．2 無(wú)線(xiàn)通信接口
無(wú)線(xiàn)接口用于水下航行器的遠程控制，當航行器浮上水面時(shí)可以使用。采用基于2．4 GHz射頻收發(fā)芯片nRF2401的無(wú)線(xiàn)通訊子系統，工作時(shí)功耗低，所需外圍元器件很少?？膳渲帽扌吞炀€(xiàn)或者環(huán)形天線(xiàn)，通訊距離約為100 m左右?？闪己玫臐M(mǎn)足工作需要。無(wú)線(xiàn)通信芯片接口如圖6所示。

6 結束語(yǔ)
文中討論了一種以NXP2478為控制核心，擴展了多個(gè)I／O接口，基于CAN總線(xiàn)的分布式控制系統節點(diǎn)。搭載多種導航設備與傳感器，有很強的數據處理和通信能力，系統功耗小、靈活性高、擴展方便。用于水下航行器的控制系統中，可作為主控節點(diǎn)或現場(chǎng)控制節點(diǎn)。