基于A(yíng)RM和CAN總線(xiàn)的嵌入式PLC設計

本系統軟件部分由下位機控制程序和上位機監控程序兩部分組成。前者主要負責讀取開(kāi)關(guān)量和模擬量的輸入數據，控制開(kāi)關(guān)量輸出，并且負責通過(guò)CAN總線(xiàn)將數據上傳給上位機，以及接收來(lái)自上位機的命令；后者則通過(guò)人機交互界面來(lái)監控嵌入式PLC的狀態(tài)。系統需要先完成μC/OS-II操作系統的移植，然后利用μC/OS-II操作系統提供的API函數以及ARM微控制器集成開(kāi)發(fā)工具Keil開(kāi)發(fā)嵌入式PLC系統的控制程序。

3.1 下位機軟件設計

系統下位機軟件采用模塊化的設計方法，把整個(gè)系統分解為幾個(gè)功能相對獨立的比較小的程序模塊，分別對實(shí)現各個(gè)功能的程序模塊進(jìn)行設計、編程和調試。根據不同模塊在系統中的作用，嵌入式操作系統應實(shí)現多個(gè)不同優(yōu)先級的控制任務(wù)。這些任務(wù)按照優(yōu)先級從高到低分別為：接收計算機控制中心命令；采集和處理數據；發(fā)送數據到本地控制中心。系統啟動(dòng)流程圖如圖5所示。

CAN總線(xiàn)通信程序主要由三部分組成：初始化、發(fā)送數據、接收數據。CAN控制器的初始化流程是：首先將ARM中CAN控制器相關(guān)的引腳使能，然后對CAN控制器進(jìn)行復位操作，設置CAN總線(xiàn)的通信波特率，最后初始化CAN控制器的工作模式。初始化之后便可以進(jìn)行數據的發(fā)送與接收。CAN數據發(fā)送是將采集到的數據打包成符合CAN發(fā)送幀格式后，調用CAN發(fā)送數據函數進(jìn)行發(fā)送。數據接收程序是從接收緩沖器讀出數據，同時(shí)釋放接收緩沖器并對數據做出相應處理，本系統中CAN總線(xiàn)數據接收程序采用中斷法進(jìn)行控制。數據發(fā)送和接收流程圖如圖6、圖7所示。

3.2 上位機軟件設計

上位機主要實(shí)現CAN總線(xiàn)通信、顯示輸入輸出端口的狀態(tài)等功能，可以接收下位機傳輸過(guò)來(lái)的數據，也可以發(fā)送命令控制下位機的輸出。采用VC++6.0開(kāi)發(fā)環(huán)境的MFC編程實(shí)現上位機界面編程及與嵌入式PLC之間的通信。實(shí)現界面如圖8所示。

本文給出了基于ARM和CAN總線(xiàn)的嵌入式PLC系統的軟硬件設計方法，實(shí)現了對12路開(kāi)入量信號采集；13路開(kāi)出量輸出信號的控制；8路模擬量的采集。具有LED指示開(kāi)關(guān)量狀態(tài)、遠程監控的功能。采用高性能嵌入式微處理器和嵌入式實(shí)時(shí)操作系統為核心，并使用穩定的工業(yè)現場(chǎng)總線(xiàn)，保證了系統的可靠性和實(shí)時(shí)性，達到了預期的設計要求。