基于嵌入式MPU和CAN总线测控系统设计.pdfVIP

基于嵌入式MPU 和CAN 总线的测控系统设计 1 绪论 着网络技术的不断发展，Internet 把世界上分散的计算 机系统、通信系统实现了互连，形成了共用数据网络，成功 的实现了网络资源共享。而CAN 总线技术使得控制系统向 着分散化、网络化、智能化的方向发展，使控制技术与计算 机以及网络技术更为紧密的结合在一起。随着CAN 总线控 制网络的进一步发展，控制网络与因特信息网络的结合，方 便了对设备的远程监控、诊断和维护。 2 系统模型概述 本设计采用在CAN 总线控制网络和因特网之间加入一 个转换接口。这种方式 通过硬件来实现的，即在底层网络 与中间监控层之间加入中继器、网桥、路由器等专门的硬件 设备，使控制网络作为信息网络的扩展与之紧密集成。硬件 设备可以 一台专门的计算机，依靠其中运行的软件完成数 据包的识别、解释和转换；对于多个网段的应用，它还可以 在不同网段之间存储转发数据包，起到网桥的作用。 转换接口的集成方式功能较强，但实时性较差。信息网 络一般 采用TCP/IP 的因特网，而TCP/IP 没有考虑数据传 输的实时性，当CAN 设备有大量信息上传或远程监控操作 频繁时，转换接口都将成为实时通信的瓶颈。但 着因特 网技术进一步发展，这个瓶颈问题将逐步得到解决。 3 测控系统工作原理及组成 本系统采用C8051F060 单片机作为控制网络层的核心 控制器，采用三星公司的S3C2410 嵌入式微处理器设计信息 网络，将工业现场设备和远程服务器、工作站连为一体，构 建了体积轻 、功能强大、方便灵活的企业网络。 3.1 系统方案 本系统由信息网络层和控制网络层两部分组成。信息网 络层 基于S3C24 10 的ARM 系统，运行着TCP/IP 协议和 现场总线CAN 协议；控制网络层 基于C8051F060 的控制 网络测控系统，它直接与工业测控设备联系，负责测量、调 节现场参数，将测量结果通过CAN 送给ARM ，或 接收 ARM 下传的数据调控现场设备。论文对CAN 总线控制网络 和因特网进行了深入研究，提出在提高信息网络协议标准的 实时性和兼容性的基础上，从底层设备到远程监控系统都使 用统一的协议标准的设计方案，以确保信息准确、快速、完 整传输。本方案的优点 价格低廉、功能强大、方便灵活。 整个系统的示意图如1 所示。 3.2 信息网络部分 信息网络要对控制系统的底层控制参数进行决策，因此 信息网络在控制系统中扮演着重要的角色。一方面它要和远 程PC 通信，另一方面它还要和控制网络层的单片机通信， 起着连接PC 和工业现场智能设备的桥梁作用。 信息网络层采用的S3C2410 ， 韩国三星电子公司最近 推出的一款基于ARM920T 内核的16/32 位RISC 嵌入式微处 理器。该处理器主要面向手持式设备以及高性价比、低功耗 的应用。S3C2410 内部结构较复杂，提供可扩展的功能模块 也较多，如图2 所示。 3.3 控制网络部分 网络测控系统扩展CAN 总线模块，要担负至少两个方 面的任务：一 支持现场操作，包括数据采集、人-机对话等； 与上级节点进行数据交互，作为网络测控系统的底层设 备，系统结构框图如图3 所示。 基于CAN 总线的分布式测控卡主要由单片机 C8051F060、输入/输出电路、电源电路、人-机接口和通信接 口（包括RS-232 和CAN 总线接口）几部分组成。测控卡的 工作原理如下：C8051F060 单片机是完全集成的混合信号片 上系统型MCU， 数据采集与实施控制的理想微型控制器。 它集成了两个16 位、1Msps 的模拟/数字转换器，且带有DMA 控制器；集成有两个12 位数字/模拟转换器，具有可编程数 据更新方式；集成有控制器局域网 （CAN2.0B ）控制器，具 有32 个消息对象，每个消息对象有自己的标识掩码。工业 现场设备的状态参数通过I/V 转换成电压信号，C8051F060 单片机采集此信号后，通过CAN 总线发送给上级网络节点， 同时上级网络节点下传的命令和参数经DAC 和V/I 转换电路 转换成0~20mA 的电流信号，控制现场设备。人-机界面提供 系统状态与操作人员的友好交流平台，且备用了一路RS-232 异步串行通信总线。 注：来自网络