基于CAN總線的嵌入式水位監(jiān)測系統(tǒng)設計

1．2．1 器件選型
為提高系統(tǒng)的實時性和可靠性，監(jiān)測終端選用可移植嵌入式操作系統(tǒng)的ARM7 TDMI內核的32位RISC芯片LPC2368。LPC2368是一款功能強大的超低功耗ARM7TDMIS內核的32位微控制器，最高支持72MHz工作頻率，片內有Flash 512KB，ROM 56KB，集成10／100全雙工Ethemet MAC，2個兼容CAN2．0A／2．OB的CAN控制器，帶RMII接口，其性能穩(wěn)定、功能強大，廣泛應用于協(xié)議轉換、通信、工業(yè)控制領域。應用LPC2368開發(fā)監(jiān)測終端可以有效控制成本。工業(yè)網(wǎng)絡需要強穩(wěn)定性，但實驗證明超過60％的總線帶寬使用率就會造成沖突。1根AHB總線是完全不夠的，而LPC2368具有雙總線機制和DMA協(xié)處理機制。任何一根總線都可以通過總線橋與其余總線通信，消除了通信瓶頸。
1．2．2 CAN總線接口硬件設計
通過CAN總線通信接口可使各監(jiān)測終端和監(jiān)控計算機通信，實現(xiàn)監(jiān)測終端的數(shù)據(jù)共享。CAN總線接口硬件電路如圖3所示。

LPC2368內部集成有2個兼容CAN2．0／2．0B的CAN控制器，只需增加一個CAN總線收發(fā)器就能滿足設計要求。CTM8251T是一款帶隔離的通用CAN收發(fā)器，該器件內部集成了所需的CAN隔離及CAN收、發(fā)器，它可以將CAN控制器的邏輯電平轉換為CAN總線的差分電平，將CAN總線差分電平轉換成邏輯電平，具有DC 2 500 V的隔離功能和CAN總線過壓保護功能，而且在某一節(jié)點掉電時不會影響總線。
各個監(jiān)測終端間通過帶屏蔽雙絞線構成CAN總線網(wǎng)絡，總線兩端連接120 Ω的匹配電阻，用于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、增強系統(tǒng)的抗干擾能力。
1．2．3 嵌入式終端電源電路設計
基于ARM內核的微處理器的嵌入式系統(tǒng)性能在很大程度上取決于電源電路的穩(wěn)定性和可靠性，因此設計穩(wěn)定可靠的電源非常重要。LPC23 68有數(shù)字電源輸入和模擬電源輸入2種，分別是+3．3 V和-3．3 V，另外CAN收發(fā)器的供電電壓為+5 V。系統(tǒng)電源采用LM2576系列穩(wěn)壓器，把外部直流電源穩(wěn)壓成+5 V電源，為CAN收發(fā)器提供電源。采用SPXlll7把+5 V電源穩(wěn)壓成2路+3．3 V電源，以提供LPC2368的數(shù)字和模擬電源，數(shù)字電源和模擬電源之間通過磁珠隔離。

2 系統(tǒng)軟件設計
系統(tǒng)軟件設計部分包括2方面：1)監(jiān)測終端軟件設計，主要是對傳感器的數(shù)據(jù)采集和處理，完成與上位機之間的數(shù)據(jù)通信功能；2)上位機軟件設計，主要包括CAN節(jié)點初始化、報文發(fā)送和報文接收。
2．1 監(jiān)測終端軟件設計
監(jiān)測終端軟件主要由啟動代碼、斷處理、實時操作系統(tǒng)、設備驅動和應用程序組成。啟動代碼完成啟動、初始化硬件、引導系統(tǒng)正常運行等工作。實時操作系統(tǒng)μC／OS-Ⅱ是系統(tǒng)運行的指揮中心，完成任務調度和資源分配等工作。設備驅動是操作系統(tǒng)上層應用軟件和下層硬件的聯(lián)系，本設計主要包括CAN控制器驅動、A／D采集驅動等。上層應用程序基于以上各個模塊，完成用戶要實現(xiàn)的各種功能，通常按功能分成多個模塊。本設計中主要包括傳感器數(shù)據(jù)采集模塊、參數(shù)設置模塊、CAN通信模塊。由表1所列的任務完成以上模塊功能。

2．1．1 定時數(shù)據(jù)采集
定時數(shù)據(jù)采集模塊負責定時采集傳感器的信號。A／D轉換由定時器產(chǎn)生周期中斷標志觸發(fā)，當采樣完1個周期后，由中斷服務程序發(fā)給Task_AD發(fā)送信號量，Task_AD收到信號量后，將數(shù)據(jù)進行相應的處理。