基于CAN總線和CCll00芯片的嵌入式遠(yuǎn)程測控系統(tǒng)的設(shè)計
引言
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/151583.htm文中提出了一種基于無線測控的工業(yè)通信分布式網(wǎng)絡(luò)模型,它將嵌入式技術(shù)、無線通信技術(shù)和自動控制技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來,采用兩級組網(wǎng)方式,將有線與無線技術(shù)結(jié)合起來,并結(jié)合嵌入式硬件平臺和無線通信模塊,解決了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和控制設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸問題。該系統(tǒng)實(shí)時性強(qiáng)、可靠性高、結(jié)構(gòu)小巧、開發(fā)費(fèi)用低廉,在現(xiàn)代工業(yè)測控系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)揮了經(jīng)濟(jì)效益。
1、系統(tǒng)總體設(shè)計方案
分布式網(wǎng)絡(luò)模型實(shí)際方案如圖1所示。
圖1 分布式網(wǎng)絡(luò)模型實(shí)際方案
該方案中,服務(wù)器采用嵌入式硬件平臺,基于Linux操作系統(tǒng),建立嵌入式Web服務(wù)器和分布式現(xiàn)場的測控應(yīng)用程序。測控應(yīng)用程序通過驅(qū)動CAN總線模塊,以輪詢方式實(shí)現(xiàn)嵌入式平臺與終端節(jié)點(diǎn)之間的通信。數(shù)據(jù)采集器使用無線通信與各終端設(shè)備連接,通過無線傳輸方式負(fù)責(zé)對測控應(yīng)用程序發(fā)出命令進(jìn)行響應(yīng),啟動無線通信過程,完成分布式現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集和控制動作執(zhí)行。
系統(tǒng)采用了分級組網(wǎng)的方式,由有線和無線通信兩級網(wǎng)絡(luò)組成??紤]到工業(yè)干擾比較嚴(yán)重,以及通信范圍能有較大的冗余,嵌入式服務(wù)器與數(shù)據(jù)采集器之間使用有線網(wǎng)絡(luò),采用CAN總線傳輸。另外,系統(tǒng)使用了數(shù)據(jù)采集器作為中間媒介,將無線終端和ARM主控機(jī)連接在一起,解決了無線系統(tǒng)因受通信距離、空闖布局、外部干擾等因素的限制,致使無線通信的節(jié)點(diǎn)無法直接與主控機(jī)通信的問題。對附近的無線終端,數(shù)據(jù)采集器使用無線信道通信,對主控機(jī),使用CAN連接,這樣就較好地解決了應(yīng)用環(huán)境對無線通信網(wǎng)絡(luò)的不利影響。而且,更為重要的是,可根據(jù)實(shí)際需要使用你N個數(shù)據(jù)采集器分別掛在CAN總線上,采用N個頻段傳輸,減少了無線通信中的沖突,增加了通信的可靠性。
系統(tǒng)由客戶端瀏覽器、嵌入式服務(wù)器平臺、無線通信模塊3部分組成。客戶端瀏覽器是運(yùn)行在桌面計算機(jī)中的通用瀏覽器應(yīng)用程序;嵌入式服務(wù)器是以S3C2410A芯片為核心組建的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺;無線通信模塊由數(shù)據(jù)采集器和終端節(jié)點(diǎn)2部分構(gòu)成,是以CCll00無線通信芯片和8051F310單片機(jī)為核心構(gòu)成的測控執(zhí)行部件。其中嵌入式服務(wù)器平臺是系統(tǒng)的核心部件,基于Linux操作系統(tǒng),負(fù)責(zé)對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行測控數(shù)據(jù)的處理、存儲、轉(zhuǎn)發(fā)及與遠(yuǎn)程客戶端瀏覽器的數(shù)據(jù)交互。
通過公共網(wǎng)關(guān)接口CGI(Common Gateway Interface)實(shí)現(xiàn)嵌入式Web服務(wù)器和分布式現(xiàn)場的測控應(yīng)用程序接口。CGI使編寫的程序處理wwW上客戶端送來的表單和數(shù)據(jù),并對此做出響應(yīng),這樣可使編寫的程序和Web服務(wù)器間的接口標(biāo)準(zhǔn)化。
嵌入式服務(wù)器正常工作要引入文件系統(tǒng)。Linux操作系統(tǒng)可以提供文件系統(tǒng);同時利用Linux操作系統(tǒng)自身所帶的TCP/IP協(xié)議棧,只要在應(yīng)用層上利用操作系統(tǒng)提供的網(wǎng)絡(luò)API編寫服務(wù)器端程序即可,從而節(jié)省了開發(fā)時間。
2、系統(tǒng)硬件設(shè)計
對于一個嵌入式系統(tǒng),硬件系統(tǒng)設(shè)計相當(dāng)重要,一方面要考慮所選擇的器件是否適合應(yīng)用要求,硬件資源是否足夠用來編程調(diào)試并保證系統(tǒng)性能優(yōu)良;另一方面硬件資源要在滿足系統(tǒng)需求前提下盡可能降低成本??紤]以上因素,服務(wù)器的硬件采用模塊化設(shè)計,分為嵌入式服務(wù)器模塊、CAN通信接口模塊、無線測控模塊3部分。
2.1 嵌入式服務(wù)器模塊設(shè)計
該系統(tǒng)的嵌入式服務(wù)器平臺的設(shè)計如圖2所示。
圖2 嵌入式服務(wù)器設(shè)計方案
基于S3C2410A擴(kuò)展了CAN接口模塊、sD卡等,CPU采用$3C2410A微處理器作為整個系統(tǒng)的控制核心。S3C2410A是基于ARM920內(nèi)核開發(fā)的32位RISC微處理器,集成了豐富的外圍功能模塊,如以太網(wǎng)接121,便于低成本設(shè)計嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)。S3C2410A主要功能就是通過控制以太網(wǎng)接口芯片CS8900A及CAN通信接口芯片MCP2510的工作,實(shí)現(xiàn)CAN通信協(xié)議與以太網(wǎng)通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換,使遠(yuǎn)端用戶借助瀏覽器經(jīng)由Intemet對現(xiàn)場設(shè)備實(shí)施遠(yuǎn)程監(jiān)控。
2.2 CAN通信接口模塊設(shè)計
由于多數(shù)嵌入式處理器都不帶CAN總線控制器,在嵌入式處理器的外部總線上擴(kuò)展CAN總線接口芯片是通用的解決方案。設(shè)計采用了MCP2510芯片作為CAN總線的控制器,該芯片支持CAN2.0B標(biāo)準(zhǔn)。TJAl050作為CAN總線的收發(fā)器。
MCP2510可在3-5.5 V范圍內(nèi)供電,因此能直接與3.3V I/0口的嵌入式處理器連接。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,與處理器之間的SPI串行接口,減少了總線的物理連接,提高了系統(tǒng)的可靠性。
S3C2410A帶有SPI總線控制器,可直接與MCP2510連接。如圖3所示。
圖3 嵌入式節(jié)CAN節(jié)電設(shè)計方案
linux操作系統(tǒng)文章專題:linux操作系統(tǒng)詳解(linux不再難懂)
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