以太網(wǎng)與CAN總線的網(wǎng)橋設(shè)計(jì)

• 立項(xiàng)背景

當(dāng)今社會(huì)對(duì)大學(xué)生的創(chuàng)新能力有很高的要求，實(shí)驗(yàn)室為學(xué)生提供了很好地學(xué)習(xí)平臺(tái)，但是實(shí)驗(yàn)室開放時(shí)間有限制，不方便學(xué)生在課余及假期前去做實(shí)驗(yàn)。另外實(shí)驗(yàn)室管理制度不夠完善，往往存在儀器損壞、老化卻得不到及時(shí)維護(hù)等問題。

該設(shè)計(jì)以PIC32自帶的以太網(wǎng)模塊作為和外界網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系的橋梁，實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)室（模型）的系統(tǒng)化管理。該系統(tǒng)可通過以太網(wǎng)遠(yuǎn)程開啟實(shí)驗(yàn)室門禁，并對(duì)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)各種設(shè)備儀器的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部采用物理結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉的CAN總線實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室的各個(gè)設(shè)備的連接與通信。

本系統(tǒng)以方便老師方便學(xué)生為宗旨，即使在節(jié)假日老師也可以為學(xué)生提供一個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，且不用到實(shí)驗(yàn)室就可以了解實(shí)驗(yàn)室的各種狀況。為學(xué)校實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供了一種新管理模式，大大縮減了學(xué)校的管理經(jīng)費(fèi)，同時(shí)解決了儀器損壞發(fā)現(xiàn)維修不及時(shí)的問題。

該系統(tǒng)擁有著廣闊的應(yīng)用前景，應(yīng)用在實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)只是一個(gè)方面。在智能家居，工廠流水工作車間等，均可應(yīng)用該設(shè)計(jì)的思想理念。

• 項(xiàng)目?jī)?nèi)容

2.1 項(xiàng)目概括

本設(shè)計(jì)采用實(shí)驗(yàn)室內(nèi)PIC32以太網(wǎng)的模塊和外界通訊，實(shí)時(shí)監(jiān)控整個(gè)實(shí)驗(yàn)室的工作狀態(tài)。另外PIC32作為系統(tǒng)的控制核心，綜合調(diào)度實(shí)驗(yàn)室的各種設(shè)備儀器，以達(dá)到安全、節(jié)能的效果。外圍模塊可分別完成實(shí)驗(yàn)室門禁的開啟與關(guān)閉，根據(jù)外界光強(qiáng)對(duì)實(shí)驗(yàn)室的光線進(jìn)行調(diào)節(jié)，外對(duì)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的溫控系統(tǒng)加以控制涉等。該設(shè)計(jì)涉及到光（如室內(nèi)光強(qiáng)度智能調(diào)控）、電（如設(shè)備電源管理）、溫度（如恒定溫度控制）等多種信號(hào)的處理，同時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理，實(shí)現(xiàn)智能實(shí)驗(yàn)室的要求。

2.2 項(xiàng)目模塊介紹

本設(shè)計(jì)主要包括：以太網(wǎng)遠(yuǎn)程通訊模塊，主要負(fù)責(zé)遠(yuǎn)程PC機(jī)與MCU間的通訊；MCU控制模塊，主要負(fù)責(zé)信息匯總以及各模塊間的通訊、協(xié)調(diào)和控制；門禁系統(tǒng)模塊，完成在特定條件下對(duì)模擬實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)大門的開啟和關(guān)閉，并將其狀態(tài)向MCU匯報(bào)；室內(nèi)電源控制模塊，主要對(duì)室內(nèi)電源的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，及時(shí)向MCU反饋各種設(shè)備的供電信息；光控模塊，主要負(fù)責(zé)對(duì)模擬實(shí)驗(yàn)室室內(nèi)光強(qiáng)的監(jiān)測(cè)、調(diào)節(jié)和控制；智能加熱控制模塊既可以按預(yù)設(shè)模式獨(dú)立工作，也可以接收來自CAN總線MCU的命令，并按其要求工作。

2.3 設(shè)計(jì)目標(biāo)

2.3.1 遠(yuǎn)程控制

本設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程對(duì)實(shí)驗(yàn)室的監(jiān)測(cè)與控制，同時(shí)該設(shè)計(jì)也兼容本地控制管理操作。由于PIC32具有豐富的片內(nèi)資源，可利用系統(tǒng)以太網(wǎng)host實(shí)現(xiàn)便捷的以太網(wǎng)通訊，遠(yuǎn)程PC機(jī)可直接管理系統(tǒng)運(yùn)行。以實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)模型為例，當(dāng)用戶（老師）需要打開實(shí)驗(yàn)室時(shí)，可直接通過遠(yuǎn)程PC機(jī)下達(dá)指令，以以太網(wǎng)為媒介進(jìn)行通訊，當(dāng)MCU接收到用戶發(fā)出的指令后，按照具體要求通過CAN總線來傳輸控制信號(hào)，門禁系統(tǒng)識(shí)別相應(yīng)的信息后即可開啟實(shí)驗(yàn)室大門。

2.3.2 本地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

本設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境的整體監(jiān)測(cè)。當(dāng)設(shè)備正常工作后，各個(gè)模塊通過CAN總線每隔一段時(shí)間向MCU發(fā)送狀態(tài)報(bào)告，MCU根據(jù)收到的反饋信息做出相應(yīng)的決策，并向相應(yīng)設(shè)備發(fā)出下一步的命令，如此反復(fù)即可實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的智能化管理。

• 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖

整個(gè)系統(tǒng)以PIC32為核心，采用以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)和外界的通信，系統(tǒng)內(nèi)部采用CAN總線連接。

該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示：

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖A

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖B

該系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用基于事件觸發(fā)的設(shè)計(jì)原則：

圖3 系統(tǒng)軟件流程圖A

圖4 系統(tǒng)軟件流程圖B