采用CAN总线和CCll00芯片的嵌入式远程测控系统方案设计

引言

　　文中提出了一种基于无线测控的工业通信分布式网络模型，它将嵌入式技术、无线通信技术和自动控制技术有机地结合起来，采用两级组网方式，将有线与无线技术结合起来，并结合嵌入式硬件平台和无线通信模块，解决了数据采集系统和控制设备的数据传输问题。该系统实时性强、可靠性高、结构小巧、开发费用低廉，在现代工业测控系统已经发挥了经济效益。

　　1、系统总体设计方案

　　分布式网络模型实际方案如图1所示。

　　图1 分布式网络模型实际方案

　　该方案中，服务器采用嵌入式硬件平台，基于Linux操作系统，建立嵌入式Web服务器和分布式现场的测控应用程序。测控应用程序通过驱动CAN总线模块，以轮询方式实现嵌入式平台与终端节点之间的通信。数据采集器使用无线通信与各终端设备连接，通过无线传输方式负责对测控应用程序发出命令进行响应，启动无线通信过程，完成分布式现场的数据采集和控制动作执行。

　　系统采用了分级组网的方式，由有线和无线通信两级网络组成。考虑到工业干扰比较严重，以及通信范围能有较大的冗余，嵌入式服务器与数据采集器之间使用有线网络，采用CAN总线传输。另外，系统使用了数据采集器作为中间媒介，将无线终端和ARM主控机连接在一起，解决了无线系统因受通信距离、空闯布局、外部干扰等因素的限制，致使无线通信的节点无法直接与主控机通信的问题。对附近的无线终端，数据采集器使用无线信道通信，对主控机，使用CAN连接，这样就较好地解决了应用环境对无线通信网络的不利影响。而且，更为重要的是，可根据实际需要使用你N个数据采集器分别挂在CAN总线上，采用N个频段传输，减少了无线通信中的冲突，增加了通信的可靠性。

　　系统由客户端浏览器、嵌入式服务器平台、无线通信模块3部分组成。客户端浏览器是运行在桌面计算机中的通用浏览器应用程序;嵌入式服务器是以S3C2410A芯片为核心组建的网络服务平台;无线通信模块由数据采集器和终端节点2部分构成，是以CCll00无线通信芯片和8051F310单片机为核心构成的测控执行部件。其中嵌入式服务器平台是系统的核心部件，基于Linux操作系统，负责对现场设备进行测控数据的处理、存储、转发及与远程客户端浏览器的数据交互。

　　通过公共网关接口CGI(Common Gateway Interface)实现嵌入式Web服务器和分布式现场的测控应用程序接口。CGI使编写的程序处理wwW上客户端送来的表单和数据，并对此做出响应，这样可使编写的程序和Web服务器间的接口标准化。

　　嵌入式服务器正常工作要引入文件系统。Linux操作系统可以提供文件系统;同时利用Linux操作系统自身所带的TCP/IP协议栈，只要在应用层上利用操作系统提供的网络API编写服务器端程序即可，从而节省了开发时间。

　　2、系统硬件设计

　　对于一个嵌入式系统，硬件系统设计相当重要，一方面要考虑所选择的器件是否适合应用要求，硬件资源是否足够用来编程调试并保证系统性能优良;另一方面硬件资源要在满足系统需求前提下尽可能降低成本。考虑以上因素，服务器的硬件采用模块化设计，分为嵌入式服务器模块、CAN通信接口模块、无线测控模块3部分。

　　2.1 嵌入式服务器模块设计

　　该系统的嵌入式服务器平台的设计如图2所示。

　　图2 嵌入式服务器设计方案

　　基于S3C2410A扩展了CAN接口模块、sD卡等，CPU采用$3C2410A微处理器作为整个系统的控制核心。S3C2410A是基于ARM920内核开发的32位RISC微处理器，集成了丰富的外围功能模块，如以太网接121，便于低成本设计嵌入式应用系统。S3C2410A主要功能就是通过控制以太网接口芯片CS8900A及CAN通信接口芯片MCP2510的工作，实现CAN通信协议与以太网通信协议的转换，使远端用户借助浏览器经由Intemet对现场设备实施远程监控。

　　2.2 CAN通信接口模块设计

　　由于多数嵌入式处理器都不带CAN总线控制器，在嵌入式处理器的外部总线上扩展CAN总线接口芯片是通用的解决方案。设计采用了MCP2510芯片作为CAN总线的控制器，该芯片支持CAN2.0B标准。TJAl050作为CAN总线的收发器。

　　MCP2510可在3-5.5 V范围内供电，因此能直接与3.3V I/0口的嵌入式处理器连接。系统结构简单，与处理器之间的SPI串行接口，减少了总线的物理连接，提高了系统的可靠性。

　　S3C2410A带有SPI总线控制器，可直接与MCP2510连接。如图3所示。

　　图3 嵌入式节CAN节电设计方案