基于ARM的CAN总线电缆沟道监测系统的设计

2 系统总体设计方案
设计的是一种分层(级)式分布多CPU结构形式的电力电缆沟道监测系统。该监测系统按照结构功能可分为3个层次，分别为：下位机信号采集层；上位机数据处理层：网络通讯服务层。系统结构框图如图1所示。

(1)下位机信号采集层控该层制器件是LPC2292，其内嵌有ARM7微处理器。并在此器件上移植μC／OS-II操作系统。该层主要职责：当有小偷进入沟道，下位机产生预警信号给上位机，即防盗功能；以及具备防潮，防爆，防毒等功能，所以该层还具有采集监测信息的传感设备，包括：温度传感器，防盗传感器，水位传感器等。
(2)上位机数据处理层 上位机是CAN总线与IP网之间的连接设备，该层的控制器件也是LPC2292。不过在这层不接传感器，而是网络连接模块、液晶接口、键盘、以及CAN通信模块。除了与下位机之间进行CAN通信有关功能外，还将从下位机得到的电力沟道信息显示在LCD上，可通过键盘设置系统参数。还需将CAN总线上所有监测点传来的检测信号按照时间先后顺序组织成IP包，在IP链路畅通时发送给中心的通讯服务器。
(3)网络服务器层 主要由网络通信服务器和数据服务器组成。将电缆沟道信息、传感器信息、位置信息和报警信号等进行整理、存储、并按照业务逻辑和要求的格式与地理信息系统(GIS)的数据复合，然后以WEB的方式发布给授权管理系统的人员和供电局各级领导，完成系统的管理和维护等，包括数据库服务器，GIS系统，应用服务器，管理机等。

3 系统硬件设计
下位机系统设备硬件组成如图2所示：控制器件LPC2292，CAN通信模块，JTAG，Flash，SRAM存储器，电源模块，电流转电压模块，传感器及接口电路，上位机系统设备硬件组成与下位机类似。

3．1 LPC2292简介
控制系统核心控制器件采用LPC2292微处理器，该处理器内部集成了2个CAN控制器，其主要特性：支持实时仿真和跟踪的16／32位ARM7TDMI-STM CPU；对代码规模有严格控制的应用可使用16位Thumb模式，将代码规模降低超过30％，性能的损失却很小；LPC2290具有144引脚封装，极低的功耗、多个32位定时器、8路1O位A／D转换器、2路CAN、PWM通道以及多达9个外部中断。LPC2292不但具有了主控制器的作用，同时还作为CAN的节点控制器，与网络中的其他节点实现数据传输与交换。
3．2 CAN接口电路
CAN接口电路是整个电路进行CAN通信的关键，其硬件电路如图3所示，由ARM微控制器LPC2292、CAN总线收发器TJA1050T、高速光耦6N137和电源隔离模块B0505S等组成。其中引脚P0.23 RD2和引脚P0.24 TD2是LPC2292的CAN控制模块的收发引脚。
LPC229内部集成的两路CAN控制器，符合CAN规范CAN2.0B,ISO11898-1标准。总线数据波特率均可达1 Mb／s，可访问32位的寄存器和RAM。
收发器TJA1051T是CAN协议控制器和物理总线之间的接口，与ISO11898标准完全兼容，CANH和CANL理想配合，可使电磁辐射减到更低。LPC2292的CANH和CANL分别通过高速光耦6N137与TJA1050T的RXD和TXD相连。光耦电路所采用的两个电源必须完全隔离，电源的完全隔离采用小功率电源隔离模块B0505S，电路虽较复杂，但提高了节点的稳定性和安全性。

4 模拟传感器接口电路设计
甲烷，一氧化碳传感器，水位传感器，温度传感器均属于模拟传感器，模拟类传感器原理相似，这里只介绍温度传感器。常用模拟传感器有两线制和三线制，区别是：三线制，两根接电源线，其中一根接正电源，一根接地，另一根是信号线输出电流信号。而两线制，一根线接正电源，另一根用作信号输出线也输出电流信号。系统采用温度传感器是两线制。两线制和三线制基本原理相同，只是连接方法不同。
系统模拟传感器都采用线性输出，这使得电压转换成真实值的计算变得很容易。只需选两点试验温度，同时测出此时电压值，两点确定一条直线，就能列出测量电压与温度的关系。水位，甲烷等其他模拟传感器使用方法一样。其电路连接如图4所示。