CAN總線的數(shù)據(jù)采集記錄裝置設計

1、【Word版本下載可任意編輯】 CAN總線的數(shù)據(jù)采集記錄裝置設計 1.緒論 現(xiàn)場總線作為生產現(xiàn)的場數(shù)據(jù)通信與控制的網絡技術，在測量控制領域隨著信息技術的發(fā)展已得到廣泛的應用?，F(xiàn)在的工業(yè)現(xiàn)場總線控制網絡技術已經被認為是一種比較的成熟的技術，同時也被認為是目前有前途的一種現(xiàn)場總線之一。然而，CAN現(xiàn)場總線作為一種面向工業(yè)底層控制的通信網絡，其局限性也是顯而易見的。首先，它不能與Internet互連，不能實現(xiàn)遠程信息共享。其次，它不易與上位控制機直接接口。因此，我們在本文中引入以太網技術。 以太網是在上個世紀70年代為連接多個實驗室而開發(fā)出的一種局域網技術，隨著互聯(lián)網技術和計算機的迅猛發(fā)展，以太網已

2、成為當今世界上應用范圍廣、為常見的一種網絡技術。他在工業(yè)控制中的優(yōu)勢是顯而易見的：首先，基于TCP/IP協(xié)議的以太網是一種標準開放式的網絡，由其組成的系統(tǒng)兼容性和互操作性好，資源共享能力強，可以很容易的實現(xiàn)將控制現(xiàn)場的數(shù)據(jù)與信息系統(tǒng)上的資源共享；其次，數(shù)據(jù)的傳輸距離長、傳輸速率高，而且很容易與Internet連接。 本設計利用基于ARM7內核的LPC2294處理器，在深入分析了以太網、TCP/IP協(xié)議和CAN總線的根底上，實現(xiàn)了兩路CAN總線和以太網的通信互聯(lián)。 2.系統(tǒng)硬件構造設計 本設計使用的處理器是PHIIPS公司推出的LPC2294,他是一款基于支持實時仿真和跟蹤的ARM7TDMI內核

3、，功能強大且功耗低。 其顯著的優(yōu)點是非常適合于通訊網關、協(xié)議轉換器以及其它各種類型的應用。設計中圍繞LPC2294內核，開展了系統(tǒng)和相應的擴展器件電路設計，設計里包括了復位電路、晶振電路、電源電路等關鍵電路。 2.1 系統(tǒng)電源電路設計 由于控制器LPC2294需要2組電源： 1.8V的內核供電電源和3.3V的IO口供電電源，而以太網控制器RTL8019AS需要的供電電源為5V.因此，我們設計了3個電壓轉換電路：采用降壓穩(wěn)壓器LM1575將輸入電壓轉換為穩(wěn)定的5V輸出，再通過低壓差（LDO）穩(wěn)壓器SPX1117M-3.3把LM1575穩(wěn)壓輸出的5V作為輸入電源，轉換為3.3V輸出電源，同時利用S

4、PX1117M-1.8得到了1.8V電源。 2.2 以太網電路設計 以太網通信模塊采用了以太網控制器RTL8019AS（5V供電）和隔離接口HR90117A的組合方式。設計中使用兩路CAN開展數(shù)據(jù)采集，由于LPC2294具有4路CAN控制器，其功能與SJA1000相似，因此只需外接兩個高速CAN隔離收發(fā)器便可到達通信的目的. 2.3 CAN電路設計 CAN總線模塊是本設計的部分，負責實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的功能。設計中使用的CTM1050T是一款帶隔離的高速CAN收發(fā)器芯片，該芯片內部集成了所有必需的CAN隔離及CAN收、發(fā)器件，這些都被集成在不到3平方厘米的芯片上，芯片的主要功能是將CAN控制器的邏輯

5、電平轉換為CAN總線的差分電平并且具有DC2500V的隔離功能及ESD（Electro-Static Discharge,靜電釋放）保護作用。 本記錄儀使用CTM1050T向上兼容的3.3V和5V CAN控制器，實現(xiàn)了兩路CAN數(shù)據(jù)采集，所以LPC2294和CTM1050T之間數(shù)據(jù)發(fā)送接收引腳可以直接連接，同時我們還需參加一個電阻阻值為20的終端電阻來提高數(shù)據(jù)通信的抗干擾性及可靠性。 3.系統(tǒng)軟件設計 3.1 程序設計開發(fā)環(huán)境及設計流程 設計以VC+6.0為開發(fā)環(huán)境，C語言為開發(fā)語言，首先完成了系統(tǒng)的移植，接著完成了RTL8019AS軟件設計與CAN控制器軟件設計，實現(xiàn)了CAN與以太網網關協(xié)議

6、轉換。 3.2 c/os-的移植 為了使一個內核能夠運行在微處理器或微控制器上，我們首先需要做的便是開展移植。完成移植的過程中我們修改了3個和CPU相關的文件，分別是os_cpu.h、os_cpu_a.asm和os_cpu_c.c,移植的過程中發(fā)現(xiàn)： 根據(jù)處理器的不同，一個移植實例需要編寫或改寫的代碼數(shù)量不盡相同，可能介于50500行之間。 3.3 RTL8019AS軟件設計 RTL8019AS的工作模式有查詢和中斷兩種模式，本設計中考慮到實時性、多任務，以限度的利用CPU與c/os-系統(tǒng)的實時性、提高系統(tǒng)的響應速度為目的，采用了中斷的方式來實現(xiàn)RTL8019AS的收發(fā)功能。 當所謂的中斷過程

7、既在中斷服務子程序（ISR）的入口處，程序的走向由讀取到的ISR的值來確定。如果收到一個新的幀，則首先去除接收中斷標志，接著讀取幀數(shù)據(jù)，等待接收緩沖區(qū)空；如果沒有收到新的幀，則判斷幀是否發(fā)送完畢，若一幀已發(fā)送完則去除發(fā)送中斷標志并讀取狀態(tài)存放器，并進一步判斷發(fā)送隊列是否還有未發(fā)送的數(shù)據(jù)幀，如果有則繼續(xù)發(fā)送。如果全部數(shù)據(jù)發(fā)送完，則從中斷子程序返回。主程序流程圖如圖1所示。 3.4 CAN控制器軟件設計 設計中使用的處理器LPC2294內部集成了4個獨立的CAN模塊，并且為所有的CAN控制器提供了全局的可以承受標識符查詢的功能。設計中只使用到CAN控制器1和CAN控制器2兩個控制器，CAN模塊的存

8、儲器在處理器中的地址映射如下： AF RAM（2KB）：E0038000E00387FF; AF RAM存放器：E003C000E003C017; 中央CAN存放器：E0040000E004000B; CAN控制器1存放器：E0044000E004405F; CAN控制器2存放器：E0048000E004805F; CAN的驅動程序主要包括四個部分：CAN的初始化、CAN的數(shù)據(jù)接收、CAN的數(shù)據(jù)發(fā)送和異常處理。 另外，由于CAN通信中沒有物理地址，只是采用軟件ID辨識的方式來對總線上的信息開展過濾的，并且ID還決定當有多個節(jié)點需要同時傳送數(shù)據(jù)時的優(yōu)先級，故對ID設置要格外注意。 3.5 CAN

9、與以太網網關協(xié)議轉換 由于以太網和CAN是兩個不同的通信系統(tǒng)，當連接在CAN總線上的設備向以太網發(fā)送數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)必須通過CAN接口電路發(fā)送到主系統(tǒng)上，通過協(xié)議轉換程序，提取要傳送的數(shù)據(jù)，然后對數(shù)據(jù)添加TCP和IP協(xié)議所需要的幀信息。 在本設計中用到的c/os-操作系統(tǒng)下，應用層功能是以5個主要的任務來實現(xiàn)的，按優(yōu)先級從高到低依次為：CAN總線接收數(shù)據(jù)包；CAN總線發(fā)送數(shù)據(jù)包；TCP/UDP協(xié)議數(shù)據(jù)包接收；TCP/UDP協(xié)議數(shù)據(jù)包發(fā)送；主系統(tǒng)協(xié)議轉換。 4.系統(tǒng)測試 接通電源，程序正常啟動后，數(shù)據(jù)記錄儀開始工作。連通后的ip地址為192.168. 1.102,物理地址為00-26-18-20-d9-f0,通過ping命令測試，證明數(shù)據(jù)包收發(fā)成功，設備聯(lián)通正常。 程序運行后，依次完成獲取數(shù)據(jù)容量、讀取時間、設定時間、清空記錄儀、獲取壞塊、初始化記錄儀，接著數(shù)據(jù)記錄儀開始工作，程