1 緒論
隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，Internet把世界上分散的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了互連，形成了共用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，成功的實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)資源共享。而CAN總線技術(shù)使得控制系統(tǒng)向著分散化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的方向發(fā)展，使控制技術(shù)與計(jì)算機(jī)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)更為緊密的結(jié)合在一起。隨著CAN總線控制網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)一步發(fā)展，控制網(wǎng)絡(luò)與因特信息網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合，方便了對設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控、診斷和維護(hù)。
2 系統(tǒng)模型概述
本設(shè)計(jì)采用在CAN總線控制網(wǎng)絡(luò)和因特網(wǎng)之間加入一個轉(zhuǎn)換接口。這種方式是通過硬件來實(shí)現(xiàn)的，即在底層網(wǎng)絡(luò)與中間監(jiān)控層之間加入中繼器、網(wǎng)橋、路由器等專門的硬件設(shè)備，使控制網(wǎng)絡(luò)作為信息網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展與之緊密集成。硬件設(shè)備可以是一臺專門的計(jì)算機(jī)，依靠其中運(yùn)行的軟件完成數(shù)據(jù)包的識別、解釋和轉(zhuǎn)換；對于多個網(wǎng)段的應(yīng)用，它還可以在不同網(wǎng)段之間存儲轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，起到網(wǎng)橋的作用。
轉(zhuǎn)換接口的集成方式功能較強(qiáng)，但實(shí)時(shí)性較差。信息網(wǎng)絡(luò)一般是采用TCP/IP的因特網(wǎng)，而TCP/IP沒有考慮數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性，當(dāng)CAN設(shè)備有大量信息上傳或遠(yuǎn)程監(jiān)控操作頻繁時(shí)，轉(zhuǎn)換接口都將成為實(shí)時(shí)通信的瓶頸。但是隨著因特網(wǎng)技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，這個瓶頸問題將逐步得到解決。
3測控系統(tǒng)工作原理及組成
本系統(tǒng)采用C8051F060單片機(jī)作為控制網(wǎng)絡(luò)層的核心控制器，采用三星公司的S3C2410嵌入式微處理器設(shè)計(jì)信息網(wǎng)絡(luò)，將工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備和遠(yuǎn)程服務(wù)器、工作站連為一體，構(gòu)建了體積輕巧、功能強(qiáng)大、方便靈活的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)。
3.1系統(tǒng)方案
本系統(tǒng)由信息網(wǎng)絡(luò)層和控制網(wǎng)絡(luò)層兩部分組成。信息網(wǎng)絡(luò)層是基于S3C2410的ARM系統(tǒng)，運(yùn)行著TCP/IP協(xié)議和現(xiàn)場總線CAN協(xié)議；控制網(wǎng)絡(luò)層是基于C8051F060的控制網(wǎng)絡(luò)測控系統(tǒng)，它直接與工業(yè)測控設(shè)備聯(lián)系，負(fù)責(zé)測量、調(diào)節(jié)現(xiàn)場參數(shù)，將測量結(jié)果通過CAN送給ARM，或是接收ARM下傳的數(shù)據(jù)調(diào)控現(xiàn)場設(shè)備。論文對CAN總線控制網(wǎng)絡(luò)和因特網(wǎng)進(jìn)行了深入研究，提出在提高信息網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)時(shí)性和兼容性的基礎(chǔ)上，從底層設(shè)備到遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)都使用統(tǒng)一的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)方案，以確保信息準(zhǔn)確、快速、完整傳輸。本方案的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低廉、功能強(qiáng)大、方便靈活。整個系統(tǒng)的示意圖如1所示。
3.2信息網(wǎng)絡(luò)部分
信息網(wǎng)絡(luò)要對控制系統(tǒng)的底層控制參數(shù)進(jìn)行決策，因此信息網(wǎng)絡(luò)在控制系統(tǒng)中扮演著重要的角色。一方面它要和遠(yuǎn)程PC通信，另一方面它還要和控制網(wǎng)絡(luò)層的單片機(jī)通信，起著連接PC和工業(yè)現(xiàn)場智能設(shè)備的橋梁作用。
信息網(wǎng)絡(luò)層采用的S3C2410，是韓國三星電子公司最近推出的一款基于ARM920T內(nèi)核的16/32位RISC嵌入式微處理器。該處理器主要面向手持式設(shè)備以及高性價(jià)比、低功耗的應(yīng)用。S3C2410內(nèi)部結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，提供可擴(kuò)展的功能模塊也較多，如圖2所示。
3.3控制網(wǎng)絡(luò)部分
網(wǎng)絡(luò)測控系統(tǒng)擴(kuò)展CAN總線模塊，要擔(dān)負(fù)至少兩個方面的任務(wù)：一是支持現(xiàn)場操作，包括數(shù)據(jù)采集、人-機(jī)對話等；二是與上級節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，作為網(wǎng)絡(luò)測控系統(tǒng)的底層設(shè)備，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。
基于CAN總線的分布式測控卡主要由單片機(jī)C8051F060、輸入/輸出電路、電源電路、人-機(jī)接口和通信接口（包括RS-232和CAN總線接口）幾部分組成。測控卡的工作原理如下：C8051F060單片機(jī)是完全集成的混合信號片上系統(tǒng)型MCU，是數(shù)據(jù)采集與實(shí)施控制的理想微型控制器。它集成了兩個16位、1Msps的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，且?guī)в蠨MA控制器；集成有兩個12位數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器，具有可編程數(shù)據(jù)更新方式；集成有控制器局域網(wǎng)（CAN2.0B）控制器，具有32個消息對象，每個消息對象有自己的標(biāo)識掩碼。工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)通過I/V轉(zhuǎn)換成電壓信號，C8051F060單片機(jī)采集此信號后，通過CAN總線發(fā)送給上級網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，同時(shí)上級網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)下傳的命令和參數(shù)經(jīng)DAC和V/I轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成0~20mA的電流信號，控制現(xiàn)場設(shè)備。人-機(jī)界面提供系統(tǒng)狀態(tài)與操作人員的友好交流平臺，且備用了一路RS-232異步串行通信總線。
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