基于“網(wǎng)絡(luò)通”的單片機(jī)以太網(wǎng)-CAN網(wǎng)關(guān)的應(yīng)用

1  概述

在工廠、變電站、智能大廈等大型企業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中,如 圖1(a) 所示,在上層企業(yè)管理層和生產(chǎn) 監(jiān)控層采用的都是以太網(wǎng)和PC機(jī),而在下層車間、現(xiàn)場(chǎng)都是采用現(xiàn)場(chǎng)總線（如RS-485、CAN、 lonWorks、基金會(huì)等）和單片機(jī)測(cè)控設(shè)備。上下兩層的溝通,通常采用工業(yè)控制機(jī)加以太網(wǎng)卡,再加 上PC機(jī)插槽上的接口卡或并行打印口的EPP接口卡來實(shí)現(xiàn)。這種連接方式成本高,開發(fā)周期長(zhǎng),接 口卡成為系統(tǒng)上下兩層的通信瓶頸,一旦出現(xiàn)故障,上下兩層的聯(lián)系就告中斷。為此,如 圖1(b) 所 示,我們利用廉價(jià)的“網(wǎng)絡(luò)通”組成基于單片機(jī)的以太網(wǎng)-CAN網(wǎng)關(guān)取代昂貴的工控機(jī)加接口卡,成 功地實(shí)現(xiàn)了以太網(wǎng)和現(xiàn)有CAN總線網(wǎng)的直接連接,實(shí)現(xiàn)管理監(jiān)控層（以太網(wǎng)）和生產(chǎn)測(cè)控層（CAN總 線網(wǎng)）之間的連接。上下層數(shù)據(jù)能方便地進(jìn)行交流。

圖1  兩種分布式自動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較

更重要的一點(diǎn)在于,現(xiàn)在成熟、穩(wěn)定、廉價(jià)的以太網(wǎng)已經(jīng)普及深入到了工廠、車間、大樓等基層。在大型企業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中,沒有必要再采用現(xiàn)場(chǎng)總線和兩級(jí)結(jié)構(gòu),可直接利用廉價(jià)的以太網(wǎng)接口模塊“網(wǎng)絡(luò)通”,將各種測(cè)控設(shè)備直接接入以太網(wǎng),形成現(xiàn)代化的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。

2 以太網(wǎng)-CAN網(wǎng)關(guān)的組成原理

在網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中,我們利用“網(wǎng)絡(luò)通”組成基于單片機(jī)的以太網(wǎng)-CAN網(wǎng)關(guān),結(jié)構(gòu)組成如 圖 2 所 示。“網(wǎng)絡(luò)通”由以太網(wǎng)接口A和微處理器組成。在此基礎(chǔ)上增加CAN接口B就組成了以太網(wǎng)-CAN 網(wǎng)關(guān)。

圖2  基于“網(wǎng)絡(luò)通”的以太-CAN 網(wǎng)關(guān)

（1）  以太網(wǎng)接口A

以太網(wǎng)接口A可選用符合IEEE802.3協(xié)議的10Base-T通用接口芯片,如 UM9003、RTL8019等,完成與以太網(wǎng)在物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的連接。使用 RJ-45插口,可以直接掛接到以太網(wǎng)上。

（2）  微處理器

微處理器負(fù)責(zé)對(duì)以太網(wǎng)接口A芯片和CAN接口B芯片進(jìn)行控制。微處理器內(nèi)駐有 TCP/IP通信協(xié)議和CAN協(xié)議,完成以太網(wǎng)協(xié)議和CAN總線協(xié)議轉(zhuǎn)換,實(shí)現(xiàn)接口 A和接口B通信數(shù)據(jù)的透明傳輸。

由于CAN總線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量不大,數(shù)據(jù)傳輸速率不高,遠(yuǎn)小于以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸速率,所以在以太網(wǎng) -CAN接口模塊中,數(shù)據(jù)的傳送瓶頸在CAN接口B。在測(cè)控領(lǐng)域,通常傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量不大,對(duì)數(shù)據(jù)傳輸 速率要求也不高,于是,在此模塊中微處理器可選用通常的單片機(jī)如 8031等。

（3）  CAN接口B

CAN接口B采用了飛利浦的CAN物理層和鏈路層接口芯片SJA1000和 PCA82C250。微處理器直接控制SJA1000的AD0～AD7、、、ALE、RST 和腳。SJA1000的MODEL腳接高電平,工作在Intel模式下;片選腳接地,始終處于選通狀態(tài),如 圖 3 所示。微處理器對(duì) SJA1000的操作主要是對(duì)寄存器的操作：一方面對(duì)SJA1000的模式寄存器 （MOD）、命令寄存器（CMR）、狀態(tài)寄存器（SR）、中斷寄存器（ IR）、中斷允許寄存器（IEP）、總線定時(shí)寄存器（BTR0、 BTR1）、輸出控制寄存器（OCR）、時(shí)鐘分頻計(jì)數(shù)器（CDR）進(jìn)行設(shè)置和檢測(cè); 另一方面對(duì)收發(fā)緩沖區(qū)進(jìn)行讀寫,從而和CAN設(shè)備交換數(shù)據(jù)。

圖3  以太網(wǎng)-CAN 接口原理圖