1 緒論
隨著網(wǎng)絡技術的不斷發(fā)展，Internet把世界上分散的計算機系統(tǒng)" title="系統(tǒng)">系統(tǒng),、通信系統(tǒng)實現(xiàn)了互連,，形成了共用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡，成功的實現(xiàn)了網(wǎng)絡資源共享,。而CAN" title="CAN">CAN總線技術使得控制系統(tǒng)向著分散化,、網(wǎng)絡化、智能化的方向發(fā)展,，使控制技術與計算機以及網(wǎng)絡技術更為緊密的結合在一起,。隨著CAN總線控制網(wǎng)絡的進一步發(fā)展，控制網(wǎng)絡與因特信息網(wǎng)絡的結合,，方便了對設備的遠程監(jiān)控,、診斷和維護。
2 系統(tǒng)模型概述
本設計" title="設計">設計采用在CAN總線控制網(wǎng)絡和因特網(wǎng)之間加入一個轉換接口,。這種方式是通過硬件來實現(xiàn)的,，即在底層網(wǎng)絡與中間監(jiān)控層之間加入中繼器、網(wǎng)橋,、路由器等專門的硬件設備,，使控制網(wǎng)絡作為信息網(wǎng)絡的擴展與之緊密集成。硬件設備可以是一臺專門的計算機,，依靠其中運行的軟件完成數(shù)據(jù)包的識別,、解釋和轉換；對于多個網(wǎng)段的應用,，它還可以在不同網(wǎng)段之間存儲轉發(fā)數(shù)據(jù)包,，起到網(wǎng)橋的作用。
轉換接口的集成方式功能較強,，但實時性較差,。信息網(wǎng)絡一般是采用TCP/IP的因特網(wǎng)，而TCP/IP沒有考慮數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性,，當CAN設備有大量信息上傳或遠程監(jiān)控操作頻繁時,，轉換接口都將成為實時通信的瓶頸。但是隨著因特網(wǎng)技術進一步發(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單片機作為控制網(wǎng)絡層的核心控制器，采用三星公司的S3C2410嵌入式" title="嵌入式">嵌入式微處理器設計信息網(wǎng)絡,，將工業(yè)現(xiàn)場設備和遠程服務器,、工作站連為一體,，構建了體積輕巧,、功能強大,、方便靈活的企業(yè)網(wǎng)絡。
3.1系統(tǒng)方案
本系統(tǒng)由信息網(wǎng)絡層和控制網(wǎng)絡層兩部分組成,。信息網(wǎng)絡層是基于S3C2410的ARM系統(tǒng),，運行著TCP/IP協(xié)議和現(xiàn)場總線CAN協(xié)議；控制網(wǎng)絡層是基于C8051F060的控制網(wǎng)絡測控系統(tǒng),，它直接與工業(yè)測控設備聯(lián)系,，負責測量、調節(jié)現(xiàn)場參數(shù),，將測量結果通過CAN送給ARM,，或是接收ARM下傳的數(shù)據(jù)調控現(xiàn)場設備。論文對CAN總線控制網(wǎng)絡和因特網(wǎng)進行了深入研究,，提出在提高信息網(wǎng)絡協(xié)議標準的實時性和兼容性的基礎上,，從底層設備到遠程監(jiān)控系統(tǒng)都使用統(tǒng)一的協(xié)議標準的設計方案，以確保信息準確,、快速,、完整傳輸。本方案的優(yōu)點是價格低廉,、功能強大,、方便靈活。整個系統(tǒng)的示意圖如1所示,。
3.2信息網(wǎng)絡部分
信息網(wǎng)絡要對控制系統(tǒng)的底層控制參數(shù)進行決策,，因此信息網(wǎng)絡在控制系統(tǒng)中扮演著重要的角色。一方面它要和遠程PC通信,，另一方面它還要和控制網(wǎng)絡層的單片機通信,，起著連接PC和工業(yè)現(xiàn)場智能設備的橋梁作用。
信息網(wǎng)絡層采用的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備以及高性價比、低功耗的應用,。S3C2410內部結構較復雜,，提供可擴展的功能模塊也較多，如圖2所示,。
3.3控制網(wǎng)絡部分
網(wǎng)絡測控系統(tǒng)擴展CAN總線模塊,，要擔負至少兩個方面的任務：一是支持現(xiàn)場操作，包括數(shù)據(jù)采集,、人-機對話等,；二是與上級節(jié)點進行數(shù)據(jù)交互，作為網(wǎng)絡測控系統(tǒng)的底層設備,，系統(tǒng)結構框圖如圖3所示,。
基于CAN總線的分布式測控卡主要由單片機C8051F060,、輸入/輸出電路、電源電路,、人-機接口和通信接口（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)字轉換器，且?guī)в蠨MA控制器,；集成有兩個12位數(shù)字/模擬轉換器,，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識掩碼。工業(yè)現(xiàn)場設備的狀態(tài)參數(shù)通過I/V轉換成電壓信號,，C8051F060單片機采集此信號后,，通過CAN總線發(fā)送給上級網(wǎng)絡節(jié)點，同時上級網(wǎng)絡節(jié)點下傳的命令和參數(shù)經(jīng)DAC和V/I轉換電路轉換成0~20mA的電流信號,，控制現(xiàn)場設備,。人-機界面提供系統(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,。
4 信息網(wǎng)絡和控制網(wǎng)絡之間的通信
CAN與Internet是采用不同通信協(xié)議的兩種異構網(wǎng)絡,。首先，CAN通信基于報文,，無需為每個節(jié)點設定一個獨立且唯一的地址,。它采用標識符來表明報文的內容，CAN節(jié)點接受到一個報文時,，通過基于標識符的濾波機制來決定處理或拋棄該報文,。而Internet上的IP數(shù)據(jù)包傳輸是面向連接的，基于節(jié)點地址來傳送,，Internet上的每一個節(jié)點都必須設定一個唯一點IP地址,。其次，CAN與Internet采用不同的沖突仲裁機制,。CAN采用的是無破壞性仲裁機制,，當多個節(jié)點同時向總線發(fā)送數(shù)據(jù)造成媒體訪問沖突時，優(yōu)先級較高的報文不受影響地繼續(xù)發(fā)送,，而優(yōu)先級較低的報文會自動停止,，并等待總線空閑時再嘗試重新發(fā)送。。另外,，CAN采用短幀結構,，其最大長度只有16B。而IP數(shù)據(jù)包的長度遠遠超過了CAN數(shù)據(jù)幀的長度,，最長可達16KB,。
4.1通信方式
實現(xiàn)異構網(wǎng)絡之間的通信,，需要在不同的協(xié)議之間進行轉換,，這可通過網(wǎng)關來完成。網(wǎng)關又被稱為網(wǎng)間協(xié)議轉換器,，用于連接采用不同通信協(xié)議的網(wǎng)絡,，實現(xiàn)網(wǎng)絡之間的數(shù)據(jù)傳輸。當一個報文要求從一個網(wǎng)段發(fā)送到另一個網(wǎng)段時,，網(wǎng)關需要完成該報文的接受,、翻譯與轉發(fā)工作。要實現(xiàn)協(xié)議轉換,，網(wǎng)關必須具備它所要連接到不同網(wǎng)絡的協(xié)議包,，由于TCP/IP協(xié)議包需要較大的存儲空間，因此,，大多數(shù)情況都是用PC機來充當網(wǎng)關,。但在某些情況下使用PC機并不方便，需要在MCU/MPU" title="MPU">MPU嵌入式系統(tǒng)中實現(xiàn)網(wǎng)關功能,。一種方案使用高檔的32位,、64位MCU/MPU，內嵌了成熟的實時多任務操作系統(tǒng),，具有完整的TCP/IP協(xié)議包,，能夠很好地完成與Internet的連接。這種方案具有足夠快的運行速度,，采用精簡的TCP/IP協(xié)議包,。嵌入式設備連接到Internet，互連實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息交換或者遠程訪問和機器控制,，TCP／IP協(xié)議是互連的核心技術,。
4.2軟件實現(xiàn)
由于被測控的幾個量都是緩慢變化的，對測控系統(tǒng)的實時性要求不高,。單片機大部分時間在進行參數(shù)測量,，每次測量結束后使用查詢方式將測量結果保存到數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中。由于單片機的RAM容量有限（C8051F060具有4K的RAM）,，使用了數(shù)據(jù)緩沖區(qū),，以保存一定數(shù)量的測量結果。緩沖區(qū)使用先進先出策略,，在保存時先判斷緩沖區(qū)是否填滿,，沒滿時緩沖指針加1,，數(shù)據(jù)保存進下一個單元，填滿時使指針指向緩沖區(qū)的頂部,，數(shù)據(jù)保存進緩沖區(qū),，以前的數(shù)據(jù)丟掉。本系統(tǒng)的設計重點是CAN通信,，因此,，在CAN通信時采用了中斷方式。整個測控系統(tǒng)部分的軟件流程圖如圖4,。
5 結束語
計算機監(jiān)控系統(tǒng)是一個集資源管理,、工業(yè)控制于一體的調度系統(tǒng)在此監(jiān)控系統(tǒng)中，底層控制網(wǎng)絡采用了CAN總線技術,，節(jié)約了設備投資,、提高了測量的精度和系統(tǒng)的可靠性；在信息網(wǎng)絡層,，采用了嵌入式微處理器,，既保證了系統(tǒng)的可靠性，實時性,，又方便了系統(tǒng)的維護,。這些先進技術的綜合運用，使生產(chǎn)調度監(jiān)控系統(tǒng)不僅很好地滿足了生產(chǎn)調度的需要,，而且大大提高了生產(chǎn)的效率,。
本文作者創(chuàng)新點:
由于分布式控制網(wǎng)絡采用了面向不同應用的協(xié)議標準，因此二者集成時需要某種數(shù)據(jù)格式的轉化,，這就不能保證數(shù)據(jù)的準確性,，本文采用嵌入式MPU和TCP/IP協(xié)議就可以很好的解決這個問題。