现场控制总线CAN网络与有线无线网的转换

第 1 页 共 5 页 现场控制总线现场控制总线 CANCAN 网络与有线无线网的转换网络与有线无线网的转换 时间 2009 08 31 11 09 24 来源 EDN 作者 原文网址 一 前一 前 言言 CAN 总线是由德国 BOSCH 公司为现实汽车测量和执行部件之间的数据通讯而设计的串行通讯网络 随着 CAN 的应用普及 其应用范围已不局限于汽车行业 正在向机械 纺织等行业发展 随着应用领域 分布式控制系统的网络越来越庞大 CAN 总线越来越受地域限制 如何能使 CAN 网络脱离地域局限性 最 有效的方法当属实施 CAN 总线网络接入现有的有线 无线网络当中 那么 如何能使 CAN 网络与有 无 线网络转换 由于 CAN 总线协议数据与 TCP IP 协议数据在桢结构上完全不同 所以我们必须使用转换接 口对其数据包从新封装 二 二 CANCAN 网络与有线网的转换网络与有线网的转换 在制造业信息化系统中 企业管理层和生产管理层采用的都是以太网和 PC 机 而在生产车间 现场 都是采用现场总线 如 RS 485 CAN USB 和单片机测控设备 要想实现管理层与现场生产层的沟通 通常采用工业控制机加以太网卡 再加上 PC 机插槽上的转换接口卡来实现 这种连接方式提高了生产现 场的计算机数量的使用 成本高 开发周期长 所以选用具有独立控制器功能 能独立使用的接口卡则 是一种很好的选择 1 1 系统组成 系统组成 如图所示 在工业自动化系统中 可直接利用以太网 CAN 接口模块 将各种测控设备直接接入局域网 形成与 局域网络互通的网络控制系统 如上图所示 采用转换接口卡 使网络结构成功地实现了以太网和现有 CAN 总线网的直接连接 实现管理监控层 以太网 和生产测控层 CAN 总线网 之间的连接 上下层数 据能方便地进行交流 而其它通讯则使用 PC 机接人局域网实现数据交互 2 2 转换接口组成原理 转换接口组成原理 接口由以太网接口 A 和微处理器组成 在此基础上增加 CAN 接口 B 就组成了以太网 CAN 网关 如图 所示 第 2 页 共 5 页 1 以太网接口 A 以太网接口 A 可选用符合 IEEE802 3 协议的 10Base T 通用接口芯片 如 UM9003 RTL8019 等 完 成与以太网在物理层和数据链路层的连接 使用 RJ 45 插口 可以直接挂接到以太网上 2 微处理器 微处理器负责对以太网接口 A 芯片和 CAN 接口 B 芯片进行控制 微处理器内驻有 TCP IP 通信协议和 CAN 协议 完成以太网协议和 CAN 总线协议转换 实现接口 A 和接口 B 通信数据的透明传输 由于 CAN 总 线传输的数据量不大 数据传输速率不高 远小于以太网的数据传输速率 所以在以太网 CAN 接口模块 中 数据的传送瓶颈在 CAN 接口 B 在测控领域 通常传输的数据量不大 对数据传输速率要求也不高 于是 在此模块中微处理器可选用通常的单片机如 8031 等 3 CAN 接口 B CAN 接口 B 采用了飞利浦的 CAN 物理层和链路层接口芯片 SJA1000 和 PCA82C250 微处理器直接控 制 SJA1000 的 AD0 AD7 ALE RST 和脚 SJA1000 的 MOD EL 脚接高电平 工作在 Intel 模式下 片选 脚接地 始终处于选通状态 如图 3 所示 微处理器对 SJA1000 的操作主要是对寄存器的操作 一方 面对 SJA1000 的模式寄存器 MOD 命令寄存器 CMR 状态寄存器 SR 中断寄存器 IR 中 断允许寄存器 IEP 总线定时寄存器 BTR0 BTR1 输出控制寄存器 OCR 时钟分频计数器 CDR 进行设置和检测 另一方面对收发缓冲区进行读写 从而和 CAN 设备交换数据 电路原理图如下 第 3 页 共 5 页 程序流程图 3 3 网络扩展 网络扩展 在数据传送中 每台测控设备的地址实际有转换接口的 IP 地址和 CAN 接口地址两部分组成 在以太 网中 CAN 接口测控设备的 CAN 地址和数据一起作为局域网通信中 IP 包的数据进行传送 由于通信数据 包符合 TCP IP 标准 可以在 Internet 网上穿越交换机或路由器 所以可实现基于 NET 技术开发 WEB 模 式的上位机 如此就可方便地远程查询各个测控设备状态和实时遥控各个测控设备 此外 现行的主流生产管理系统或办公自动化信息系统均是基于 B S 结构设计 这样就更容易使用 WWW 发布方式远程管理生产现场 以及向网络客户提供动态交互式浏览网页 更容易将生产现场的数据集 中于数据服务器加以有效管理 通过网络将数据予以共享 而需要注意的是应该采取一定的防护措施 如加密 数字签名 等对生产现场的数据进行保护 三 三 CANCAN 网络与无线网的转换网络与无线网的转换 当前 基于 GSM 网络的 GPRS 技术被广泛的应用于各个领域 如果将 CAN 总线通信与无线网络对接 将进一步突破 CAN 总线通讯方式的地域限制 充分发挥无限网通信 免布线 网络覆盖范围广等优点 现就如何将 CAN 网络数据通过 GPRS 网络传输加以说明 1 1 系统组成 系统组成 硬件设计由 CAN 通信接口与远程通信接口两部分组成 CAN 通信部分 CAN 收发器 控制器 远程通信部分 GPRS 通信模块 TCP IP 协议转换芯片 两部分共用一个单片机 模块框图如下 第 4 页 共 5 页 控制芯片采用 51 系列单片机 鉴于实际通信时 CAN 总线采集数据速率比向 GPRS 发送数据速率要 快 所以通过外扩 RAM 作为数据缓冲 防止因数据传输的不同步而丢失数据 总线节点上的数据采集器将数据采集以后发送给 CAN 数据收发器 PCA82C250 再由 CAN 控制器向 单片机发出中断请求 通过中断处理程序 将 CAN 的数据桢信息存储于片外 RAM 在通过 GPRS 发送前 必须将 CAN 的数据包封装成符合 TCP IP 协议栈的数据包格式 这时就需要 TCP IP 协议芯片 E5112 最后再通过 GPRS 模块 MC351 将数据发送到终端 为了提高系统的抗干扰能力 在 CAN 控制器和 CAN 驱动器之间加入了使用高速光电隔离器件 6N137 构成的隔离电路 电路原理图如图 第 5 页 共 5 页 程序模块图如下 四 结束语