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控制器局域网络(CAN)是一种能有效支持分布式控制和实时控制的串行通信网络,具有高性能和高可靠性的特点,现已形成国际标准。但CAN总线也具有其局限性,那就是难以接入因特网。如果能够把现场总线与以太网连接,那么这些问题都将得以解决,同时,由于以太网能够方便地接入因特网,控制信息也将可以方便快速地传送到世界上任何一个地方。
本文结合陕西省教育厅项目“并条机自调匀整控制系统”,此系统采用CAN的应用层协议CANopen实现现场总线设备的组态和数据传输的功能,大大提高了CAN总线的通信和控制能力。本人通过查看大量国内外相关领域技术资料,在对CAN总线技术、CANopen协议及以太网通讯协议进行深入分析的基础上,并对CAN总线与以太网的接口技术进行研究,从而提出了嵌入式系统的整体设计目标,以Philips公司的ARM7-LPC2292为核心处理器,以ADS1.2为软件开发工具,选用μC/OS-Ⅱ为嵌入式实时操作系统,TCP/IP协议栈为第三方提供,实现了CANopen协议与以太网协议之间的相互转换,使CAN总线能够方便地接入以太网。
本文介绍了CAN总线和CANopen协议的主要内容及通信原理,以及TCP/IP协议栈各层协议的数据封装,并描述了网关的模型和软硬件的总体结构。然后详细论述了嵌入式网关的设计及调试过程。在硬件方面,根据系统的功能需求完成了电路设计,包括用ProtelDXP画原理图和PCB制板,以及焊接电子元件的整个过程。在软件方面,首先在ARM上移植μC/OS-Ⅱ操作系统,并测试内核能够正常运行;编写相关硬件的底层驱动程序(CAN控制器、以太网控制器、LCD液晶驱动);并在操作系统的基础上实现CANopen协议栈,移植经过裁剪的精简TCP/IP协议栈;以及编写基于操作系统的应用程序等。在系统测试中,网关上电后能够正常工作,其中LCD能正常显示用户界面,各外围通信接口能够正常通信,并可以从以太网嗅探软件抓取的数据包中查看数据的通讯过程,结果证明此系统基本完成了预期的设计目标,实现了系统的功能,操作人员不仅能从工业车间现场通过LCD查看设备的运行状态,而且从远程以太网浏览器上也能查看到网页,为现场设备层控制系统与企业信息管理系统的集成创造了条件。