現(xiàn)場(chǎng)控制總線CAN網(wǎng)絡(luò)與有線無(wú)線網(wǎng)的轉(zhuǎn)換

　　CAN總線是由德國(guó)BOSCH公司為現(xiàn)實(shí)汽車(chē)測(cè)量和執(zhí)行部件之間的數(shù)據(jù)通訊而設(shè)計(jì)的串行通訊網(wǎng)絡(luò)。隨著CAN的應(yīng)用普及，其應(yīng)用范圍已不局限于汽車(chē)行業(yè)，正在向機(jī)械、紡織等行業(yè)發(fā)展，隨著應(yīng)用領(lǐng)域分布式控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)越來(lái)越龐大，CAN總線越來(lái)越受地域限制。如何能使CAN網(wǎng)絡(luò)脫離地域局限性，最有效的方法當(dāng)屬實(shí)施CAN總線網(wǎng)絡(luò)接入現(xiàn)有的有線、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中。那么，如何能使CAN網(wǎng)絡(luò)與有、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換，由于CAN總線協(xié)議數(shù)據(jù)與TCP/IP協(xié)議數(shù)據(jù)在楨結(jié)構(gòu)上完全不同，所以我們必須使用轉(zhuǎn)換接口對(duì)其數(shù)據(jù)包從新封裝。

　　二、CAN網(wǎng)絡(luò)與有線網(wǎng)的轉(zhuǎn)換

　　在制造業(yè)信息化系統(tǒng)中，企業(yè)管理層和生產(chǎn)管理層采用的都是以太網(wǎng)和PC機(jī)，而在生產(chǎn)車(chē)間、現(xiàn)場(chǎng)都是采用現(xiàn)場(chǎng)總線（如RS-485、CAN、USB）和單片機(jī)測(cè)控設(shè)備。要想實(shí)現(xiàn)管理層與現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)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)插槽上的轉(zhuǎn)換接口卡來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種連接方式提高了生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的計(jì)算機(jī)數(shù)量的使用，成本高，開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)。所以選用具有獨(dú)立控制器功能，能獨(dú)立使用的接口卡則是一種很好的選擇。

　　1、系統(tǒng)組成

　　如圖所示：

　　在工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中，可直接利用以太網(wǎng)-CAN接口模塊，將各種測(cè)控設(shè)備直接接入局域網(wǎng)，形成與局域網(wǎng)絡(luò)互通的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。如上圖所示，采用轉(zhuǎn)換接口卡，使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)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。而其它通訊則使用PC機(jī)接人局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。

　　2、轉(zhuǎn)換接口組成原理

　　接口由以太網(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)。如圖所示：

　?。?）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。

　?。?）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MOD EL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(xiě)，從而和CAN設(shè)備交換數(shù)據(jù)。電路原理圖如下：

　　程序流程圖：

　　3、網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展

　　在數(shù)據(jù)傳送中，每臺(tái)測(cè)控設(shè)備的地址實(shí)際有轉(zhuǎn)換接口的IP地址和CAN接口地址兩部分組成。在以太網(wǎng)中，CAN接口測(cè)控設(shè)備的CAN地址和數(shù)據(jù)一起作為局域網(wǎng)通信中IP包的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳送。由于通信數(shù)據(jù)包符合TCP/IP標(biāo)準(zhǔn)，可以在Internet網(wǎng)上穿越交換機(jī)或路由器，所以可實(shí)現(xiàn)基于.NET技術(shù)開(kāi)發(fā) WEB模式的上位機(jī)，如此就可方便地遠(yuǎn)程查詢各個(gè)測(cè)控設(shè)備狀態(tài)和實(shí)時(shí)遙控各個(gè)測(cè)控設(shè)備。

　　此外、現(xiàn)行的主流生產(chǎn)管理系統(tǒng)或辦公自動(dòng)化信息系統(tǒng)均是基于B/S結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，這樣就更容易使用WWW發(fā)布方式遠(yuǎn)程管理生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，以及向網(wǎng)絡(luò)客戶提供動(dòng)態(tài)交互式瀏覽網(wǎng)頁(yè)。更容易將生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)集中于數(shù)據(jù)服務(wù)器加以有效管理，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)予以共享，而需要注意的是應(yīng)該采取一定的防護(hù)措施（如加密，數(shù)字簽名）等對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù)。

　　三、CAN網(wǎng)絡(luò)與無(wú)線網(wǎng)的轉(zhuǎn)換

　　當(dāng)前，基于GSM網(wǎng)絡(luò)的GPRS技術(shù)被廣泛的應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，如果將CAN總線通信與無(wú)線網(wǎng)絡(luò)對(duì)接，將進(jìn)一步突破CAN總線通訊方式的地域限制，充分發(fā)揮無(wú)限網(wǎng)通信，免布線，網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍廣等優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)就如何將CAN網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸加以說(shuō)明。

 　　1、系統(tǒng)組成

　　硬件設(shè)計(jì)由CAN通信接口與遠(yuǎn)程通信接口兩部分組成。

　　CAN通信部分：CAN收發(fā)器、控制器。

　　遠(yuǎn)程通信部分：GPRS通信模塊、TCP/IP協(xié)議轉(zhuǎn)換芯片。

　　兩部分共用一個(gè)單片機(jī)，模塊框圖如下：

　　控制芯片采用51系列單片機(jī)，鑒于實(shí)際通信時(shí)，CAN總線采集數(shù)據(jù)速率比向GPRS發(fā)送數(shù)據(jù)速率要快，所以通過(guò)外擴(kuò)RAM，作為數(shù)據(jù)緩沖，防止因數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟煌蕉鴣G失數(shù)據(jù)。

　　總線節(jié)點(diǎn)上的數(shù)據(jù)采集器將數(shù)據(jù)采集以后發(fā)送給CAN數(shù)據(jù)收發(fā)器（PCA82C250），再由CAN控制器向單片機(jī)發(fā)出中斷請(qǐng)求，通過(guò)中斷處理程序，將CAN的數(shù)據(jù)楨信息存儲(chǔ)于片外RAM。

　　在通過(guò)GPRS發(fā)送前，必須將CAN的數(shù)據(jù)包封裝成符合TCP/IP協(xié)議棧的數(shù)據(jù)包格式，這時(shí)就需要TCP/IP 協(xié)議芯片（E5112），最后再通過(guò)GPRS模塊（MC351）將數(shù)據(jù)發(fā)送到終端。

　　為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力，在CAN控制器和CAN驅(qū)動(dòng)器之間加入了使用高速光電隔離器件6N137構(gòu)成的隔離電路，電路原理圖如圖：

　　程序模塊圖如下：

　　四、結(jié)束語(yǔ)

　　將CAN現(xiàn)場(chǎng)控制總線與成熟網(wǎng)絡(luò)結(jié)合，讓CAN通訊的工業(yè)測(cè)控設(shè)備、汽車(chē)電子設(shè)備、醫(yī)療電子設(shè)備等也能在有、無(wú)線中進(jìn)行信息傳遞，勢(shì)必使工業(yè)信息化走上一個(gè)新的臺(tái)階。要想廣范圍的實(shí)施CAN網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換技術(shù)，我們還必須面對(duì)標(biāo)準(zhǔn)制定，數(shù)據(jù)安全性，網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性等多方面的挑戰(zhàn)。