基于CAN总线的分布式嵌入式远程监控研制

1、基于can总线的分布式嵌入式远程监控研制介绍了针对通信用多逆变模块电源设备的远程监控要求，利用can与底层多逆变模块衔接、通过web服务器连入internet的远程监控系统。本系统授权用户可在internet随意一点应用扫瞄器拜访该系统，实现对底层设备群的监控和管理。该系统也可以移植应用到楼宇、工业底层现场设备网络等远程监控场合。随着计算机技术和网络技术的飞快进展，internet网已成为信息沟通的重要渠道，基于webb/s(browser/server)远程监控技术的应用也越来越广泛。将这种技术应用于工业现场控制，用户可在internet接入的地方，实现对工业现场设备举行远程监控，是当前倍受

2、关注和讨论热点的真正意义上的工业控制远程监控系统。can bus是一种有效支持分布式控制和实时控制的优秀工业控制现场总线，与其它通信总线相比，具有突出的牢靠性、实时性和灵便性。由组成的分布式控制系统与internet网络衔接的嵌入式系统集成后的远程监控系统，可把工业控制现场的数据信息实时牢靠地传输，实现工控现场与管理信息系统(mis)的无缝衔接。本系统针对通信用多逆变模块电源系统的远程监控要求，通过can总线与底层多逆变衔接、通过web服务器接入internet的嵌入式系统，胜利实现了对底层工业现场设备的远程监控和管理。can总线与嵌入式操作系统can(controller area net)

3、总线can总线是一种多主总线，通信速率可达1mb/s。can总线的通信接口集成了can协议的物理层和数据链路层功能，可完成包括位填充、数据块编码、循环冗余检验、优先级判别等通信数据的成帧处理。can bus协议废除了传统的站地址编码，采纳了对通信数据块举行编码的方式，这种办法可使网络内的节点个数在理论上不受限制。数据块的标识码由11位或29位二进制数组成，即可定义211或229个不同的数据块。这种按数据块编码的方式，可以使不同的节点同时接收到相同的数据，这一点在分布式控制系统中十分实用。由于can bus采纳短帧格式通信，每帧最多有8个字节数据，可满足工业领域中控制指令、工作状态及测试数据的普

4、通要求。同时，8个字节不会占用总线时光过长，保证了通信系统的实时性要求。同时can bus协议采纳crc检验并提供相应的错误处理功能，保证了数据通信的牢靠性。can总线的上述特点十分适合工业现场过程监控设备的互连。can总线采纳多主竞争方式工作和非破坏性总线仲裁技术，总线上随意节点可在随意时刻主动地向网络上其它节点发送信息而不分主次，各节点之间实现自由通信。当多个节点同时向总线发信息时，优先级较低的节点会主动退动身送，而优先级较高的节点不受影响。大大节约了总线矛盾仲裁时光，在网络负载很重的状况下，也不会浮现网络瘫痪的状况。因此，适用于分布式监控系统的数据通讯。嵌入式操作系统嵌入式操作系统(em

5、bedded operation system简称eos)是嵌入式技术或嵌入式系统的关键技术之一。嵌入式系统(embedded system)是对功能、牢靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。容易的嵌入式系统并不用法操作系统，只包含一些控制流程。但当功能复杂化以后(像用户界面和网络支持等)，容易的流程控制不能满足系统的要求，这时就必需考虑采纳操作系统作为系统软件。嵌入式操作系统uclinux是在2. 0版本的基础上裁减掉存储器管理单元(memory management unit简称mmu)得到的。此外，为了将系统设置成为网络服务器，需另外移植并调试通过支持公共网关接口(cg i：

6、common gateway interface)的http服务器软件boa。系统工作原理系统简介针对通信用多逆变模块电源系统的远程监控要求，在嵌入式核心板的基础上扩展了can总线接口，囫囵系统称为嵌入式远程监控系统(ucremm)。它基于motorola公司的coldfire5272cpu，2m flashmemory、32m dram以及uart、ethernet网卡等外围设备接口，can总线控制芯片采纳英飞凌的82c900，spi接口支持can2. 0b。监控系统板利用rs232串口线和双绞线与宿主pc机相连，组成可以交错编译的开发环境。编译语言为标准c，在宿主pc机上编译内核并下载到u

7、cremm板上，由ucremmmount上宿主机上的应用程序开发名目，就可以在pc机的l inux环境下举行嵌入式应用程序开发，最后重新编译包括应用程序的内核并烧写到ucremm上的flashmemory 就完成了监控系统的软件。系统结构及结构流程系统结构1所示。图1 监控系统结构框图本系统由嵌入式ucremm与现场数据采集节点组成主从(masterand slave)关系，数据结构参考can总线通讯协议。1)系统下层结构流程。由主站按授权用户要求向指定系统发出查询信息，实现对工控现场节点查询功能；各个can节点随时监听总线，当发觉总线上有地址段与自己的地址相同的帧时，再推断是远程帧还是数据帧

8、：假如是远程帧，则由canbus节点按既定协议发送数据到总线上；否则节点开头接收canbus上的数据帧。嵌入式ucremm与internet的互联以及与用户的交互功能，则由其嵌入式操作系统中的网络服务器来完成。嵌入式ucremm上配有以太网接口rj45，当用网线把ucremm与internet衔接，并配置好ip地址且运行网络服务器后，授权用户就可在internet上任何一台机器的扫瞄器中敲入ip地址，拜访存在嵌入式ucremm中的主页了。2)用户与服务器的交互是通过cgi程序来完成的。容易地讲，cgi是一个运行在web服务器上的程序，由扫瞄器的输入触发。这个脚本通常是客户端与服务器中其他程序如

9、数据库的桥梁。用户可以通过点击页面，查询来自现场的数据，如逆变模块的、和功率等；或者发送指令，如设置模块最高直流输入和沟通输出等数值。can总线通讯协议及程序流程目前有3种can通讯协议，包括can2. 0a，can2. 0b和can2. 0b passive，can2. 0b是最通用的can通讯协议。can的3种通讯协议间的区分就是协议中定义的标识符的长度不同。can2. 0a协议中仅定义了具有11位标识符的标准帧数据结构，can2. 0b协议中除了定义标准帧外还定义了具有29位标识符的扩展帧数据结构。本系统定义在can总线上传输的数据包为标准帧格式，它分为远程帧和数据帧两种，区分远程发送哀

10、求位是否置位。标准帧的数据结构如表1所示。表1 标准帧格式在设计中，本系统以嵌入式监控系统来完成对各个分布的逆变电源模块的参数上传和设置。当can控制器发出要求逆变电源模块上传数据的远程帧时，系统定义了远程帧中的11位标识符中高5位作为各模块的模块号标识，同样在各模块的can控制器中的msg id 寄存器也作了相应的设置。另外在帧格式中的远程发送哀求位必需置“1”，dlc全置“0”，数据域很多据信息。远程帧举例见表2。表2 远程帧举例当can控制器发出设置逆变模块开关和模块参数的数据帧时，定义中除了标识符的设置外，远程发送哀求位被置为“0”，dlc置“1000”表示一帧数据信息中的数据域有8个

11、节字的数据要发送。can控制器发送设置(修改)逆变模块参数的数据帧时，数据结构如表3所示。表3 模块参数格式在can控制器发送设置逆变模块开关机的数据帧时，开关机信息由一位数据表示，紧跟指令编码。当数据值为0fh时，表示逆变模块关机；当数据值为01h时，表示逆变模块开机。除了发送数据信息外，系统还要接收来自各个逆变模块的告警信息帧和模块参数数据帧信息，接收数据帧的格式仍然参考上例制定。主站程序流程图2所示。图2 主站程序流程图网络服务器配置及主页设计通过在嵌入式ucremm上的uclinux操作系统上移植http服务器软件boa，并设置其配置文件(boa. conf)，可以指定主页和cgi程序

12、所在路径。这里cgi程序用编写，其实就是一些应用程序，如can通讯数据等，只是它能由远程扫瞄器通过点击主页而激活，从而实现扫瞄器和服务器的交互功能。3所示，用户在远程扫瞄器中输入嵌入式webserver的ip地址后，需要登录取户名及密码，当得到服务器确认后，进入监控界面。图4为监控系统登陆界面，图5为系统主参数界面。图3 扫瞄器和服务器的交互功能暗示图图4 监控系统登陆界面图5 系统主参数界面利用网页来显示监控界面, 使监控系统由传统的c?s 模式(clien t?server) 改变为更先进的b?s 模式(b row ser?server) , 不仅节约了购买和开发监控上位机软件的费用, 而且使之成为不受地域限制上的真正意义的远程监控系统。总结嵌入式系统具有可裁减、体积小和进程及内存管理、网络支持等功能的独特设计