基于嵌入式CAN总线的远程工业监控系统设计

1 引言

    Internet飞速发展，已成为信息交流的重要渠道，而基于Web B/S(Browser/Server)的远程监控技术应用也越来越广泛。将这种技术应用于工业现场控制，用户在Internet接人的地方，实现对工业现场设备进行远程监控，是当前倍受关注和研究热点的真正意义上的工业控制远程监控系统。

2 监控系统整体结构

    本文设计了基于CAN总线的嵌入式远程监控系统，可以把工业现场的实时控制数据通过HTTP协议发送到远程浏览器，用于把工业设备接入Internet以实现在远程监控。系统的整体结构如图1所示。

图1 监控系统整体结构图

    嵌入式CAN-HTTP转换与现场数据采集节点组成主从系统，由主站按授权用户要求向指定MCU系统发出查询信息，实现对工控现场节点查询功能，而数据结构参考CAN总线通讯协议。各个CAN节点随时监听总线，当发现总线上有地址段与自己的地址相同的帧时，继而判断是远程帧还是数据帧。如果为远程帧，则由CAN节点按既定协议发送数据到总线上；否则节点开始接收CAN总线上的数据。而嵌入式CAN-HTTP转换与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CAN—HTTP转换上配有无线网卡，当把CAN-HTTP转换与Internet连接，配置好IP地址并运行网络服务器，被授权的用户在Internet上任何一台机器上就可以在浏览器中输入IP地址，访问存在嵌入式Emtranslate中的主页。用户与服务器的交互是通过CGI程序来完成的。用户可以通过点击页面，查询来自现场的数据。

3 监控系统硬件设计

    3.1 CAN总线-HTTP协议连接器

    本文要实现CAN-HTTP转换的功能有：1在硬件上要设计PCMCIA-CAN适配卡；2在软件上要编写适配卡的驱动程序，CAN协议到UDP协议的转换。其CAN-HTTP转换的结构如图2所示。

    从图2可以看出，通过PCMCIA—CAN适配卡IXP42 5可以访问CAN总线上的数据，从而可以把CAN协议的数据转换成UDP数据通过无线网卡转发到Internet上，在远程就可以监控CAN总线上设备的状态。

    3.2 PCMCIA—CAN适配卡

    本文选用Zilog公司的接口芯片Z86017设计了PCMCIA-CAN卡。PCMCIA—CAN的结构如图3所示。

图3 PCMCIA-CAN卡结构框图

    4.1 监控系统整体软件结构

    监控系统的整体软件流程如图4所示。用户程序一开始要检测PCMCIA-CAN适配卡的工作状态，工作正常的话才继续后面的操作，不正常就报警循环等待。适配卡工作正常后再加载适配卡的设备驱动程序来初始化适配卡，后从适配卡的接口读取CAN总线上的数据，进行协议转换，把CAN转换成UDP数据包通过无线网卡转发到Intemet上。实现在远程监控本地CAN设备的功能。[page]

图4 监控系统整体软件流程

    4.2 协议转换模块

    系统实现了BasicCAN模式，CAN到UDP数据的封装过程如图5所示。从图5可以看出用户数据每经一层就加了一些数据报头，等数据到了远程的监控端在把这些报头剥离，监控程序得到的就是用户数据，剥离过程对于监控程序都是透明的，它根本不用理会加上去的报头，这些都由下层的协议完成。

图5CAN到UDP数据的封装过程 

    4.3 PCMCIA-CAN适配器模块

    系统加电后，系统将完成插槽初始化、PCCard检测和PCCard配置。软件设计包括2方面，一方面是PCCard侧微控制器对CIS的初始化程序；另一方面是主机侧驱动程序。PCCard侧微控制器对CIS的初始化程序的主要问题是：在PCCard正常工作前，必须由卡上的微控制器对设备进行初始化，即将CIS信息写入属性空间，从而经过主机识别，使主机明确PC Card的应用类型。主机侧驱动程序分为3个层次：用户驱动、插槽服务和卡服务。PCCard侧微控制器对CIS的初始化程序流程如。图6所示。

图6 PCCard侧微控制器对CIS的初始化程序流程图

5 结束语

    本文在stareast开发板的基础上，添加了PCMCIA-CAN适配卡，设计了远程监控系统，基于CAN和HTTP的无缝连接，用户可以在远程使用浏览器监控现场CAN总线上设备工作状态。系统把工业现场总线接入企业的Internet网络实现企业网络的一体化，实现了整个生产的无人监管，大大提高了生产效率，具备良好的实用价值和商业价值。