采用CAN總線和CCll00芯片的嵌入式遠(yuǎn)程測控系統(tǒng)方案設(shè)計

　　中心模塊端，可對C,8051F310采用模擬SPI口的方式與MCP2510連接。

　　2.3 無線測控模塊設(shè)計

　　典型的無線結(jié)構(gòu)包括一個無線發(fā)射器(包括數(shù)據(jù)源、調(diào)制器、RF源、RF功率放大器、天線、電源)和一個無線接收器BJ(包括數(shù)據(jù)接收電路、RF解調(diào)器、譯碼器、RF低噪聲放大器、天線、電源)。發(fā)射器的數(shù)據(jù)通過無線發(fā)射出去，接收器天線接收后進(jìn)行處理，得到經(jīng)過校驗的正確數(shù)據(jù)。

　　系統(tǒng)中選用了CCll00射頻芯片作為無線收發(fā)器，理由如下：

　　(1) 該器件有著極為優(yōu)秀的傳輸能力，空曠傳輸距離可以達(dá)到500m，加了PA的模塊則可以達(dá)到1200m，完全滿足了一般的工廠測控距離要求。

　　(2) 2-FSK，GFSK和MSK支持，抗干擾能力極強(qiáng)，適用于工廠環(huán)境惡劣的生產(chǎn)車間。

　　(3) CCll00是一種低成本、真正單片的UHF收發(fā)器，可以根據(jù)自己的需要配置MCU，使用靈活，且功耗很低，完全可以采用電池供電。

　　(4) 它具有433/868/915 MHz3個波段載波頻率，也可以容易地設(shè)置在300—348 MHz、400—464 MHz和800—928 MHz的其他頻率上。

　　該系統(tǒng)選用了C8051F310作為CCI 100的微控制器。它具有一個增強(qiáng)型外設(shè)接口(SPIO)，具有訪問一個全雙工同步串行總線的能力，具有29個I/O端口、lO位逐次逼近型的ADC和一個25通道差分輸入多路選擇器，滿足了作為數(shù)據(jù)采集的通常需求。

　　CCll00模塊與CPU是采用SPI口進(jìn)行通信的，只需把CCll00的SPI口接到CPU的硬件SPI口上，另外，再將CCll00的GD00或GD02也接在CPU的任意引腳上。如果想要用中斷處理收發(fā)數(shù)據(jù)或是想做無線喚醒的話，該引腳必須接在CPU的外部中斷引腳上。如圖4所示。

　　圖4 現(xiàn)場測控C8051F310與CC1100連接示意圖

　　微控制器除了完成基本的芯片初始化工作、數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收之外，還需要根據(jù)需要在CCll00的引腳產(chǎn)生中斷，并由所編寫的中斷管理程序進(jìn)行狀態(tài)檢測以及切換，并執(zhí)行相應(yīng)的中斷操作，使得無線通信可以在發(fā)射和接收以及待機(jī)之間切換。

　　3、軟件設(shè)計

　　軟件設(shè)計主要包括了CAN總線通信程序模塊、無線通信部分等，其中驅(qū)動程序的設(shè)計是在LINUX下多任務(wù)操作系統(tǒng)下實(shí)現(xiàn)的，多任務(wù)系統(tǒng)中的CAN總線通信程序結(jié)構(gòu)設(shè)計流程圖。如圖5所示。

　　圖5 多任務(wù)系統(tǒng)中的CAN總線通信程序結(jié)構(gòu)CAN總線通信程序的設(shè)計可分為發(fā)送數(shù)據(jù)、接收數(shù)據(jù)和中斷處理3個模塊來實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)中CAN總線的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收是兩個不同的線程。在驅(qū)動程序中建立數(shù)據(jù)發(fā)送和接收緩沖區(qū)。中斷處理程序只負(fù)責(zé)填充(或者讀取)緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)，然后喚醒等待接收(或發(fā)送)數(shù)據(jù)的任務(wù)。數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收都通過獨(dú)立的緩沖區(qū)由中斷來實(shí)現(xiàn)。操作系統(tǒng)的中斷響應(yīng)時間在軟件上決定了CAN總線數(shù)據(jù)的最快收發(fā)速度。

　　MCP2510的初始化，通過函數(shù)static int MCP—device—init(void)實(shí)現(xiàn)?？赏ㄟ^設(shè)置MCP2510中的CNFl、CNF2、CNF3 3個寄存器，實(shí)現(xiàn)不同時鐘下CAN總線通信波特率的設(shè)置。

　　對于無線通信模塊，軟件設(shè)計主要包括09051F310的初始化和CCI 100的初始化以及接收數(shù)據(jù)程序、發(fā)送數(shù)據(jù)程序，通過寄存器的配置實(shí)現(xiàn)其頻率、通道、通信速率等的設(shè)置。函數(shù)void halRfWritePdSettings(RF SETHNGS木pRtSettings)即實(shí)現(xiàn)配置CCll00的寄存器的功能。發(fā)送數(shù)據(jù)通過函數(shù)void halRf-SendPacket(unsigned char譬txBuffer，unsigned char size)實(shí)現(xiàn)，接收數(shù)據(jù)通過函數(shù)unsigned char halRfBeceivePacket(unsigned char rxBuffer，unsigned char length)實(shí)現(xiàn)。在采集模塊中為了做到低功耗還采用了隨機(jī)定時喚醒功能，這樣加上CCll00自帶的CCA功能，可以最大限度地防止信息相撞，從而達(dá)到穩(wěn)定可靠的通信狀態(tài)。

　　4、結(jié)束語

　　基于CAN總線和無線技術(shù)的遠(yuǎn)程集中監(jiān)控系統(tǒng)是數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)絡(luò)傳輸、計算機(jī)軟件等多種技術(shù)的綜合應(yīng)用，適用于對遠(yuǎn)端現(xiàn)場環(huán)境進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，自動化管理，保障工業(yè)生產(chǎn)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。而隨著網(wǎng)絡(luò)及通信技術(shù)的飛速發(fā)展，短距離無線通信以其特有的抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、安全性好、受地理條件限制較少、安裝施工簡便靈活等特點(diǎn)，在測控系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣泛，如何根據(jù)實(shí)際需要選擇合適的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，開發(fā)自己的測控系統(tǒng)成為一個越來越廣泛的課題。在該設(shè)計中采用的CCll00芯片有其局限性，只能實(shí)現(xiàn)星形組網(wǎng)，如果需要組建Mesh網(wǎng)絡(luò)，可考慮把方案中的CCll00換成適用于ZIGBEE協(xié)議的CC2420芯片。