以太網(wǎng)與CAN總線的網(wǎng)橋設(shè)計

• 立項背景

當(dāng)今社會對大學(xué)生的創(chuàng)新能力有很高的要求，實驗室為學(xué)生提供了很好地學(xué)習(xí)平臺，但是實驗室開放時間有限制，不方便學(xué)生在課余及假期前去做實驗。另外實驗室管理制度不夠完善，往往存在儀器損壞、老化卻得不到及時維護(hù)等問題。

該設(shè)計以PIC32自帶的以太網(wǎng)模塊作為和外界網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系的橋梁，實現(xiàn)對實驗室（模型）的系統(tǒng)化管理。該系統(tǒng)可通過以太網(wǎng)遠(yuǎn)程開啟實驗室門禁，并對實驗室內(nèi)各種設(shè)備儀器的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。在實驗室內(nèi)部采用物理結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉的CAN總線實現(xiàn)實驗室的各個設(shè)備的連接與通信。

本系統(tǒng)以方便老師方便學(xué)生為宗旨，即使在節(jié)假日老師也可以為學(xué)生提供一個實驗平臺，且不用到實驗室就可以了解實驗室的各種狀況。為學(xué)校實驗教學(xué)提供了一種新管理模式，大大縮減了學(xué)校的管理經(jīng)費，同時解決了儀器損壞發(fā)現(xiàn)維修不及時的問題。

該系統(tǒng)擁有著廣闊的應(yīng)用前景，應(yīng)用在實驗室平臺只是一個方面。在智能家居，工廠流水工作車間等，均可應(yīng)用該設(shè)計的思想理念。

• 項目內(nèi)容

2.1 項目概括

本設(shè)計采用實驗室內(nèi)PIC32以太網(wǎng)的模塊和外界通訊，實時監(jiān)控整個實驗室的工作狀態(tài)。另外PIC32作為系統(tǒng)的控制核心，綜合調(diào)度實驗室的各種設(shè)備儀器，以達(dá)到安全、節(jié)能的效果。外圍模塊可分別完成實驗室門禁的開啟與關(guān)閉，根據(jù)外界光強(qiáng)對實驗室的光線進(jìn)行調(diào)節(jié)，外對實驗室內(nèi)的溫控系統(tǒng)加以控制涉等。該設(shè)計涉及到光（如室內(nèi)光強(qiáng)度智能調(diào)控）、電（如設(shè)備電源管理）、溫度（如恒定溫度控制）等多種信號的處理，同時實現(xiàn)自動化管理，實現(xiàn)智能實驗室的要求。

2.2 項目模塊介紹

本設(shè)計主要包括：以太網(wǎng)遠(yuǎn)程通訊模塊，主要負(fù)責(zé)遠(yuǎn)程PC機(jī)與MCU間的通訊；MCU控制模塊，主要負(fù)責(zé)信息匯總以及各模塊間的通訊、協(xié)調(diào)和控制；門禁系統(tǒng)模塊，完成在特定條件下對模擬實驗室平臺大門的開啟和關(guān)閉，并將其狀態(tài)向MCU匯報；室內(nèi)電源控制模塊，主要對室內(nèi)電源的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測和控制，及時向MCU反饋各種設(shè)備的供電信息；光控模塊，主要負(fù)責(zé)對模擬實驗室室內(nèi)光強(qiáng)的監(jiān)測、調(diào)節(jié)和控制；智能加熱控制模塊既可以按預(yù)設(shè)模式獨立工作，也可以接收來自CAN總線MCU的命令，并按其要求工作。

2.3 設(shè)計目標(biāo)

2.3.1 遠(yuǎn)程控制

本設(shè)計主要實現(xiàn)遠(yuǎn)程對實驗室的監(jiān)測與控制，同時該設(shè)計也兼容本地控制管理操作。由于PIC32具有豐富的片內(nèi)資源，可利用系統(tǒng)以太網(wǎng)host實現(xiàn)便捷的以太網(wǎng)通訊，遠(yuǎn)程PC機(jī)可直接管理系統(tǒng)運(yùn)行。以實驗室平臺模型為例，當(dāng)用戶（老師）需要打開實驗室時，可直接通過遠(yuǎn)程PC機(jī)下達(dá)指令，以以太網(wǎng)為媒介進(jìn)行通訊，當(dāng)MCU接收到用戶發(fā)出的指令后，按照具體要求通過CAN總線來傳輸控制信號，門禁系統(tǒng)識別相應(yīng)的信息后即可開啟實驗室大門。

2.3.2 本地實時監(jiān)測

本設(shè)計可實現(xiàn)對整個實驗室環(huán)境的整體監(jiān)測。當(dāng)設(shè)備正常工作后，各個模塊通過CAN總線每隔一段時間向MCU發(fā)送狀態(tài)報告，MCU根據(jù)收到的反饋信息做出相應(yīng)的決策，并向相應(yīng)設(shè)備發(fā)出下一步的命令，如此反復(fù)即可實現(xiàn)對整個實驗平臺的智能化管理。

• 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖

整個系統(tǒng)以PIC32為核心，采用以太網(wǎng)實現(xiàn)和外界的通信，系統(tǒng)內(nèi)部采用CAN總線連接。

該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示：

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖A

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖B

該系統(tǒng)軟件設(shè)計采用基于事件觸發(fā)的設(shè)計原則：

圖3 系統(tǒng)軟件流程圖A

圖4 系統(tǒng)軟件流程圖B