基于ATMEGA128的CAN-GPRS網(wǎng)關(guān)設

1． 引言

CAN（Controller Area Network）即控制器局域網(wǎng)，屬于工業(yè)現(xiàn)場總線的范疇。CAN總線與一般的通信總線相比，數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實時性和靈活性，其應用范圍已擴展到自動控制、航空航天、機械工業(yè)及傳感器等領域。

GPRS(General Packet Radio Service)是通用分組無線業(yè)務的簡稱。相對原來GSM的撥號方式的電路交換數(shù)據(jù)傳送方式，它是一種基于第二代移動通信系統(tǒng)GSM的無線分組交換技術(shù)，提供端到端的、廣域的無線IP連接。具有“實時在線”、“按量計費”、“快捷登錄”、“高速傳輸”的優(yōu)點。www.51kaifa.com

隨著GPRS移動通信技術(shù)的成熟，通過CAN-GPRS網(wǎng)關(guān)將CAN現(xiàn)場設備網(wǎng)和遠程技術(shù)控制中心聯(lián)系起來，使遠程技術(shù)控制中心具備了對CAN現(xiàn)場設備網(wǎng)的即時反應、遠程監(jiān)測以及遠程診斷的能力。

2． CAN-GPRS網(wǎng)關(guān)硬件電路設計

2．1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖

圖 1 CAN-GPRS網(wǎng)關(guān)原理框圖

CAN-GPRS網(wǎng)關(guān)由CAN收發(fā)器、CAN控制器、微控制器、RS-232接口、GPRS模塊組成。原理如圖1所示。微控制器對CAN和RS-232接口的數(shù)據(jù)進行處理與轉(zhuǎn)發(fā)實現(xiàn)網(wǎng)關(guān)的功能。

在本文的應用中，CAN現(xiàn)場設備網(wǎng)包括CAN主控器和CAN設備，網(wǎng)絡通信包含三種數(shù)據(jù)，CAN主控器發(fā)送的命令數(shù)據(jù)，CAN設備發(fā)送的設備數(shù)據(jù)和心跳數(shù)據(jù)。CAN-GPRS網(wǎng)關(guān)對CAN現(xiàn)場設備網(wǎng)的數(shù)據(jù)進行監(jiān)聽，對CAN設備發(fā)往CAN主控器的心跳數(shù)據(jù)和CAN主控器發(fā)往CAN設備的命令數(shù)據(jù)進行過濾，而只讓CAN設備發(fā)送的設備數(shù)據(jù)通過GPRS網(wǎng)絡傳輸至遠程技術(shù)控制中心。遠程技術(shù)控制中心則通過GPRS網(wǎng)絡將命令數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至CAN現(xiàn)場設備網(wǎng)。www.51kaifa.com

2．2 系統(tǒng)硬件電路設計

本文采用ATMEGA128作為系統(tǒng)微控制器，ATmega128為基于AVR RISC結(jié)構(gòu)的8位低功耗CMOS微控制器，具有128K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash，4K字節(jié)的內(nèi)部SRAM，4K字節(jié)的內(nèi)部EEPROM，使得系統(tǒng)無需外擴ROM和RAM即可實現(xiàn)網(wǎng)關(guān)的功能。CAN控制器采用應用非常廣泛的PHILIPS半導體的獨立CAN控制器SJA1000。CAN收發(fā)器采用 PHILIPS的TJA1040，在功能上TJA1040是PCA82C250/251高速CAN收發(fā)器的后繼產(chǎn)品。ATMEGA128與SJA1000 以外部總線方式連接。SJA1000的8位數(shù)據(jù)/地址復用總線、控制總線分別與ATMEGA128的數(shù)據(jù)/地址復用總線、控制總線連接；ATMEGA128高8位地址總線的A8位經(jīng)74F04反向后連接至SJA1000的片選引腳；SJA1000的中斷輸出引腳是開漏輸出，通過上拉電阻連接至ATMEGA128的INT0引腳。ATMEGA128與SJA1000接口電路圖如下圖所示：www.51kaifa.com

ETPro++ GPRS模塊是一款內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議的GPRS Modem，通常適用于不具備TCP/IP協(xié)議棧的單片機系統(tǒng)。ETPro++ GPRS模塊的硬件接口為RS-232接口。ATMEGA128的UART0經(jīng)MAXIM3232電平轉(zhuǎn)換后與ETPro++ GPRS模塊的RS-232接口連接。具體接口電路圖如下圖所示：www.51kaifa.com

3． CAN-GPRS網(wǎng)關(guān)軟件程序設計

3．1 引入μC/OS-II實時操作系統(tǒng)

CAN-GPRS網(wǎng)關(guān)對系統(tǒng)的實時性和可靠性要求較高，在系統(tǒng)中嵌入μC/OS-II將增強系統(tǒng)的實時性和可靠性。采用 μC/OS-II 實時操作系統(tǒng)簡化了設計過程，把應用程序代碼分割成單獨的任務，所有時間占重要地位的事件可以盡可能快和有效的得到處理。系統(tǒng)包括初始化和任務兩大部分。系統(tǒng)初始化又包括微控制器初始化、CAN初始化、GPRS模塊初始化。任務包含CAN接收數(shù)據(jù)處理、GPRS接收數(shù)據(jù)處理兩個任務。

3．2 CAN的初始化

由于需要監(jiān)聽CAN現(xiàn)場設備網(wǎng)所有節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)，所以對SJA1000的驗收屏蔽寄存器（AMR）所有位置位以保證可以接收總線上的所有數(shù)據(jù)。下面給出這部分的源代碼：

INT8U SJA1000Init(void) www.51kaifa.com

{

if( SJA1000_CREATE_COMMUNATION() )

return FALSE; //SJA1000接口出錯，返回

if( SJA1000_ENTER_RETMODEL() )

return FALSE; //SJA1000進入復位模式出錯，返回

SJA1000_SET_OUTCLK(0xaa,0xc8); //Pelican 模式

SJA1000_SET_BANDRATE(ByteRate_125k); //設置波特率為125Kbps

SJA1000_SET_OBJECT(0,0xff); //設置驗收代碼寄存器、驗收屏蔽寄存器

SJA1000_SET_MOD(); //單濾波器模式

if( BCAN_QUIT_RETMODEL() )

return FALSE; //SJA1000退出復位模式出錯，返回

SJA1000_BCANAdr = (INT8U *)REG_IER; //訪問中斷使能寄存器

*SJA1000_BCANAdr = 0xFD; //使能接收中斷

return (0);

}

3．3 GPRS模塊的初始化

ETPro++ GPRS模塊有兩種工作模式，一種是命令模式，一種是SerialNET模式。在命令模式下的通信,期間需要用命令進行干預。而在SerialNET模式下一旦配置好該模式的參數(shù)，進入該模式后，就可以直接按設定的參數(shù)進行數(shù)據(jù)傳輸，而無需再進行干預了。www.51kaifa.com

在本設計中采用的是SerialNET模式。GPRS模塊的初始化首先通過UART0發(fā)送三個’+’退出在線模式，之后大約等待15秒左右，收到I/ERROR (056)CR>之后即可以向模塊發(fā)送命令。發(fā)送AT+IUPCR>命令上線并建立一個PPP Internet連接開始Internet會話，收到I/ONLINECR>后即成功上線。再發(fā)送AT+I!SNMDCR> 激活SerialNET長連接模式，收到I/DONECR>即進入serialNET模式，此時則可進行數(shù)據(jù)傳輸。（源代碼略）

3．4 CAN接收數(shù)據(jù)處理任務

CAN數(shù)據(jù)的接收與處理通過外部中斷0來實現(xiàn)，當數(shù)據(jù)接收完成時產(chǎn)生中斷，在中斷程序中發(fā)送CAN信號量通知CAN接收數(shù)據(jù)處理任務對收到的數(shù)據(jù)進行處理。其流程圖如下（源代碼略）：

3．5 GPRS接收數(shù)據(jù)處理任務

GPRS數(shù)據(jù)的接收與處理通過UART0接收中斷來實現(xiàn)，在UART0接收中斷程序中發(fā)送UART0信號量通知GPRS接收數(shù)據(jù)處理任務對收到的數(shù)據(jù)進行處理。不同的是通過UART0將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到CAN接口上，就不再贅述。

4． 結(jié)束語

本文設計的CAN-GPRS網(wǎng)關(guān)電路簡單可靠, 使用方便?，F(xiàn)已應用于某工程當中，實際運行狀況良好，數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定可靠，很好的達到了預期設計的效果。

本文作者創(chuàng)新點：采用GPRS模塊將CAN現(xiàn)場設備網(wǎng)通過GPRS與遠程技術(shù)控制中心聯(lián)系起來，實現(xiàn)了遠程技術(shù)控制中心對CAN現(xiàn)場設備網(wǎng)的即時反應、遠程監(jiān)測以及遠程診斷。

參考文獻:

[1] 陳嘯吶，賀前華，蘇勇.基于LPC2119的RS485-CAN總線轉(zhuǎn)換器設計[J].微計算機信息，2006，5-2:20-22

[2] 饒運濤，鄒繼軍，鄭勇蕓.現(xiàn)場總線CAN 原理與應用技術(shù)[M].北京航空航天大學出版社, 2003

[3] Labrosses Jean J, 袁勤勇等譯.嵌入式系統(tǒng)構(gòu)件[M].機械工業(yè)出版社, 2002www.51kaifa.com

[4] Labrosses Jean J, 邵貝貝等譯.嵌入式實時操作系統(tǒng)μC/OS II[M].北京航空航天大學出版社,2003

[5] 耿德根,宋建國,馬潮,葉勇建.AVR高速嵌入式單片機原理與應用[M].北京航空航天大學出版社, 2001