国际电气、电子和仪器工程高级研究杂志
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针对。Suddapalli, A.Raghuram
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| 有关文章载于Pubmed，谷歌学者 |
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在现代工农业生产中，传感器值的变化反映了设备的运行状态和许多物理特性的变化，因此温度等模拟参数是需要监测的重要参数，特别是在恶劣的环境中。因此，它是最有效、最经济的设备安全监测手段。本课题设计了一个传感器值远程监控嵌入式系统平台。系统采用LPC2148单片机作为CPU。系统通过分布式数据采集节点的CAN总线和USB总线协议数据转换，实现实时远程数据采集监控和存储。该项目的主要目的是通过避免在温度、湿度、LDR等设备的异常条件下操作，为工业机器提供更多的安全性。控制器局域网(CAN)是一种串行、异步、多主通信协议，用于连接汽车和工业应用中的电子模块。CAN协议具有成本低，易于实现，点对点网络，具有强大的错误检查和更高的传输速率1Mbits等特点。CAN网络是由不同节点组成的点对点网络。这些节点可以监测不同的参数，并可以更新到中央控制单元。主要用于工业和汽车在危险环境中使用，性能可靠。使用CAN协议，我们可以将数据从一个节点发送到另一个节点。这里我们有两个节点，每个节点包含基于ARM7的LPC2148微控制器，MCP2515 (CAN控制器)，MCP2551 (CAN TRANSRECEVER)。 In first node we are interfacing sensors, in second node contains PC. Node 1 will measure the sensor values and send these values to node 2 through CAN bus. This node 2 will display according to the data it received. The Can protocol is implemented using SPI lines of ARM7.
关键字 |
| CAN总线，基于ARM7的LPC2148单片机 |
I.INTRODUCTION |
| 控制器局域网(CAN)总线有两种通信格式:一种是2.0A(标准格式)，另一种是2.0B(扩展格式)。CAN 2.0A格式有一个11位标识符，CAN 2.0B格式有一个29位标识符。它们可以同时在同一个网络中活动，从而在集成系统中提供更好的灵活性。CAN总线的主接口是ISA或PCI总线，应用不广泛。本研究的目的是设计一种方便的低成本CAN-USB转换器，以使用笔记本电脑或台式电脑的USB端口控制CAN设备。 |
| 汽车行业使用控制器区域网络(CAN)作为车内网络，用于发动机管理、车门和车顶控制、空调和照明等车身电子设备以及娱乐控制。如今，绝大多数汽车制造商也开始实施基于CAN的车辆自动化。CAN网络用于发动机管理，连接多个ecu。 |
| 在所提出的系统中，我们使用温度、水蒸汽量和车辆的照明都通过CAN控制器连接在一起，这些数据将显示在LCD和使用HID终端的PC上。 |
二问题提纲 |
| 现在一天我们正在使用RS232线来实现这个项目。RS232是一种老式的低速串行总线通信协议。较大的电压波动和对正负电源的要求增加了接口的功耗，并使电源设计复杂化。电压波动要求也限制了兼容接口的最高速度。在现代工农业生产中，传感器值的变化反映了设备的运行状态和许多物理特性的变化，因此温度等模拟参数是需要监测的重要参数，特别是在恶劣的环境中。因此，它是最有效、最经济的设备安全监测手段。 |
3项目目标 |
| 本课题的目标是设计和开发基于ARM7的CAN-USB转换器数据接收系统。 |
| 这个项目的目标是: |
| 一、研究CAN控制器的基本操作。 |
| 2设计和开发CAN到USB数据转换 |
| 3利用GSM系统设计警报系统，实时发送车辆整体信息。 |
1 v。研究范围 |
| 完成这个项目所需要的研究范围包括以下标准 |
| 1.LPC2148知识体系结构 |
| 2.ARM7 C语言编程。 |
| 3.研究涉及AT命令的调制解调器功能。 |
| 4.电路和设备，需要构造设备和建立必要的通信之间的设备。 |
| 5.CAN协议与USB之间的通信由串行通信完成 |
五、通信接口:usb和无线协议 |
| 遥控机器人控制器的关键功能是管理操作员和机器人之间的通信。通过无线传输，机器人有了更大的自由。通信接口(有线和无线)已经有了很大的进步，现代USB和无线协议为控制系统提供了许多优势。 |
| 在大多数现代控制系统中，数据传输是串行的。数据以数字和顺序的方式在最少数量的传输线(或无线通道)上以比特流的形式发送。大多数微控制器能够同步(使用时钟信号)或异步(使用内部定时)自动解码串行传输。设备之间的布线和传输可以通过许多协议来完成。在过去，RS-232是标准的串行协议，用于具有9针串行I/O端口的计算机。通用串行总线(USB)提供了更快、更可靠的协议，并已取代RS-232作为标准接口。然而，开发USB硬件和软件有些困难。 |
VI.GSM模块 |
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7能控制器 |
| Microchip Technology的MCP2515是一个独立的控制器区域网络(CAN)控制器，实现了CAN规范2.0B版本。它能够传输和接收标准和扩展数据以及远程帧。MCP2515有两个接收掩码和六个接收过滤器，用于过滤掉不需要的消息，从而减少主机mcu的开销。MCP2515通过行业标准串行外设接口(SPI)与微控制器(mcu)接口。 |
| CAN模块处理CAN总线上接收和传输消息的所有功能。通过首先加载适当的消息缓冲区和控制寄存器来传输消息。通过SPI接口使用控制寄存器位或使用传输使能引脚来启动传输。状态和错误可以通过读取适当的寄存器来检查。在CAN总线上检测到的任何消息都将检查是否有错误，然后与用户定义的过滤器进行匹配，以查看是否应该将其移动到两个接收缓冲区中的一个。 |
8远程监控使用无线传感器网络(wsn)，蓝牙，wifi, zigbee技术 |
| 采用这些技术的系统由于其灵活性、低运营费用等优点而广受欢迎。如今，无线传感器网络被越来越多的应用于商业。(Wijetunge et al.， 2008)设计了一种通用控制模块，具有同时控制和传感多达5个设备的能力。控制模块与远程服务器之间的通信采用蓝牙技术。服务器可以同时与许多这样的模块通信。该控制器基于ATMega64单片机和蓝牙通信TDK Blu2i (Class 1)模块，提供串行接口进行数据通信。所设计的控制器部署在家庭自动化应用中，用于选定的一组电器。 |
| (Harms et al.， 2010)描述了新兴的无线传感器网络(WSN)用于桥梁的自主结构健康监测SHM系统。在SmartBrick网络中，基站和传感器节点从板载和外部传感器收集数据。传感器节点通过ZigBee连接将准静态传感器(例如温度传感器、应变计和地震探测器)的数据传输到基站。基站处理这些数据，并通过移动电话基础设施提供的GSM/GPRS链路将这些数据与产生的警报一起传送到许多目的地。 |
9应用领域 |
| 近99%的处理器最终被用于嵌入式系统。嵌入式系统市场是增长最快的领域之一，因为这些系统应用于各个细分市场——消费电子、办公自动化、工业自动化、生物医学工程、无线通信、数据通信、电信、交通、军事等。 |
| 家用电器:在家里，我们使用了许多嵌入式系统，包括数码相机、数码日记、DVD播放机、电子玩具、微波炉、电视和空调遥控器、VCO播放器、视频游戏机、录像机等。今天的高科技汽车有大约20个嵌入式系统，用于传动控制、发动机火花控制、空调、导航等。就连手表现在也变成了嵌入式系统。掌上电脑是功能强大的嵌入式系统，我们可以使用它执行许多通用任务，如玩游戏和文字处理。 |
| 办公自动化:采用嵌入式系统的办公自动化产品有复印机、传真机、按键电话机、调制解调器、打印机、扫描仪等。 |
| 受精:测试和测量是所有科学和工程活动的基本要求。我们在实验室里用来测量重量、温度、压力、湿度、电压、电流等参数的测量设备都是嵌入式系统。示波器、频谱分析仪、逻辑分析仪、协议分析仪、无线电通信测试仪等测试设备都是围绕强大处理器构建的嵌入式系统。由于小型化，测试和测量设备现在变得便携，便于现场人员在现场进行测试和测量。 |
| 安全:人员和信息安全一直是一个重大问题。我们需要保护我们的家园和办公室;还有我们传输和存储的信息。为安全应用开发嵌入式系统是当今最赚钱的业务之一。家庭、办公室、机场等用于认证和验证的安全设备都是嵌入式系统。在嵌入式系统中，将近99%的处理器都是加密设备。嵌入式系统应用于。每个工业领域——消费电子、运输、航空电子、生物医学工程、制造、过程控制和工业自动化、数据通信、电信、国防、安全等。用于加密在通信链路(如电话线)上传输的数据/语音。使用指纹和人脸识别的生物识别系统现在被广泛用于银行应用程序的用户身份验证以及高安全性建筑物的访问控制。 |
X.通用微处理器 |
| 1.计算机中央处理器 |
| 2.CPU芯片本身没有RAM, ROM, I/O |
| 3.例子:英特尔的x86 |
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西项目框图及其描述 |
| 设计框图如图4.1所示。它由电源单元、单片机、CAN、GSM、传感器(温度、湿度、LDR)、LCD组成。每个单元的简要说明如下。 |
| 框图: |
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| 1.实现CAN V2.0B在1 Mb/s: |
| A.数据字段中0 - 8字节的长度 |
| b.标准和扩展数据以及远程帧 |
| 2.接收缓冲区，掩码和过滤器: |
| a.两个接收缓冲区，具有优先级消息存储 |
| b. 6个29位滤波器 |
| c. 2个29位掩码 |
| 3.对前两个数据字节进行数据字节过滤(适用于标准数据帧) |
| 4.三个具有优先级和中止功能的传输缓冲区 |
| 5.高速SPI接口(10mhz): |
| a. SPI模式0,0和1,1 |
| 6.一拍模式确保消息传输只尝试一次 |
| 7.带可编程预分频器的打卡销: |
| a.可作为其他设备的时钟源 |
| 8.帧开始(SOF)信号可用于监控SOF信号: |
| a.可用于基于时隙的协议和/或总线诊断，以检测早期总线退化 |
| 9.中断输出引脚可选择启用 |
| 10.缓冲区全输出引脚可配置为: |
| a.中断每个接收缓冲区的输出 |
| b.通用输出 |
十二。GSM调制解调器 |
| 这款GSM Modem可以接受任何GSM网络运营商的SIM卡，就像手机一样，有自己唯一的电话号码。使用此调制解调器的优点是可以使用其RS232端口进行通信和开发嵌入式应用程序。应用程序，如短信控制，数据传输，远程控制和日志可以很容易地开发。调制解调器既可以直接连接到PC机串口，也可以连接到任何微控制器。它可以用来发送和接收短信或拨打/接收语音电话。它还可以在GPRS模式下连接到互联网，并用于数据记录和控制的许多应用程序。在GPRS模式下，您还可以连接到任何远程FTP服务器并上传文件进行数据记录。这款GSM调制解调器是一款高度灵活的即插即用四频GSM调制解调器，可直接轻松集成到RS232应用程序中。支持语音、短信、数据/传真、GPRS和集成的TCP/IP堆栈等功能。 |
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十三。液晶显示 |
| LCD是液晶显示器的缩写。LCD正在广泛使用，以取代led(七段led或其他多段led)，原因如下: |
| 1.液晶显示器价格的下降。 |
| 2.能够显示数字，字符和图形。这与led形成对比，led只能显示数字和几个字符。 |
| 3.将刷新控制器合并到LCD中，从而减轻了CPU刷新LCD的任务。相反，CPU必须刷新LED以保持显示数据。 |
| 4.易于编写字符和图形。 |
| 这些组件是专门用于微控制器的，这意味着它们不能被标准IC电路激活。它们用于在微型LCD上写入不同的信息。 |
十四。结果和讨论 |
| 一)结果 |
| 成功地完成了“基于can协议的环境监测与设备控制的设计与实现”的实现。在设计中，不同模块之间的通信没有任何干扰。设计是为了满足所有的规格和要求。在硬件实现之前，使用keil uvision模拟器、proload等软件工具将源代码转储到微控制器中，或者使用cad lite进行原理图的绘制。电路在Orcad中实现，并在单片机板上实现。通过软件仿真和硬件设计验证了该方法的性能。整个电路经过了完整的功能验证，并遵循应用软件的要求。可以看出，本工作实现的设计具有可移植性、灵活性，数据传输功耗低。 |
B)结论 |
| 为开发低成本的CAN-USB转换器提供了一种有效的解决方案，该转换器能够通过台式机或笔记本电脑的USB端口接收CAN数据并控制CAN设备。在温度、光照、湿度等传感器系统的工业和车辆中，采用CAN控制器对电气参数进行控制。 |
参考文献 |
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