摘要：介紹了一種基于ARM9通過CAN總線進(jìn)行壓力數(shù)據(jù)采集的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)。系統(tǒng)采用S3C2440A作為主處理器，MCP2515作為外接CAN控制器，通過CAN的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)行相連，用MPX2100壓力傳感器實(shí)現(xiàn)分布式壓力數(shù)據(jù)采集。

關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)；壓力采集；CAN總線

0 引言

無論在日常生活還是在工業(yè)領(lǐng)域，很多技術(shù)都離不開傳感器。再“科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力”的指導(dǎo)下，傳感器技術(shù)受到越來越多的重視。隨著科技的進(jìn)步，在現(xiàn)代工業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上壓力數(shù)據(jù)采集在一定程度上反映了生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行狀況和生產(chǎn)對(duì)象的某些相關(guān)物理特性的監(jiān)測(cè)，因此要在壓力傳感器的精確度、智能化等各個(gè)方面努力得到進(jìn)一步的提高?；赟3C2440A的嵌入式系統(tǒng)，不僅高性能而且功耗。使用CAN總線的目的是因?yàn)槠淇垢蓴_性強(qiáng)、可靠性高和通信靈活的優(yōu)點(diǎn)。壓力傳感器MPX2100可以一線多接，實(shí)現(xiàn)分布式壓力采集。盡管大多數(shù)ARM處理器內(nèi)部不帶CAN總線控制器，但可以設(shè)計(jì)ARM嵌入式系統(tǒng)通過外部搭建CAN控制器成為通用方案。并通過LCD液晶顯示，顯示了壓力的采集，為控制提供了可視化模塊。

1 系統(tǒng)整體方案

本設(shè)計(jì)包括S3C2440主控制器、CAN通信模塊、LCD顯示模塊、串口、以及JATG調(diào)試口。上述模塊構(gòu)建了壓力采集系統(tǒng)的硬件平臺(tái)。S3C2440微處理器通過SPI總線外接CAN總線控制器MCP2515進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)通信，并通過CAN收發(fā)器與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。主控器與LCD液晶顯示平臺(tái)，顯示壓力的采集。如圖1所示，系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)包括CAN總線轉(zhuǎn)接口和CAN總線壓力采集節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 CPU設(shè)計(jì)：CPU是采用三星公司推出的基于ARM920T的微處理器S3C2440A。選型的目的是基于低功耗、低價(jià)格、且具有高性能的32/16位RISC嵌入式微處理器。可以工作達(dá)到400MHZ的高頻范圍，主要有ARM9TDMI、MMU和高速緩存三部分組成。

2.2 CAN總線接口設(shè)計(jì)：CAN總線接口電路采用帶獨(dú)立的SPI控制器的CAN協(xié)議控制器MCP2515、CAN總線收發(fā)器PCA82C251、雙通道數(shù)字隔離器ADUM1201。MCP2515協(xié)議控制器可支持CAN總線V2.0A和V2.0B兩種技術(shù)規(guī)范，通訊速率是1Mb/s。PCA82C251總線收發(fā)器成為CAN控制器和物理總線的接口，PCA82C251總線收發(fā)器的耗能包括向總線的差動(dòng)發(fā)送功能和對(duì)CAN控制器的差動(dòng)接收功能。

2.3 隔離器接口設(shè)計(jì)：6N137光耦合器是一種10MBd的告訴光耦合器，可以對(duì)壓力、電流和電壓有補(bǔ)償功能，且輸入的電流也是5mA的極小電流。PCA82C251的功能是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)外總線的電氣隔離，以起到增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全的作用。在總線的終端接一個(gè)終端電阻和TVS管。

2.4 壓力采集接口設(shè)計(jì)：數(shù)據(jù)采集終端使用美國(guó)微芯公司的內(nèi)帶CAN控制器的PICF182580為微控制器，特點(diǎn)是采用精簡(jiǎn)指令集，總線結(jié)構(gòu)是哈佛結(jié)構(gòu)，流水線的取指令方式，具有實(shí)用，低價(jià)等優(yōu)點(diǎn)。使用DALLAS公司生產(chǎn)的數(shù)字壓力計(jì)MPX2100進(jìn)行壓力采集。如圖4所示，此方法可以方面實(shí)現(xiàn)分布式壓力檢測(cè)。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

CAN驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)

S3C2440A 是一款低功耗高性能的小型芯片微型控制器，以ARM920T為核心控制器，具備16/32位精簡(jiǎn)指令集。內(nèi)核通過設(shè)備驅(qū)動(dòng)與I/O設(shè)備進(jìn)行交互，內(nèi)核可以向應(yīng)用層序提供一個(gè)統(tǒng)一的接口，滿足了應(yīng)用程序的要求。

3.1 平臺(tái)設(shè)備：通過platform開發(fā)底層設(shè)備流程一般是：定義platform_device，注冊(cè)platform_device，定義platform_driver，注冊(cè)platform_driver。首先對(duì)mcp2515平臺(tái)設(shè)備初始化（主要是設(shè)備名、設(shè)備編號(hào)、設(shè)備資源等初始化），其中設(shè)備資源是platform_device主要參數(shù)它包括：設(shè)備需要申請(qǐng)的中斷號(hào)，內(nèi)存，I/O端口等資源（如下所示），然后對(duì)平臺(tái)設(shè)備進(jìn)行注冊(cè)。

向內(nèi)核進(jìn)行platform_device注冊(cè)以后，可以對(duì)platform_driver進(jìn)行初始化以及注冊(cè)，platform_driver結(jié)構(gòu)初始化主要為：static struct platform_driver s3c24xx_mcp2515_spi_driver = {

.probe =__exit_p（s3c2440_mcpspi0_probe），

.remove= __exit_p（s3c2440_mcp_spi0_remove），

.driver = {

.name = \"s3c2440-mcpspi0\"，

.owner = THIS_MODULE，

}，

}；

當(dāng)platform總線匹配到總線注冊(cè)的設(shè)備和驅(qū)動(dòng)后，就會(huì)調(diào)用platform_driver上的probe函數(shù)，在probe函數(shù)中可以獲取設(shè)備內(nèi)存資源和中斷資源，初始化SPI，初始化MCP，所有這些操作完成后就是mcp2515的字符設(shè)備的注冊(cè)。

3.2 壓力采集模塊設(shè)計(jì)：當(dāng)用戶對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行上電初始化，MPX2100從一個(gè)初始化序列開始通過單線總線實(shí)施所有執(zhí)行任務(wù)。采集控制器開始接受遠(yuǎn)程幀，如果接受到則進(jìn)行壓力采集，并進(jìn)行CAN遠(yuǎn)程發(fā)送數(shù)據(jù)幀，如果沒有接受到遠(yuǎn)程幀，則繼續(xù)等待，在接受到遠(yuǎn)程幀時(shí)，如果是結(jié)束信號(hào)幀，則結(jié)束數(shù)據(jù)的采集。

4 結(jié)束語(yǔ)

采用CAN-Ethernet通信模塊實(shí)現(xiàn)了分布式壓力采集、分析和實(shí)時(shí)監(jiān)控。同時(shí)通過此方法為CAN-Ethernet互連實(shí)現(xiàn)了一種低廉、高速和穩(wěn)定的解決方案。隨著我們對(duì)壓力傳感器的材料以及工藝的不斷研究，同時(shí)電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，相信在未來壓力傳感器不僅能在技術(shù)參數(shù)上能取得突破，應(yīng)用范圍也將更加廣泛。

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作者簡(jiǎn)介：唐慧瑩（1985—），河南省南陽(yáng)市，武漢東湖學(xué)院，教師，講師。