现场控制总线CAN网络与有线无线网的转换

　　一、前 言

　　CAN总线是由德国BOSCH公司为现实汽车测量和执行部件之间的数据通讯而设计的串行通讯网络。随着CAN的应用普及，其应用范围已不局限于汽车行业，正在向机械、纺织等行业发展，随着应用领域分布式控制系统的网络越来越庞大，CAN总线越来越受地域限制。如何能使CAN网络脱离地域局限性，最有效的方法当属实施CAN总线网络接入现有的有线、无线网络当中。那么，如何能使CAN网络与有、无线网络转换，由于CAN总线协议数据与TCP/IP协议数据在桢结构上完全不同，所以我们必须使用转换接口对其数据包从新封装。

　　二、CAN网络与有线网的转换

　　在制造业信息化系统中，企业管理层和生产管理层采用的都是以太网和PC机，而在生产车间、现场都是采用现场总线（如RS-485、CAN、USB）和单片机测控设备。要想实现管理层与现场生产层的沟通，通常采用工业控制机加以太网卡，再加上PC机插槽上的转换接口卡来实现。这种连接方式提高了生产现场的计算机数量的使用，成本高，开发周期长。所以选用具有独立控制器功能，能独立使用的接口卡则是一种很好的选择。

　　1、系统组成

　　如图所示：

　　在工业自动化系统中，可直接利用以太网-CAN接口模块，将各种测控设备直接接入局域网，形成与局域网络互通的网络控制系统。如上图所示，采用转换接口卡，使网络结构成功地实现了以太网和现有CAN总线网的直接连接，实现管理监控层（以太网）和生产测控层（CAN总线网）之间的连接。上下层数据能方便地进行交流。而其它通讯则使用PC机接人局域网实现数据交互。

　　2、转换接口组成原理

　　接口由以太网接口A和微处理器组成。在此基础上增加CAN接口B就组成了以太网-CAN 网关。如图所示：

　　（1）以太网接口A

　　以太网接口A可选用符合IEEE802.3协议的10Base-T通用接口芯片，如 UM9003、RTL8019等，完成与以太网在物理层和数据链路层的连接。使用 RJ-45插口，可以直接挂接到以太网上。

　　（2）微处理器

　　微处理器负责对以太网接口A芯片和CAN接口B芯片进行控制。微处理器内驻有TCP/IP通信协议和CAN协议，完成以太网协议和CAN总线协议转换，实现接口A和接口B通信数据的透明传输。

　　由于CAN总线传输的数据量不大，数据传输速率不高，远小于以太网的数据传输速率，所以在以太网 -CAN接口模块中，数据的传送瓶颈在CAN接口B。在测控领域，通常传输的数据量不大，对数据传输速率要求也不高，于是，在此模块中微处理器可选用通常的单片机如 8031等。

　　（3）CAN接口B

　　CAN接口B采用了飞利浦的CAN物理层和链路层接口芯片SJA1000和 PCA82C250。微处理器直接控制SJA1000的AD0～AD7、ALE、RST 和脚。SJA1000的MOD EL脚接高电平，工作在Intel模式下；片选脚接地，始终处于选通状态，如图（3）所示。微处理器对SJA1000的操作主要是对寄存器的操作：一方面对SJA1000的模式寄存器（MOD）、命令寄存器（CMR）、状态寄存器（SR）、中断寄存器（IR）、中断允许寄存器（IEP）、总线定时寄存器（BTR0、BTR1）、输出控制寄存器（OCR）、时钟分频计数器（CDR）进行设置和检测；另一方面对收发缓冲区进行读写，从而和CAN设备交换数据。电路原理图如下：

　　程序流程图：

　　3、网络扩展

　　在数据传送中，每台测控设备的地址实际有转换接口的IP地址和CAN接口地址两部分组成。在以太网中，CAN接口测控设备的CAN地址和数据一起作为局域网通信中IP包的数据进行传送。由于通信数据包符合TCP/IP标准，可以在Internet网上穿越交换机或路由器，所以可实现基于.NET技术开发 WEB模式的上位机，如此就可方便地远程查询各个测控设备状态和实时遥控各个测控设备。

　　此外、现行的主流生产管理系统或办公自动化信息系统均是基于B/S结构设计，这样就更容易使用WWW发布方式远程管理生产现场，以及向网络客户提供动态交互式浏览网页。更容易将生产现场的数据集中于数据服务器加以有效管理，通过网络将数据予以共享，而需要注意的是应该采取一定的防护措施（如加密，数字签名）等对生产现场的数据进行保护。

　　三、CAN网络与无线网的转换

　　当前，基于GSM网络的GPRS技术被广泛的应用于各个领域，如果将CAN总线通信与无线网络对接，将进一步突破CAN总线通讯方式的地域限制，充分发挥无限网通信，免布线，网络覆盖范围广等优点。现就如何将CAN网络数据通过GPRS网络传输加以说明。

 　　1、系统组成

　　硬件设计由CAN通信接口与远程通信接口两部分组成。

　　CAN通信部分：CAN收发器、控制器。

　　远程通信部分：GPRS通信模块、TCP/IP协议转换芯片。

　　两部分共用一个单片机，模块框图如下：

　　控制芯片采用51系列单片机，鉴于实际通信时，CAN总线采集数据速率比向GPRS发送数据速率要快，所以通过外扩RAM，作为数据缓冲，防止因数据传输的不同步而丢失数据。

　　总线节点上的数据采集器将数据采集以后发送给CAN数据收发器（PCA82C250），再由CAN控制器向单片机发出中断请求，通过中断处理程序，将CAN的数据桢信息存储于片外RAM。

　　在通过GPRS发送前，必须将CAN的数据包封装成符合TCP/IP协议栈的数据包格式，这时就需要TCP/IP 协议芯片（E5112），最后再通过GPRS模块（MC351）将数据发送到终端。

　　为了提高系统的抗干扰能力，在CAN控制器和CAN驱动器之间加入了使用高速光电隔离器件6N137构成的隔离电路，电路原理图如图：

　　程序模块图如下：

　　四、结束语

　　将CAN现场控制总线与成熟网络结合，让CAN通讯的工业测控设备、汽车电子设备、医疗电子设备等也能在有、无线中进行信息传递，势必使工业信息化走上一个新的台阶。要想广范围的实施CAN网络转换技术，我们还必须面对标准制定，数据安全性，网络稳定性等多方面的挑战。