专利名称：无线以太网与can总线的通信装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及现场总线领域，具体的涉及一种无线以太网与CAN总线的通信装置。
背景技术：
现代工业控制系统中，CAN总线应用的非常广泛，但现场总线的长度一般限制在几 十到几百米，因此他们不能覆盖整个现代化工业场区。另外，可以被现场总线联接的设备数 量也有限制。在工业现场，一些工业环境禁止、限制使用电缆或很难使用电缆。(例如，建有 坚实的混凝土地板和大跨度天花板的建筑物或厂房，或者电缆必须铺入超净或真空封闭的 房间)。其他一些工业环境要求完全把电缆屏蔽起来以高度防止来自大多数工业设施中的 机器或其它无线电控制设备的干扰。更有一些高速旋转的设备根本无法通过电缆来传输数 据信息，而无线局域网技术却很容易解决这些问题。在传统的机械施工中，由于环境的限制 以及终端的易移动性不能使用传统有线局域网的布线方式，因此各种机械实际上都是单机 工作，无法连成局域网，进而形成一个整体，更无法和系统上级工作站进行通信。这就给整 个工程的管理、监控和操作带来了不便。鉴于传统的有线网在工业应用中的各种弊端，技术人员在技术研发中采用了无线 网，在工业或工厂底层环境中，使用无线技术的优势更是多方面的。在解决工业环境及过程 控制环境下的许多移动对象，如移动机器人与自治运输设备之间的协调；旋转对象，如机械 臂；危险环境对象的监测与控制问题，如分布式控制等工业环境无线技术发挥极大的作用。 将无线技术应用到现场总线中来解决传统现场总线存在的问题，正受到学术界和工业界的 极大关注。通用的系统上级工作站一般采用以太网，与现场总线网络在结构、性能和功能上 存在不同程度的差异，因此将它们互连起来必须克服它们之间的差异给彼此通信带来的影 响。
发明内容为解决上述问题，本实用新型提供一种IEEE802. Ilb无线以太网和CAN现场总线 间协议转换通信控制器，能完成两种现场总线之间的协议转换，使设备间实现实时、高速、 高效的数据通信，达到通信接口转换和现场总线子系统网络之间互相通信或与高级管理网 络互连的目的。为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是一种无线以太网与CAN总线的 通信装置，包括微处理器、CAN总线接口、IO控制模块、无线通信模块，所述的CAN总线接口、 IO控制模块、无线通信模块皆与微处理器连接；所述的CAN总线接口与CAN总线连接，接收CAN总线上从站的信号，并传送给微处
理器；所述的无线通信模块通过IEEE802. Ilb协议与外部无线以太网实现通信；[0009]所述的IO控制模块向微处理器发送中断，用以配置、读取和控制现场设备；所述的微处理器接收CAN总线接口信号，实现CAN总线协议与IEEE802. Ilb协议 的应用层转换，并响应IO控制模块发送的中断，配置、读取和控制现场设备。进一步所述的CAN总线接口包括控制器SJA1000、第一光电耦合器6N137、第二光 电耦合器6N137、CAN接口驱动芯片PCA82C250 ；控制器SJA1000与微处理器连接，经第一光 电耦合器和第二光电耦合器与CAN接口驱动芯片PCA82C250连接，PCA82C250连接在CAN总 线上。更进一步，所述的无线通信模块包括PC2MCIA。更进一步，所述的IO控制模块包括CY7C 144，外部输入装置通过CY7C144与微处
理器连接。更进一步，所述的微处理器包括AT91RM9200处理器。更进一步，所述的微处理器上连接一个增大数据缓存空间的SRAM存储器。更进一步，所的微处理器上连接一个存储该装置运行参数的电可擦出存储器 FLASHR0M。本实用新型的技术构思是微处理器运行着现场总线协议栈，并控制无线通信模 块通过其上面的USB接口加载了符合802. Ilb协议的无线传输模块，微处理器通过CAN接 口模块实现与CAN总线相连，并使其与相应的无线路由器(AP接入点)进行无线通信，另一 方面，使用向IO模块控制模块发中断及响应IO模块控制模块中断的方式，通过IO控制模 块来配置、读取和控制现场设备。无线通信模块与IO模块控制模块之间数据传输是直接通 过读写IO控制模块上的双端口 RAM实现的。本实用新型的技术要点完成两种现场总线之间的协议转换，使设备间实现实时、 高速、高效的数据通信，达到数据共享与功能互补，并实现远程监控。
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步描述。
[0020]图1是本实用新型整体示意图[0021]图2是本实用新型的微处理器与无线接口模块连接示意图[0022]图3是本实用新型CAN总线接口与微处理器连接电路图[0023]图4是本实用新型IO控制模块与微处理器连接电路图[0024]图5是本实用新型FLASH ROM与微处理器连接电路图[0025]图6是无线通信模块监听信道程序图[0026]图7是本实用新型发送数据流图[0027]图8是无线通信的程序流程图[0028]图9是实验系统结构图
具体实施方式参照图1所示。本实用新型采用了以AT91RM9200处理器作为CPU，CPU的功能包 括实现IEEE802. Ilb协议，实现IEEE802. Ilb与CAN现场总线间协议两种协议应用层的转 换工作并负责IO控制模块。CPU、CAN总线接口模块、存储器和IO控制模块之间通过通信控制器的内部总线连接。采用带有看门狗功能的电可擦除存储器(FLASH ROM)存储协议转换 装置的运行参数、IEEE802. Ilb网络的组网信息和节点状态信息。采用静态存储器(SRAM) 用来作为数据存储器存储从节点的过程数据。图2是无线通信模块与ARM连接电路。无线通信侧的无线传输模块无线传输模块 采用 IlM Wireless LANPCI Adapter XI-625，频率为 2. 4GHz，预设加载符合 IEEE802. lib 协议，PC2MCIA接口的网卡与ARM连接电路图如图2所示。图3是CAN总线接口与ARM连接电路图。CAN总线侧主要由控制器SJA 1000、光 电耦合器6N137和CAN驱动接口芯片PCA82C250组成。SJA 1000内集成了完整的CAN总线 协议，经过高速光电耦合器和CAN总线驱动接口芯片PCA82C250连接到CAN总线。图4是IO控制模块与ARM的连接电路图。IO控制模块采用CYPRESS公司的 CY7C144，用来配置、读取和控制现场设备。双端口 RAM中最高地址的两个存储单元可以作 为信箱使用，左右两端可以同时对它进行操作.其中最高地址为右端口的信箱，次高地址 为左端口信箱.以CY7C144芯片为例，偏移地址IFFEH为左端口信箱，偏移地址IFFFH为右 端口信箱.右端口写入左端口信箱IFFEH时，左端口的信号INTL将变为低，左端口读自己 的信箱IFFEH时，信号INTL将重新为高；同理，左端口写入右端口信箱IFFFH时，右端口的 信号INTR将变低，右端口读自己的信箱IFFHl时，信号INTR将重新为高.可以将信号INTL 和INTR作为CPU的中断源，通过信箱向对方传递自己使用存储单元的状态来达到防止冲突 之目的。图5是FLASH模块与ARM连接示意图，系统总路线完全匹配，16个数据输入输出弓丨 脚，可以轻松的连接在系统总线上，片选和读写信号引脚分别与处理器上的片选和读写引 脚相连。NORFlash有三个芯片片选引脚信号，选用作为片选信号，与处理器茂引脚相 连。BYTE接高电平，表示Flash在16位数据传输模式下。图6是无线通信模块监听信道和接收数据程序流程图。包括帧的接收、存储、过滤 和转发。控制器将根据端口的状态及所收到的数据包的源地址来决定是否修改地址数据 库，并对数据包进行相应的处理。图7是无线终端发送数据的流程。每个控制器的无线模块终端在一个时候只能在 惟一的无线路由器(无线接入点AP)上，通过它负责数据包的转发。每个无线接入点定时 用无线的方式广播包含自身地址的标识。通过监听这个标识，每个控制器可以确定自身处 于哪个无线接入点的基本服务区内，并根据需要更改地址数据库信息。同时向该无线接入 点发送要求注册的数据包。如果无线接入点对该要求成功应答，则该无线终端可以通过其 进行数据传输。图8是无线通信的程序流程图。无线分散控制站中无线通信模块软件开发基于 Linux操作系统，程序流程图如图8所示。图9为实验系统对所开发的产品进行一致性和实时性的测试构建图，目的是为了 验证产品的协议完整性、互操作性和互换性。计算机内的组态软件采用WinCC组态软件，它 是西门子公司与微软公司联合开发的产物，在Windows操作系统下运行。实验系统中包括 两个CAN总线子系统及其节点、两个通信控制器以及一个无线路由器。系统运行正常，上述 协议转换器中的各种报文和各个节点I/O数据都能够正常通讯，充分验证了这种现场总线 间协议转换器的可行性。[0038]从站接选用Linux作为嵌入式操作系统，由于该操作系统支持TCP/IP协议，因此 针对网络端口的编程十分便捷。采用带CGI验证的Web Server实现在嵌入式处理器上的 移植，添加Boa应用程序到处理器内核构成单任务HTTP服务器，客户端经过安全验证后即 可通过网络浏览器实现对该协议转换器的远程动态监控。如上所述的具体方式，无线局域网的MAC协议采用CSMA/CA。为了使两个无线设备 同时进行传输(这将导致冲突)的可能性减到最小，802. 11使用称为发送请求/清除以发 送(RTS/CTS)的机制。若数据到达无线节点指定的无线路由器(AP接入点)，该AP将给那 个无线节点发送一个RTS帧，请求一定量的时间向它传输数据，无线节点将用CTS帧进行回 应，表示它将阻止任何其他的通信，直到AP发送完数据为止。其他无线节点也能听到正在 发生的数据传输，并把它们的传输延迟到那段时间之后。在这种方式下，数据在节点之间进 行传递时，由设备导致的在介质上产生冲突的可能性最小。这种传输机制同时解决了无线 局域网中的隐藏终端问题。为了确保数据在传输中不丢失，CSMA/CA还引入了确认(ACK)机制，接收者在收到 数据后，向发送单元发一个确认通知ACK。若发送者没有收到ACK，表明数据丢失，将再次传 输该数据。各位技术人员须知本实用新型虽然照上述的具体方式作了具体描述，但是本实 用新型的发明思想并不仅限于此具体方式，任何在发明思想内的变动，都将纳入本实用新 型的保护范围。
权利要求一种无线以太网与CAN总线的通信装置，其特征在于包括微处理器、CAN总线接口、IO控制模块、无线通信模块，所述的CAN总线接口、IO控制模块、无线通信模块皆与微处理器连接；所述的CAN总线接口与CAN总线连接，接收CAN总线上从站的信号，并传送给微处理器；所述的无线通信模块通过IEEE802.11b协议与外部无线以太网实现通信；所述的IO控制模块向微处理器发送中断，用以配置、读取和控制现场设备；所述的微处理器接收CAN总线接口信号，实现CAN总线协议与IEEE802.11b协议的应用层转换，并响应IO控制模块发送的中断，配置、读取和控制现场设备。
2.根据权利要求1所述的无线以太网与CAN总线的通信装置，其特征在于所述的CAN 总线接口包括控制器SJA1000、第一光电耦合器6N137、第二光电耦合器6N137、CAN接口驱 动芯片PCA82C250 ；控制器SJA1000与微处理器连接，经第一光电耦合器和第二光电耦合器 与CAN接口驱动芯片PCA82C250连接，PCA82C250连接在CAN总线上。
3.根据权利要求1所述的无线以太网与CAN总线的通信装置，其特征在于所述的无 线通信模块包括PC2MCIA。
4.根据权利要求1所述的无线以太网与CAN总线的通信装置，其特征在于所述的IO 控制模块包括CY7C144，外部输入装置通过CY7C144与微处理器连接。
5.根据权利要求1所述的无线以太网与CAN总线的通信装置，其特征在于所述的微 处理器包括AT91RM9200处理器。
6.根据权利要求1或5所述的无线以太网与CAN总线的通信装置，其特征在于所述 的微处理器上连接一个增大数据缓存空间的SRAM存储器。
7.根据权利要求1或5所述的无线以太网与CAN总线的通信装置，其特征在于所述 的微处理器上连接一个存储该装置运行参数的电可擦出存储器FLASHR0M。
专利摘要本实用新型为实现CAN总线网络通过无线局域网与有线局域网之间的互连而设计一种无线通信控制器。本实用新型涉及一种CAN现场总线接入无线以太网的通信控制器。其中包括无线通信模块、IO控制模块、微处理器、存储器和CAN总线接口；所述无线通信模块用于与无线网桥和微处理器进行数据交互；所述IO控制模块用来配置、读取和控制现场设备；所述微处理器用于控制与其相连的无线通信模块、CAN总线接口和存储器；所述CAN总线接口用于获取CAN总线上的数据，同时该控制器也可作为现场设备接入总线的智能节点控制器。本实用新型采用了现场总线通信技术，具有智能化、电路集中、灵活性的特点，用户只要根据自己的需要选择不同的模块，将若干子现场总线系统组成无线局域网，可以在不更换网桥控制系统的情况下达到通信接口转换和现场总线子系统网络之间互相通信或与高级管理网络互连的目的，适合机械施工现场智能控制的要求。
文档编号H04L12/40GK201663606SQ20102015612
公开日2010年12月1日 申请日期2010年4月3日 优先权日2010年4月3日
发明者单志华, 周雪刚, 戴瑜兴, 李芃, 王兴仙 申请人:天正集团有限公司;湖南大学