【正文】 t/s)、快速以太網(wǎng)(100Mbit/s)和 10G(10Gbit/s)以太網(wǎng)，符合 規(guī)范。在任意時(shí)刻，網(wǎng)絡(luò)上的任意一個(gè) CAN 節(jié)點(diǎn)可以主動(dòng)地向 CAN 總線上的其它的 CAN 節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，而不分主從，由于節(jié)點(diǎn)之間依靠?jī)?yōu)先級(jí)區(qū)分，因而通信方式頗為靈活。另外，由于 CAN 總線的糾錯(cuò)能力很強(qiáng)、并且支持差分收發(fā)，因而適合高干擾環(huán)境，并具有較遠(yuǎn)的傳輸距離。與 DP 有關(guān)的規(guī)范：包括與主站相關(guān)的一些參數(shù)，如該主站所允許的從站個(gè)數(shù)、主站的上傳和下載的能力。IEC11582 是一種位同步協(xié)議，可進(jìn)行無(wú)電流的數(shù)據(jù)連續(xù)傳輸。ProfibusFMS 主要解決車間級(jí)通行任務(wù)，完成中等速度的循環(huán)和非循環(huán)通信任務(wù)，廣泛用于電氣傳動(dòng)、傳感器、紡織工業(yè)和樓宇自動(dòng)化，一般構(gòu)成實(shí)時(shí)多主網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。憑借這 Profibus 標(biāo)準(zhǔn)中涵蓋了各種需求的各個(gè)自己規(guī)約的優(yōu)勢(shì)，如 DP、PA、P rofi 等，其技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了全面成熟的階段，Profibus 產(chǎn)品覆蓋了 各行各業(yè)。圖 為 M_BUS 總線的比特流傳輸格式。M_BUS 總線主機(jī)對(duì)從機(jī) 36V 的電壓供電，并通過(guò)總線遠(yuǎn)程傳輸數(shù)據(jù)給從機(jī)，主機(jī)到從機(jī)的信號(hào)傳輸采用電壓調(diào)節(jié)方式，即 36V 代表邏輯 1；24V 代表邏輯 0。M_BUS 總線有著其顯著的特點(diǎn)：兩根雙絞線或電纜實(shí)現(xiàn)無(wú)極性遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸。我國(guó)目前及今后的一段時(shí)間內(nèi)，數(shù)據(jù)集中器將得到飛速的發(fā)展，原先的數(shù)據(jù)集中器沒(méi)有 MCU，僅僅由收發(fā)電路和傳輸接口組成，由于高速 ARM、DSP、FPGA 和大容量的存儲(chǔ)芯片的出現(xiàn)，將使得數(shù)據(jù)集中器不僅僅具有數(shù)據(jù)處理能力，還可以將數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，進(jìn)而進(jìn)一步處理、而且強(qiáng)大的上位機(jī)開(kāi)發(fā)軟件也慢慢和數(shù)據(jù)集中系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)，如 JAVA 等，使得數(shù)據(jù)集中和監(jiān)控有機(jī)結(jié)合，更加方便現(xiàn)場(chǎng)工作人員對(duì)數(shù)據(jù)的分析和掌握。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展現(xiàn)狀隨著微型計(jì)算機(jī)技術(shù)、智能控制技術(shù)和嵌入式技術(shù)的不斷進(jìn)步，數(shù)據(jù)集中器也得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。 M_BUS 總線是歐洲新型的儀表總線，是由德國(guó) Paderborn 大學(xué)的 Ziegler 和德國(guó)Techem AG 公司、Texas Intrument 公司共同開(kāi)發(fā)的，基于 ISO/OSI 模型四層模型，用到了其中的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層，其中數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議采用 IEC870標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用層協(xié)議采用 EN14343 標(biāo)準(zhǔn)。 CAN。數(shù)據(jù)集中器被用在數(shù)據(jù)傳輸環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)集中器由于功能單一、總線接口過(guò)少、無(wú)數(shù)據(jù)處理能力等缺點(diǎn)已逐漸跟不上時(shí)代發(fā)展，新型的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的研究迫在眉睫。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本學(xué)位論文屬于保密□，在 ______年解密后適用本授權(quán)書。關(guān)鍵詞：M_BUS；PROFIBUS；CAN；以太網(wǎng)； LPC2387多通信接口的 M_BUS 主站/中繼器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)IIIAbstractAs mankind enters the 21st century, puter science and technology, information science and technology and automation and control technology is widely used in the scene of industrial production, the data transmission is an important part of industrial production. Traditional data concentrator features a single bus interface is too small, the shortings of the data processing capacity has gradually keep up with the times, the new data transmission system is imminent.Communication interface M_BUS master / repeater use European instrument the bus M_BUS technology, instead of the traditional RS485 bus, has a great advantage in terms of data transmission. For PROFIBUS, CAN bus M_BUS bus and Ether technologies, their technology is mature, stable and highperformance, wide range of applications in the industrial production data transmission link applications is extremely broad, and embedded technology as today39。伴隨著生活條件的不斷改善，住宅的智能化要求日益提高，一戶一表的推行，對(duì)費(fèi)率水價(jià)的實(shí)施以及用水管理部門對(duì)用水量統(tǒng)計(jì)及收費(fèi)管理的需要，推動(dòng)著自動(dòng)化抄表技術(shù)在水表領(lǐng)域的不斷發(fā)展，最初由計(jì)量工人挨家挨戶的直接讀取到今天的智能化自動(dòng)抄表技術(shù)的完善，種種跡象表明我國(guó)已經(jīng)加快了現(xiàn)代化的步伐。針對(duì)傳統(tǒng) RS485 數(shù)據(jù)集中器的不足，研究和討論了一種新的數(shù)據(jù)集中系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工程碩士學(xué)位論文5方案。20 世紀(jì) 70 年代，隨著微計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，微計(jì)算機(jī)技術(shù)與數(shù)據(jù)傳輸相融合，將用傳統(tǒng)方法不能實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)傳輸采用新的技術(shù)手段，成功的實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)傳輸，使得數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)上了一個(gè)新的臺(tái)階。 相關(guān)通信接口的簡(jiǎn)介 M_BUS 總線簡(jiǎn)介M_BUS 總線，全稱 Meterbus,是一種專門用于各類儀表或裝置的遠(yuǎn)程讀數(shù)或讀取相關(guān)信息的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。將 M_BUS 儀表總線用于各類消費(fèi)性相關(guān)裝置，可將相關(guān)數(shù)據(jù)或信息編碼收集并傳遞至 M_BUS 主站，然后再通過(guò)各 類方式傳送至上位機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的處理，這樣可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、巡檢和監(jiān)控等功能 [4,5,6]。從機(jī)到主機(jī)的數(shù)據(jù)交換采用的是電流調(diào)制，從機(jī)中 TSS721 向主機(jī)發(fā)送的是一系列的電流脈沖。12 3 456 7 8效驗(yàn)位停止位起始位數(shù)據(jù)位 （ 1 — 8 ）圖 M_BUS 比特流傳輸格式 Profibus 總線簡(jiǎn)介現(xiàn)場(chǎng)總線是一種連接智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)的開(kāi)放式、數(shù)字化雙向多點(diǎn)通信多通信接口的 M_BUS 主站/中繼器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)8的底層控制網(wǎng)絡(luò) [9]。Profibus 總線的特點(diǎn)是不同制造商生產(chǎn)的設(shè)備不用對(duì)接口進(jìn)行特別的調(diào)整就可以直接通信，且特別適用于高速且對(duì)時(shí)間要求比較高的復(fù)雜通信場(chǎng)合。在不使用中繼器時(shí)，每段最多有 32各站點(diǎn)，使用中繼器最多可以擴(kuò)展到 127 個(gè)站點(diǎn)。為了使不同的設(shè)備生產(chǎn)廠家的從站設(shè)備能夠很方便的掛接在 Profibus 總線上進(jìn)行通信，必須創(chuàng)建一個(gè) GSD 文件，GSD 文件以電子文檔形式記錄了對(duì)應(yīng)從站設(shè)備的各種參數(shù)，從某種意義上來(lái)說(shuō)，GSD文件是從站設(shè)備的一個(gè)電子版使用說(shuō)明書，用戶在實(shí)際上創(chuàng)建一個(gè) Profibus 應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，由組態(tài)軟件工具在主站上讀入該從站設(shè)備的 GSD 文件，在主站上建立一個(gè)緩沖區(qū)，且再通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將初始化參數(shù)賦給從站設(shè)備。由于 CAN 的設(shè)計(jì)獨(dú)特且可靠性高、在多主系統(tǒng)中的實(shí)用性等方面的優(yōu)勢(shì)很明顯，CAN 總線已經(jīng)廣泛的被應(yīng)用于現(xiàn)代汽車工業(yè)、航天工業(yè)等領(lǐng)域，CAN 總線是目前為止唯一一種成為國(guó)際通用標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線，它被認(rèn)為是目前最有前途的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。CAN 節(jié)點(diǎn)在嚴(yán)重錯(cuò)誤的情況下，可以自動(dòng)關(guān)閉，不會(huì)影響總線其它節(jié)點(diǎn)?？刂破骶植烤W(wǎng)將在我國(guó)迅速普及推廣。以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)格式是數(shù)據(jù)包，源主機(jī)向目的主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)包時(shí)，數(shù)據(jù)包 TCP／IP分層模型中的傳輸過(guò)程圖 所示。M_BUS 主站通過(guò)網(wǎng)口要向一臺(tái)主機(jī) B 發(fā)送報(bào)文，會(huì)查詢本地的 ARP 緩存表，找到 B 的 IP 地址對(duì)應(yīng)的 MAC 地址后，就會(huì)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。如以太網(wǎng)常常利用中繼器擴(kuò)展總線的電纜長(zhǎng)度，標(biāo)準(zhǔn)細(xì)纜以太網(wǎng)的每段長(zhǎng)度最大 185 米，最多可有 5 段，因此增加中繼器后，最大網(wǎng)絡(luò)電纜長(zhǎng)度則可提高到 925 米。事實(shí)上這是不可能的，因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)中都對(duì)信號(hào)的延遲范圍作了具體的規(guī)定，中繼器只能在此規(guī)定范圍內(nèi)進(jìn)行有效的工作，否則會(huì)引起網(wǎng)絡(luò)故障。中繼器若出現(xiàn)故障，對(duì)相鄰兩個(gè)子網(wǎng)的工作都將產(chǎn)生影響。第 5 章對(duì)系統(tǒng)各個(gè)功能做了詳細(xì)的功能測(cè)試?；蛘呤枪S根據(jù)自己的需要，需要對(duì)終端進(jìn)行相應(yīng)的控制，直接在監(jiān)控室輸入控制命令，經(jīng)通道傳輸?shù)浇K端，終端做出相應(yīng)的反應(yīng)。相當(dāng)于 RS485 總線構(gòu)成的分布式控制系統(tǒng)，有著太多的優(yōu)點(diǎn)。多通信接口的 M_BUS 主站/中繼器是用來(lái)解決在工業(yè)生產(chǎn)中數(shù)據(jù)傳輸環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)集中與控制。M_BUS 總線主要負(fù)責(zé)從機(jī)采集到的數(shù)據(jù)向多通信通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行傳輸和用戶傳輸?shù)臄?shù)據(jù)經(jīng)過(guò)該采集系統(tǒng)向從機(jī)傳輸配置多通信接口的 M_BUS 主站/中繼器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)16命令、收發(fā)命令，用戶可以用自己配置的命令通過(guò)該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)想從機(jī)進(jìn)行命令傳輸，從機(jī)接到命令后作出相應(yīng)動(dòng)作。TinyARM 系列 T2387 嵌入式工控模塊是 TinyARM23 系列中功能強(qiáng)大的一款型號(hào) [25]，它內(nèi)部配置 2MB 內(nèi)存，集成 LPC2387 微控制器最小系統(tǒng)?？梢栽谕鈬娐飞显O(shè)計(jì) 2M 的 Flash接口。多通信接口的M_BUS主站/ 中繼器是數(shù)據(jù)傳輸?shù)年P(guān)鍵環(huán)節(jié)。(5) 提供配套的配置命令，可以簡(jiǎn)單的使用串口進(jìn)行數(shù)據(jù)配置。工程碩士學(xué)位論文19 多通信接口的 M_BUS 主站/中繼器系統(tǒng)硬件功能需求（1）多通信接口的M_BUS主站/中繼器提供多種通信接口，既可以作為主站使用，又可以簡(jiǎn)單的作為數(shù)據(jù)中繼器使用。在中繼器模式下，該系統(tǒng)上接M_BUS 主站、下接若干M_BUS從站，相當(dāng)于一個(gè)透明的數(shù)據(jù)通道，實(shí)現(xiàn)從機(jī)和主機(jī)之間的實(shí)時(shí)通信，增加通信距離。 本章小結(jié)本章首先簡(jiǎn)單介紹了多通信接口的 M_BUS 主站/中繼器 的整體結(jié)構(gòu)框架，分別從物理結(jié)構(gòu)上和功能結(jié)構(gòu)上給出了相應(yīng)的構(gòu)成原理，并簡(jiǎn)單闡述各個(gè)部分在系統(tǒng)中所起的作用和系統(tǒng)整體實(shí)現(xiàn)的功能，以及具體所用到的相關(guān)設(shè)備。(4) 總線的保護(hù)功能：在檢測(cè)到電流很大的時(shí)候，自動(dòng)觸發(fā)LPC2387的中斷，關(guān)閉輸出電流，保護(hù)整個(gè)電路的元器件不被燒毀。（3）數(shù)據(jù)可采集的范圍廣泛，采集包括：溫度數(shù)據(jù)、濕度數(shù)據(jù)、水位數(shù)據(jù)、煙霧數(shù)據(jù)、震動(dòng)數(shù)據(jù)等其它。系統(tǒng)需要采用成熟可靠的技術(shù)和設(shè)備，從硬件、軟件等方面考慮如何設(shè)計(jì)出高穩(wěn)定性與安全性的系統(tǒng)，以保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的時(shí)間長(zhǎng)，系統(tǒng)盡量避免發(fā)生故障，以及在發(fā)生故障時(shí)方便盡快修復(fù)或恢復(fù)。本系統(tǒng)的研究目標(biāo)是完成多通信接口的M_BUS主站/中繼器的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)，結(jié)合數(shù)據(jù)采集技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、信號(hào)傳輸技術(shù)，對(duì)在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，可使用多種總線接口上傳數(shù)據(jù)，可以使遠(yuǎn)程監(jiān)控人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，確保工業(yè)生產(chǎn)的運(yùn)行穩(wěn)定。L P C 2 3 8 75 1 2 K B y t e F l a s h9 8 K B y t e S R A MT 2 3 8 7 工控模塊R X + 、 R X T X + 、 T X R D 1 、 R D 2T D 1 、 T D 2U A R T 0 ~ U A R T 3A D C 0 ~ A D C 5D A CG P I OP 0 、 P 1 、P 2 、 P 3L E D _ N 1L E D _ N 2U A R T / I2C / S P I /S S P / I2S / A D C /D A C / P W M以太網(wǎng)控制器C A N 控制器S D 卡接口U S B 設(shè)備接口數(shù)據(jù) F l a s hR T CP W M 1 P W M 6E I N T 0 ~ E I N T 3I2C 1 、 I2C 2S P I 、 S S P 、C A P 、 M A TK S Z 8 0 4 1 N L以太網(wǎng) P H YV B U S 、U C O N N E T 、U D + 、 U D 、U U P _ L E DC S 、 V d d 、 V s sD a t a I n 、D a t a O u t 、C L KS D 卡接口U S BC A N _ b u sV D D 3 . 3 供電圖 T2387 硬件結(jié)構(gòu)圖T2387 的硬件資源 [26]：處理器 ：NXP 公司的 LPC2387 。用戶只需要簡(jiǎn)單地調(diào)用 API 函數(shù)，而無(wú)需了解以太網(wǎng)、USB 、 CAN 等協(xié)議棧和文件系統(tǒng)和 ARM 內(nèi)部寄存器，即可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。選用的四種總線通信接口，分別為 CAN 總線接口、Profibus 總線接口、以太網(wǎng)接口和 M_BUS 中繼接口，在現(xiàn)今階段應(yīng)用相對(duì)成熟，且應(yīng)用范圍廣，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)從 MBUS 從機(jī)和四種通信通道間的數(shù)據(jù)傳輸。多通信接口的 M_BUS 主站/ 中繼器設(shè)計(jì)思想:由于在工業(yè)生產(chǎn)中，工業(yè)控制是核心環(huán)節(jié)，而數(shù)據(jù)傳輸是核心中的核心，考慮到傳統(tǒng)的 M_BUS 數(shù)據(jù)集中器由于接口不匹配導(dǎo)致原有的 M_BUS 數(shù)據(jù)集中系統(tǒng)不能使用，造成工業(yè)浪費(fèi)。CAN 控制器芯片和接口芯片完全可以實(shí)現(xiàn) CAN 的通信協(xié)議，