基于ＡＲＭ７和ＣＡＮ總線的大型機械遠程監(jiān)控系統(tǒng)的設計

張鳳英　彭德剛

[摘要]介紹大型機械遠程監(jiān)控系統(tǒng)是將嵌入式系統(tǒng)技術應用到大型機械上的一項研究。嵌入式大型機械控制器硬件采用模塊化設計（顯示器、遠程監(jiān)控器），顯示器CPU基于韓國現(xiàn)代HMS30C7202 ARM7芯片，負責CAN總線數據接收、界面顯示、數據存儲等；遠程監(jiān)控器基于LPC2119 32位的微處理器—ARM7，擴展全球定位模塊GPS模塊，GPRS無線Modem和CAN總線，可隨時將機械車輛定位數據和CAN總線機械車輛狀態(tài)信息發(fā)送到監(jiān)控中心。顯示器和遠程監(jiān)控器的軟件采用C/OS-Ⅱ實時系統(tǒng)作為操作系統(tǒng)，各種接口擴展有相應的驅動程序。

[關鍵詞]顯示器 監(jiān)控器 監(jiān)控中心 ARM CAN總線

中圖分類號：TP8文獻標識碼：A文章編號：1671－7597（2009）05210012－01

大型機械作業(yè)設備作為一個產業(yè)在國內近年來的到了飛速的發(fā)展，但對其工作狀態(tài)監(jiān)控方面還不是很完善，施工車輛的不合理組合、維修的不及時為施工帶來了不少的麻煩。通訊不但在大規(guī)模施工中的地位非常重要，在大型機械租賃這一新興行業(yè)中也有著迫切的需求。如果在被租賃機械上配備監(jiān)控器，操作員可根據顯示器界面提示，直接了解機械的工作狀態(tài)，同時安裝無線通訊系統(tǒng)，機械生產廠家和租賃公司就可以及時而準確的掌握機械的運行時間、運行狀態(tài)以及地理位置等信息，對故障機械提供了客觀的數據依據，同時避免了一些欺詐行為的發(fā)生。本文用ARM7控制板控制GSM MODEM實現(xiàn)遠程對大型機械狀態(tài)的查詢與控制。

一、系統(tǒng)硬件方案設計

（一）大型機械監(jiān)控系統(tǒng)硬件

大型機械監(jiān)控系統(tǒng)硬件包括大型機械顯示器和大型機械遠程監(jiān)控器，顯示器內置兩路CAN總線，文中為論述方便以CAN0和CAN1命名。顯示器通過CAN0接口與車載控制器接收油量、電壓、水溫和油壓等作業(yè)車輛基本參數，并將CAN0接收到的數據實時顯示到UP_EM2000顯示界面上，另外顯示器通過另一路CAN總線CAN1接口將機械車輛數據發(fā)送給UP_HOMER遠程監(jiān)控器，遠程監(jiān)控器將接收到的CAN總線數據通過GPRS模塊發(fā)送到遠程監(jiān)控中心。遠程監(jiān)控器UP_HOMER采用雙CPU（Philips LPC2119和ATMEGA8）設計，主要是提高遠程監(jiān)控器的性能和適用范圍，LPC2119主要負責機械車輛GPS定位GPRS遠程數據傳輸，具有串口和CAN總線兩種通信接口，ATMEGA8負責直接采集機械傳感器參數。

（二）大型機械顯示器硬件設計

顯示器CPU選用韓國現(xiàn)代HMS30C7202 ARM7芯片，內置液晶顯示器控制器（包括單色屏，偽彩屏和真彩屏）、兩路CAN總線控制器、鍵盤控制器和兩路232串口控制器。為了提高系統(tǒng)硬件設計的通用性和擴展性，監(jiān)控器設計采用模塊化思想，把CPU最小系統(tǒng)設計成獨立的模塊，由此在不同的外圍功能應用要求下，CPU最小系統(tǒng)無需重新設計。核心模塊就是CPU最小系統(tǒng)的實體化，包括CPU電路、SDRAM電路、Flash電路、JTAG調試電路、復位電路和核心模塊電源電路。核心模塊采用兩片F(xiàn)lash，一片內存SDRAM設計，主要考慮程序運行可靠穩(wěn)定性，系統(tǒng)引導程序和應用程序存放到不同的Flash存儲器中，NOR-FLASH選用AMD公司 Am29LV160B 2MB Flash芯片，存儲系統(tǒng)引導程序（Boot Loader）NAND FLASH存儲系統(tǒng)應用程序，包括μC/OSII操作系統(tǒng)。內存芯片選用HY57V561620 8MB SDRAM。

（三）遠程監(jiān)控器的硬件設計

遠程監(jiān)控器硬件設計在綜合考慮功能需求和成本的基礎上，CPU選擇了Philips LPC2119作為控制主芯片。它是一款32位處理器，主頻60MHz，內置16K字節(jié)靜態(tài)RAM、128/256K字節(jié)片內Flash 程序存儲器、兩路CAN控制器、兩路232串口控制器和兩路SPI串口等，接口資源豐富同時價格適中。

二、系統(tǒng)軟件設計

監(jiān)控系統(tǒng)顯示器軟件平臺選用了實時多任務內核μC/OSII操作系統(tǒng)，在μC/OSII的上層擴展了文件管理系統(tǒng)、圖形用戶接口和監(jiān)控器底層硬件驅動程序，如存儲器系統(tǒng)、UART、CAN總線、LCD顯示等，以及在此操作系統(tǒng)之上移植的MINIGUI圖形用戶接口庫，共同建立了一個適合本軟件開發(fā)的，開放的操作系統(tǒng)平臺和圖形用戶接口平臺。

移植操作系統(tǒng)C/OS-Ⅱ并開發(fā)接口驅動后，根據實現(xiàn)功能建立了6個應用任務。

三、監(jiān)控器性能測試

在室溫條件，無振動沖擊，12V、24V直流穩(wěn)壓電源供電條件下進行了系統(tǒng)功能接口，系統(tǒng)連續(xù)運行穩(wěn)定性兩方面的測試。

系統(tǒng)上電后經過大約30s GPS初始化時間，GPS模塊開始正常的發(fā)送定位信息，控制器顯示界面的下端顯示了當前經緯度。

開機10s后GPRS自動連接上服務器，每隔10秒發(fā)送一次控制器信息，系統(tǒng)正常運行。全部系統(tǒng)模擬連接完畢，連續(xù)開機24h，系統(tǒng)沒有出現(xiàn)死機情況，初步證明系統(tǒng)穩(wěn)定性良好。

四、結束語

車載監(jiān)控器硬件設計采用市場流行的嵌入式CPU進行設計，選用相對成熟的接口電路，從而保障了硬件平臺的穩(wěn)定性，降低了硬件開發(fā)的難度，大大縮短的產品硬件的開發(fā)周期。下位機軟件開發(fā)選用成熟的實時嵌入式操作系統(tǒng)，確保了軟件系統(tǒng)的穩(wěn)定行和實時響應能力。完善的測試保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

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作者簡介：

張鳳英（1980-），女，山西大同人，在讀碩士，助教，研究方向：檢測技術與自動化；彭德剛（1978-），男，碩士，研究方向：檢測技術與自動化。