基于ＡＲＭ７和ＣＡＮ總線的大型機械遠程監控系統的設計

張鳳英　彭德剛

[摘要]介紹大型機械遠程監控系統是將嵌入式系統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、遠程監控器），顯示器CPU基于韓國現代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總線機械車輛狀態信息發送到監控中心。顯示器和遠程監控器的軟件采用C/OS-Ⅱ實時系統作為操作系統，各種接口擴展有相應的驅動程序。

[關鍵詞]顯示器 監控器 監控中心 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

大型機械作業設備作為一個產業在國內近年來的到了飛速的發展，但對其工作狀態監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。通訊不但在大規模施工中的地位非常重要，在大型機械租賃這一新興行業中也有著迫切的需求。如果在被租賃機械上配備監控器，操作員可根據顯示器界面提示，直接了解機械的工作狀態，同時安裝無線通訊系統，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生。本文用ARM7控制板控制GSM MODEM實現遠程對大型機械狀態的查詢與控制。

一、系統硬件方案設計

（一）大型機械監控系統硬件

大型機械監控系統硬件包括大型機械顯示器和大型機械遠程監控器，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送給UP_HOMER遠程監控器，遠程監控器將接收到的CAN總線數據通過GPRS模塊發送到遠程監控中心。遠程監控器UP_HOMER采用雙CPU（Philips LPC2119和ATMEGA8）設計，主要是提高遠程監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。為了提高系統硬件設計的通用性和擴展性，監控器設計采用模塊化思想，把CPU最小系統設計成獨立的模塊，由此在不同的外圍功能應用要求下，CPU最小系統無需重新設計。核心模塊就是CPU最小系統的實體化，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Flash，一片內存SDRAM設計，主要考慮程序運行可靠穩定性，系統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，存儲系統引導程序（Boot Loader）NAND FLASH存儲系統應用程序，包括μC/OSII操作系統。內存芯片選用HY57V561620 8MB SDRAM。

（三）遠程監控器的硬件設計

遠程監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字節靜態RAM、128/256K字節片內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、系統軟件設計

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

移植操作系統C/OS-Ⅱ并開發接口驅動后，根據實現功能建立了6個應用任務。

三、監控器性能測試

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

系統上電后經過大約30s GPS初始化時間，GPS模塊開始正常的發送定位信息，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秒發送一次控制器信息，系統正常運行。全部系統模擬連接完畢，連續開機24h，系統沒有出現死機情況，初步證明系統穩定性良好。

四、結束語

車載監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定性，降低了硬件開發的難度，大大縮短的產品硬件的開發周期。下位機軟件開發選用成熟的實時嵌入式操作系統，確保了軟件系統的穩定行和實時響應能力。完善的測試保證了系統的穩定性和可靠性。

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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。