嵌入式MCU的通用監控模塊的設計研究

歐陽強勇

摘 要：對通用監控模塊的構成設計和實現方法進行了闡述。該模塊不僅能對中小型儀器進行檢測和分析，同時還能診斷和在線檢測大型設備系統。

關鍵詞：嵌入式MCU；船破液壓系統；模態檢測；監控模塊

中圖分類號：TP277.2 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）12-0011-02

隨著社會經濟的快速發展，船舶建造的電氣化和自動化程度在不斷提高，這使得船舶的建造越來越依賴電站和電力設備系統，但如果因重要的供電系統發生故障而中斷船舶的供電，就會嚴重破壞船舶，造成沉船事故和人員傷亡事故，進而帶來巨大的經濟損失。要保證電力設備在對船舶進行供電時能在各種復雜的環境下都能穩定的運行，就需要不斷加強船舶電力故障檢測力度和技術。

以前船舶電力設備系統發生故障時，都是船員進入設備艙，對故障數據信息進行手寫抄錄，采用這種方式不僅工作量過大、不易操作，而且也不能及時地采集故障信息，而嵌入式MCU的通用監控模塊則可以有效地解決這個問題。

1 嵌入式MCU通用監控模塊硬件的設計

嵌入式MCU是在對液壓檢測儀進行在線監控時采取的模塊化硬件處理方式。嵌入式MCU通用監控模塊硬件如圖1所示。

從圖1中可以看出，嵌入式MCU通用監控模塊硬件的工作流程為：被檢測的液壓系統向傳感器傳遞信號，傳感器接收信號后開始檢測；然后傳輸給濾波器，以過濾信息中的噪聲；A/D將采集到的模擬信號轉為數字信號，以方便計算機計進行信息處理；將內部鑲嵌的MCU控制器作為監控模塊的硬件核心，對信息進行分析、處理，并提取其中的有用信號對液壓系統的狀態進行觀察。嵌入式控制器本身就有高存儲容量單元，可儲存查詢過的歷史數據，而且存儲器被設計為外圍總線接口，更方便數據的傳達。

嵌入式MCU選用的是ATMEL公司的AT90CAN128控制器，該處理器不僅資源豐富，而且處理信息的速度非常快。如果要對一周的數據進行存儲，可以選用存儲單元在512 MB以上的CF卡，它的容量大、擦寫壽命長，而且斷電時數據不容易丟失；實時時鐘可選用功耗能較小、擦寫壽命很長和自身帶有一定的小容量的FM3104RTC芯片；光電隔離器件可選擇工作最高頻率可達15 MHz的TLPl15A器件；CAN總線收發器可選用帶雙向保護功能的ESD保護器件；為了保證前端器件運行的可靠性，雙通的多路選擇單元可以使用軍用的DG407。

2 嵌入式MCU通用監控模塊軟件設計

嵌入式MCU通用監控模塊軟件如圖2所示。

2.1 CAN通信初始化字的設計

CAN通信初始化字主要是用來設置 CAN通信的參數。寄存器在初始化時有總線定時寄存器0、總線定時寄存器l、接收代碼寄存器、接收屏蔽寄存器和輸出控制寄存器等。由于總線定時寄存器的內容決定著波特率數值，因此在訪問總線定時寄存器的初始化字時，必須依照系統內各個CAN通信控制器的晶振頻率來設計。

2.2 數據發送和接收程序的設計

CAN控制器能夠自行完成對信息的接收，因為信息是由CAN控制器發送給CAN總線的，所以只需要發送程序把信息幀發送到緩沖區域內，然后開啟發送命令即可。但是要注意是，如果發送過程中發生中斷，是因為發送的緩沖區可以被再次利用，而不是意味著信息發送任務的完成。由于CAN控制器能自行完成對信息的接收，因此只需要接收緩沖區內需要接收的信息即可。在讀取完緩存器中接收的信息內容后，需要重置CPU中的緩存位，只有這樣，才能使其將接收到的報文變成有效文件。

2.3 CAN總線異常的處理方法

由于CAN總線是串行通信局域中一種較為優良的網絡，其自身就有強大的檢查錯誤和排查錯誤的能力，因此在設計CAN總線時，要充分利用CAN總線這一特性，以提高通訊系統的可靠性。CAN協議規定網絡上任何一個節點錯誤數值都要使用計算器計算，使CAN總線處于以下三種狀態：“錯誤-激活”狀態、“錯誤-認可”狀態和“總線脫離”狀態。如果CAN總線處于前兩種狀態，則總線可以根據網絡節點上的信息參與到總線通信中；如果CAN總線是處于第三種狀態，則網絡節點不僅不能進行信息發送，也不能接收到任何數據幀。CAN協議對脫離的總線節點再重新參與到總線通信時作了嚴格規定，判斷一個節點是否脫離了總線可以使用查詢和中斷兩種方式，要恢復“總線脫離”狀態的節點，需要依照CAN協議中的規定流程操作，否則會使節點一直處于“總線脫離”狀態。

3 結束語

嵌入式MCU通用監控模塊主要是對數據信息進行采集、儲存和對簡單的錯誤信息作出分析和判斷，這種便攜式的監測儀器裝置能夠在現場對信息進行記錄、分析并將資料傳送到計算機上，然后使用計算機對其進行詳細分析。

參考文獻

[1]錢偉康，劉洪模，錢建秋，等.基于嵌入式MCU的通用監控模塊的設計[G]//第三屆全國嵌入式技術和信息處理聯合學術會議論文集，2009.

〔編輯：王霞〕

摘 要：對通用監控模塊的構成設計和實現方法進行了闡述。該模塊不僅能對中小型儀器進行檢測和分析，同時還能診斷和在線檢測大型設備系統。

關鍵詞：嵌入式MCU；船破液壓系統；模態檢測；監控模塊

中圖分類號：TP277.2 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）12-0011-02

隨著社會經濟的快速發展，船舶建造的電氣化和自動化程度在不斷提高，這使得船舶的建造越來越依賴電站和電力設備系統，但如果因重要的供電系統發生故障而中斷船舶的供電，就會嚴重破壞船舶，造成沉船事故和人員傷亡事故，進而帶來巨大的經濟損失。要保證電力設備在對船舶進行供電時能在各種復雜的環境下都能穩定的運行，就需要不斷加強船舶電力故障檢測力度和技術。

以前船舶電力設備系統發生故障時，都是船員進入設備艙，對故障數據信息進行手寫抄錄，采用這種方式不僅工作量過大、不易操作，而且也不能及時地采集故障信息，而嵌入式MCU的通用監控模塊則可以有效地解決這個問題。

1 嵌入式MCU通用監控模塊硬件的設計

嵌入式MCU是在對液壓檢測儀進行在線監控時采取的模塊化硬件處理方式。嵌入式MCU通用監控模塊硬件如圖1所示。

從圖1中可以看出，嵌入式MCU通用監控模塊硬件的工作流程為：被檢測的液壓系統向傳感器傳遞信號，傳感器接收信號后開始檢測；然后傳輸給濾波器，以過濾信息中的噪聲；A/D將采集到的模擬信號轉為數字信號，以方便計算機計進行信息處理；將內部鑲嵌的MCU控制器作為監控模塊的硬件核心，對信息進行分析、處理，并提取其中的有用信號對液壓系統的狀態進行觀察。嵌入式控制器本身就有高存儲容量單元，可儲存查詢過的歷史數據，而且存儲器被設計為外圍總線接口，更方便數據的傳達。

嵌入式MCU選用的是ATMEL公司的AT90CAN128控制器，該處理器不僅資源豐富，而且處理信息的速度非常快。如果要對一周的數據進行存儲，可以選用存儲單元在512 MB以上的CF卡，它的容量大、擦寫壽命長，而且斷電時數據不容易丟失；實時時鐘可選用功耗能較小、擦寫壽命很長和自身帶有一定的小容量的FM3104RTC芯片；光電隔離器件可選擇工作最高頻率可達15 MHz的TLPl15A器件；CAN總線收發器可選用帶雙向保護功能的ESD保護器件；為了保證前端器件運行的可靠性，雙通的多路選擇單元可以使用軍用的DG407。

2 嵌入式MCU通用監控模塊軟件設計

嵌入式MCU通用監控模塊軟件如圖2所示。

2.1 CAN通信初始化字的設計

CAN通信初始化字主要是用來設置 CAN通信的參數。寄存器在初始化時有總線定時寄存器0、總線定時寄存器l、接收代碼寄存器、接收屏蔽寄存器和輸出控制寄存器等。由于總線定時寄存器的內容決定著波特率數值，因此在訪問總線定時寄存器的初始化字時，必須依照系統內各個CAN通信控制器的晶振頻率來設計。

2.2 數據發送和接收程序的設計

CAN控制器能夠自行完成對信息的接收，因為信息是由CAN控制器發送給CAN總線的，所以只需要發送程序把信息幀發送到緩沖區域內，然后開啟發送命令即可。但是要注意是，如果發送過程中發生中斷，是因為發送的緩沖區可以被再次利用，而不是意味著信息發送任務的完成。由于CAN控制器能自行完成對信息的接收，因此只需要接收緩沖區內需要接收的信息即可。在讀取完緩存器中接收的信息內容后，需要重置CPU中的緩存位，只有這樣，才能使其將接收到的報文變成有效文件。

2.3 CAN總線異常的處理方法

由于CAN總線是串行通信局域中一種較為優良的網絡，其自身就有強大的檢查錯誤和排查錯誤的能力，因此在設計CAN總線時，要充分利用CAN總線這一特性，以提高通訊系統的可靠性。CAN協議規定網絡上任何一個節點錯誤數值都要使用計算器計算，使CAN總線處于以下三種狀態：“錯誤-激活”狀態、“錯誤-認可”狀態和“總線脫離”狀態。如果CAN總線處于前兩種狀態，則總線可以根據網絡節點上的信息參與到總線通信中；如果CAN總線是處于第三種狀態，則網絡節點不僅不能進行信息發送，也不能接收到任何數據幀。CAN協議對脫離的總線節點再重新參與到總線通信時作了嚴格規定，判斷一個節點是否脫離了總線可以使用查詢和中斷兩種方式，要恢復“總線脫離”狀態的節點，需要依照CAN協議中的規定流程操作，否則會使節點一直處于“總線脫離”狀態。

3 結束語

嵌入式MCU通用監控模塊主要是對數據信息進行采集、儲存和對簡單的錯誤信息作出分析和判斷，這種便攜式的監測儀器裝置能夠在現場對信息進行記錄、分析并將資料傳送到計算機上，然后使用計算機對其進行詳細分析。

參考文獻

[1]錢偉康，劉洪模，錢建秋，等.基于嵌入式MCU的通用監控模塊的設計[G]//第三屆全國嵌入式技術和信息處理聯合學術會議論文集，2009.

〔編輯：王霞〕

摘 要：對通用監控模塊的構成設計和實現方法進行了闡述。該模塊不僅能對中小型儀器進行檢測和分析，同時還能診斷和在線檢測大型設備系統。

關鍵詞：嵌入式MCU；船破液壓系統；模態檢測；監控模塊

中圖分類號：TP277.2 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）12-0011-02

隨著社會經濟的快速發展，船舶建造的電氣化和自動化程度在不斷提高，這使得船舶的建造越來越依賴電站和電力設備系統，但如果因重要的供電系統發生故障而中斷船舶的供電，就會嚴重破壞船舶，造成沉船事故和人員傷亡事故，進而帶來巨大的經濟損失。要保證電力設備在對船舶進行供電時能在各種復雜的環境下都能穩定的運行，就需要不斷加強船舶電力故障檢測力度和技術。

以前船舶電力設備系統發生故障時，都是船員進入設備艙，對故障數據信息進行手寫抄錄，采用這種方式不僅工作量過大、不易操作，而且也不能及時地采集故障信息，而嵌入式MCU的通用監控模塊則可以有效地解決這個問題。

1 嵌入式MCU通用監控模塊硬件的設計

嵌入式MCU是在對液壓檢測儀進行在線監控時采取的模塊化硬件處理方式。嵌入式MCU通用監控模塊硬件如圖1所示。

從圖1中可以看出，嵌入式MCU通用監控模塊硬件的工作流程為：被檢測的液壓系統向傳感器傳遞信號，傳感器接收信號后開始檢測；然后傳輸給濾波器，以過濾信息中的噪聲；A/D將采集到的模擬信號轉為數字信號，以方便計算機計進行信息處理；將內部鑲嵌的MCU控制器作為監控模塊的硬件核心，對信息進行分析、處理，并提取其中的有用信號對液壓系統的狀態進行觀察。嵌入式控制器本身就有高存儲容量單元，可儲存查詢過的歷史數據，而且存儲器被設計為外圍總線接口，更方便數據的傳達。

嵌入式MCU選用的是ATMEL公司的AT90CAN128控制器，該處理器不僅資源豐富，而且處理信息的速度非常快。如果要對一周的數據進行存儲，可以選用存儲單元在512 MB以上的CF卡，它的容量大、擦寫壽命長，而且斷電時數據不容易丟失；實時時鐘可選用功耗能較小、擦寫壽命很長和自身帶有一定的小容量的FM3104RTC芯片；光電隔離器件可選擇工作最高頻率可達15 MHz的TLPl15A器件；CAN總線收發器可選用帶雙向保護功能的ESD保護器件；為了保證前端器件運行的可靠性，雙通的多路選擇單元可以使用軍用的DG407。

2 嵌入式MCU通用監控模塊軟件設計

嵌入式MCU通用監控模塊軟件如圖2所示。

2.1 CAN通信初始化字的設計

CAN通信初始化字主要是用來設置 CAN通信的參數。寄存器在初始化時有總線定時寄存器0、總線定時寄存器l、接收代碼寄存器、接收屏蔽寄存器和輸出控制寄存器等。由于總線定時寄存器的內容決定著波特率數值，因此在訪問總線定時寄存器的初始化字時，必須依照系統內各個CAN通信控制器的晶振頻率來設計。

2.2 數據發送和接收程序的設計

CAN控制器能夠自行完成對信息的接收，因為信息是由CAN控制器發送給CAN總線的，所以只需要發送程序把信息幀發送到緩沖區域內，然后開啟發送命令即可。但是要注意是，如果發送過程中發生中斷，是因為發送的緩沖區可以被再次利用，而不是意味著信息發送任務的完成。由于CAN控制器能自行完成對信息的接收，因此只需要接收緩沖區內需要接收的信息即可。在讀取完緩存器中接收的信息內容后，需要重置CPU中的緩存位，只有這樣，才能使其將接收到的報文變成有效文件。

2.3 CAN總線異常的處理方法

由于CAN總線是串行通信局域中一種較為優良的網絡，其自身就有強大的檢查錯誤和排查錯誤的能力，因此在設計CAN總線時，要充分利用CAN總線這一特性，以提高通訊系統的可靠性。CAN協議規定網絡上任何一個節點錯誤數值都要使用計算器計算，使CAN總線處于以下三種狀態：“錯誤-激活”狀態、“錯誤-認可”狀態和“總線脫離”狀態。如果CAN總線處于前兩種狀態，則總線可以根據網絡節點上的信息參與到總線通信中；如果CAN總線是處于第三種狀態，則網絡節點不僅不能進行信息發送，也不能接收到任何數據幀。CAN協議對脫離的總線節點再重新參與到總線通信時作了嚴格規定，判斷一個節點是否脫離了總線可以使用查詢和中斷兩種方式，要恢復“總線脫離”狀態的節點，需要依照CAN協議中的規定流程操作，否則會使節點一直處于“總線脫離”狀態。

3 結束語

嵌入式MCU通用監控模塊主要是對數據信息進行采集、儲存和對簡單的錯誤信息作出分析和判斷，這種便攜式的監測儀器裝置能夠在現場對信息進行記錄、分析并將資料傳送到計算機上，然后使用計算機對其進行詳細分析。

參考文獻

[1]錢偉康，劉洪模，錢建秋，等.基于嵌入式MCU的通用監控模塊的設計[G]//第三屆全國嵌入式技術和信息處理聯合學術會議論文集，2009.

〔編輯：王霞〕