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在很多CAN的應用中需要將CAN現場設備網的數據傳輸至遠程技術控制中心，通過GPRS無線傳輸可以很好的滿足系統遠程傳輸數據的要求。本文介紹了一種基于ATMEGA128和ETPro++ GPRS模塊的CAN-GPRS網關的設計方法和實現過程。
關鍵詞：ATMEGA128；CAN；GPRS；網關
1． 引言
CAN（Controller Area Network）即控制器局域網，屬于工業現場總線的范疇。CAN總線與一般的通信總線相比，數據通信具有突出的可靠性、實時性和靈活性，其應用范圍已擴展到自動控制、航空航天、機械工業及傳感器等領域。
GPRS(General Packet Radio Service)是通用分組無線業務的簡稱。相對原來GSM的撥號方式的電路交換數據傳送方式，它是一種基于第二代移動通信系統GSM的無線分組交換技 術，提供端到端的、廣域的無線IP連接。具有“實時在線”、“按量計費”、“快捷登錄”、“高速傳輸”的優點。
隨著GPRS移動通信技術的成熟，通過CAN-GPRS網關將CAN現場設備網和遠程技術控制中心聯系起來，使遠程技術控制中心具備了對CAN現場設備網的即時反應、遠程監測以及遠程診斷的能力。
2． CAN-GPRS網關硬件電路設計
2．1 系統硬件結構框圖
圖 1 CAN-GPRS網關原理框圖
CAN-GPRS網關由CAN收發器、CAN控制器、微控制器、RS-232接口、GPRS模塊組成。原理如圖1所示。微控制器對CAN和RS-232接口的數據進行處理與轉發實現網關的功能。
在 本文的應用中，CAN現場設備網包括CAN主控器和CAN設備，網絡通信包含三種數據，CAN主控器發送的命令數據，CAN設備發送的設備數據和心跳數 據。CAN-GPRS網關對CAN現場設備網的數據進行****，對CAN設備發往CAN主控器的心跳數據和CAN主控器發往CAN設備的命令數據進行過 濾，而只讓CAN設備發送的設備數據通過GPRS網絡傳輸至遠程技術控制中心。遠程技術控制中心則通過GPRS網絡將命令數據轉發至CAN現場設備網。
2．2 系統硬件電路設計
本 文采用ATMEGA128作為系統微控制器，ATmega128為基于AVR RISC結構的8位低功耗CMOS微控制器，具有128K字節的系統內可編程Flash，4K字節的內部SRAM，4K字節的內部EEPROM，使得系統 無需外擴ROM和RAM即可實現網關的功能。CAN控制器采用應用非常廣泛的PHILIPS半導體的獨立CAN控制器SJA1000。CAN收發器采用 PHILIPS的TJA1040，在功能上TJA1040是PCA82C250/251高速CAN收發器的后繼產品。ATMEGA128與SJA1000 以外部總線方式連接。SJA1000的8位數據/地址復用總線、控制總線分別與ATMEGA128的數據/地址復用總線、控制總線連 接；ATMEGA128高8位地址總線的A8位經74F04反向后連接至SJA1000的片選引腳；SJA1000的中斷輸出引腳是開漏輸出，通過上拉電 阻連接至ATMEGA128的INT0引腳。ATMEGA128與SJA1000接口電路圖如下圖所示：
圖2 ATMEGA128與SJA1000接口電路
ETPro++ GPRS模塊是一款內嵌TCP/IP協議的GPRS Modem，通常適用于不具備TCP/IP協議棧的單片機系統。ETPro++ GPRS模塊的硬件接口為RS-232接口。ATMEGA128的UART0經MAXIM3232電平轉換后與ETPro++ GPRS模塊的RS-232接口連接。具體接口電路圖如下圖所示：
圖3 ATMEGA128與MAX3232接口電路圖
3．CAN-GPRS網關軟件程序設計
3．1 引入μC/OS-II實時操作系統
CAN- GPRS網關對系統的實時性和可靠性要求較高，在系統中嵌入μC/OS-II將增強系統的實時性和可靠性。采用μC/OS-II 實時操作系統簡化了設計過程，把應用程序代碼分割成單獨的任務，所有時間占重要地位的事件可以盡可能快和有效的得到處理。系統包括初始化和任務兩大部分。 系統初始化又包括微控制器初始化、CAN初始化、GPRS模塊初始化。任務包含CAN接收數據處理、GPRS接收數據處理兩個任務。
3．2 CAN的初始化
由于需要****CAN現場設備網所有節點發送的數據，所以對SJA1000的驗收屏蔽寄存器（AMR）所有位置位以保證可以接收總線上的所有數據。下面給出這部分的源代碼：
INT8U SJA1000Init(void)
{
if( SJA1000_CREATE_COMMUNATION() )
return FALSE; //SJA1000接口出錯，返回
if( SJA1000_ENTER_RETMODEL() )
return FALSE; //SJA1000進入復位模式出錯，返回
SJA1000_SET_OUTCLK(0xaa,0xc8); //Pelican 模式
SJA1000_SET_BANDRATE(ByteRate_125k); //設置波特率為125Kbps
SJA1000_SET_OBJECT(0,0xff); //設置驗收代碼寄存器、驗收屏蔽寄存器
SJA1000_SET_MOD(); //單濾波器模式
if( BCAN_QUIT_RETMODEL() )
return FALSE; //SJA1000退出復位模式出錯，返回
SJA1000_BCANAdr = (INT8U *)REG_IER; //訪問中斷使能寄存器
*SJA1000_BCANAdr = 0xFD; //使能接收中斷
return (0);
}
3．3 GPRS模塊的初始化
ETPro++ GPRS模塊有兩種工作模式，一種是命令模式，一種是SerialNET模式。在命令模式下的通信,期間需要用命令進行干預。而在SerialNET模式下一旦配置好該模式的參數，進入該模式后，就可以直接按設定的參數進行數據傳輸，而無需再進行干預了。
在 本設計中采用的是SerialNET模式。GPRS模塊的初始化首先通過UART0發送三個’+’退出在線模式，之后大約等待15秒左右，收到 I/ERROR (056)<CR>之后即可以向模塊發送命令。發送AT+IUP<CR>命令上線并建立一個PPP Internet連接開始Internet會話，收到I/ONLINE<CR>后即成功上線。再發送AT+I!SNMD<CR> 激活SerialNET長連接模式，收到I/DONE<CR>即進入serialNET模式，此時則可進行數據傳輸。（源代碼略）
3．4 CAN接收數據處理任務
CAN數據的接收與處理通過外部中斷0來實現，當數據接收完成時產生中斷，在中斷程序中發送CAN信號量通知CAN接收數據處理任務對收到的數據進行處理。其流程圖如下（源代碼略）：
圖4 CAN接收數據處理任務流程圖
3．5 GPRS接收數據處理任務
GPRS數據的接收與處理通過UART0接收中斷來實現，在UART0接收中斷程序中發送UART0信號量通知GPRS接收數據處理任務對收到的數據進行處理。不同的是通過UART0將數據轉發到CAN接口上，就不再贅述。
3． 結束語
本文設計的CAN-GPRS網關電路簡單可靠, 使用方便�，F已應用于某工程當中，實際運行狀況良好，數據傳輸穩定可靠，很好的達到了預期設計的效果。
本文作者創新點：采用GPRS模塊將CAN現場設備網通過GPRS與遠程技術控制中心聯系起來，實現了遠程技術控制中心對CAN現場設備網的即時反應、遠程監測以及遠程診斷。
參考文獻:
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[2] 饒運濤，鄒繼軍，鄭勇蕓.現場總線CAN 原理與應用技術[M].北京航空航天大學出版社, 2003
[3] Labrosses Jean J, 袁勤勇等譯.嵌入式系統構件[M].機械工業出版社, 2002
[4] Labrosses Jean J, 邵貝貝等譯.嵌入式實時操作系統μC/OS II[M].北京航空航天大學出版社,2003
[5] 耿德根,宋建國,馬潮,葉勇建.AVR高速嵌入式單片機原理與應用[M].北京航空航天大學出版社, 2001
作者簡介：
黎 華（1978-），男（瑤族），湖南人，桂林電子科技大學電子工程學院在讀碩士，主要從事自動控制系統研究.
莫 瑋（1956-），男（漢族），廣西人，中國電子技術標準化研究所教授，博士生導師，主要從事電子技術標準化研究.
王寶友（1970-），男（漢族），山東人，中國電子技術標準化研究所高工，博士，主要從事電子技術標準化研究.
通信地址：桂林電子科技大學電子工程學院研E6 黎華 |
66821730(技術支持)
