基于ＡＲＭ７和ＣＡＮ总线的大型机械远程监控系统的设计

张凤英　彭德刚

[摘要]介绍大型机械远程监控系统是将嵌入式系统技术应用到大型机械上的一项研究。嵌入式大型机械控制器硬件采用模块化设计（显示器、远程监控器），显示器CPU基于韩国现代HMS30C7202 ARM7芯片，负责CAN总线数据接收、界面显示、数据存储等；远程监控器基于LPC2119 32位的微处理器—ARM7，扩展全球定位模块GPS模块，GPRS无线Modem和CAN总线，可随时将机械车辆定位数据和CAN总线机械车辆状态信息发送到监控中心。显示器和远程监控器的软件采用C/OS-Ⅱ实时系统作为操作系统，各种接口扩展有相应的驱动程序。

[关键词]显示器 监控器 监控中心 ARM CAN总线

中图分类号：TP8文献标识码：A文章编号：1671－7597（2009）05210012－01

大型机械作业设备作为一个产业在国内近年来的到了飞速的发展，但对其工作状态监控方面还不是很完善，施工车辆的不合理组合、维修的不及时为施工带来了不少的麻烦。通讯不但在大规模施工中的地位非常重要，在大型机械租赁这一新兴行业中也有着迫切的需求。如果在被租赁机械上配备监控器，操作员可根据显示器界面提示，直接了解机械的工作状态，同时安装无线通讯系统，机械生产厂家和租赁公司就可以及时而准确的掌握机械的运行时间、运行状态以及地理位置等信息，对故障机械提供了客观的数据依据，同时避免了一些欺诈行为的发生。本文用ARM7控制板控制GSM MODEM实现远程对大型机械状态的查询与控制。

一、系统硬件方案设计

（一）大型机械监控系统硬件

大型机械监控系统硬件包括大型机械显示器和大型机械远程监控器，显示器内置两路CAN总线，文中为论述方便以CAN0和CAN1命名。显示器通过CAN0接口与车载控制器接收油量、电压、水温和油压等作业车辆基本参数，并将CAN0接收到的数据实时显示到UP_EM2000显示界面上，另外显示器通过另一路CAN总线CAN1接口将机械车辆数据发送给UP_HOMER远程监控器，远程监控器将接收到的CAN总线数据通过GPRS模块发送到远程监控中心。远程监控器UP_HOMER采用双CPU（Philips LPC2119和ATMEGA8）设计，主要是提高远程监控器的性能和适用范围，LPC2119主要负责机械车辆GPS定位GPRS远程数据传输，具有串口和CAN总线两种通信接口，ATMEGA8负责直接采集机械传感器参数。

（二）大型机械显示器硬件设计

显示器CPU选用韩国现代HMS30C7202 ARM7芯片，内置液晶显示器控制器（包括单色屏，伪彩屏和真彩屏）、两路CAN总线控制器、键盘控制器和两路232串口控制器。为了提高系统硬件设计的通用性和扩展性，监控器设计采用模块化思想，把CPU最小系统设计成独立的模块，由此在不同的外围功能应用要求下，CPU最小系统无需重新设计。核心模块就是CPU最小系统的实体化，包括CPU电路、SDRAM电路、Flash电路、JTAG调试电路、复位电路和核心模块电源电路。核心模块采用两片Flash，一片内存SDRAM设计，主要考虑程序运行可靠稳定性，系统引导程序和应用程序存放到不同的Flash存储器中，NOR-FLASH选用AMD公司 Am29LV160B 2MB Flash芯片，存储系统引导程序（Boot Loader）NAND FLASH存储系统应用程序，包括μC/OSII操作系统。内存芯片选用HY57V561620 8MB SDRAM。

（三）远程监控器的硬件设计

远程监控器硬件设计在综合考虑功能需求和成本的基础上，CPU选择了Philips LPC2119作为控制主芯片。它是一款32位处理器，主频60MHz，内置16K字节静态RAM、128/256K字节片内Flash 程序存储器、两路CAN控制器、两路232串口控制器和两路SPI串口等，接口资源丰富同时价格适中。

二、系统软件设计

监控系统显示器软件平台选用了实时多任务内核μC/OSII操作系统，在μC/OSII的上层扩展了文件管理系统、图形用户接口和监控器底层硬件驱动程序，如存储器系统、UART、CAN总线、LCD显示等，以及在此操作系统之上移植的MINIGUI图形用户接口库，共同建立了一个适合本软件开发的，开放的操作系统平台和图形用户接口平台。

移植操作系统C/OS-Ⅱ并开发接口驱动后，根据实现功能建立了6个应用任务。

三、监控器性能测试

在室温条件，无振动冲击，12V、24V直流稳压电源供电条件下进行了系统功能接口，系统连续运行稳定性两方面的测试。

系统上电后经过大约30s GPS初始化时间，GPS模块开始正常的发送定位信息，控制器显示界面的下端显示了当前经纬度。

开机10s后GPRS自动连接上服务器，每隔10秒发送一次控制器信息，系统正常运行。全部系统模拟连接完毕，连续开机24h，系统没有出现死机情况，初步证明系统稳定性良好。

四、结束语

车载监控器硬件设计采用市场流行的嵌入式CPU进行设计，选用相对成熟的接口电路，从而保障了硬件平台的稳定性，降低了硬件开发的难度，大大缩短的产品硬件的开发周期。下位机软件开发选用成熟的实时嵌入式操作系统，确保了软件系统的稳定行和实时响应能力。完善的测试保证了系统的稳定性和可靠性。

参考文献：

[1]张启君，机群智能化大型机械[J].建筑机械化，2004.25（3）：46-48.

[2]孙福春、宁滨，ARM7嵌入式系统在车辆调度中的应用[J].微计算机信息（测量自动化），2005.21（3）：78-79.

[3]马忠梅，ARM嵌入式处理器结构与应用基础[M].北京：北京航空航天大学出版社，2003.6.

[4]邬宽明，CAN总线原理和应用系统设计[M].北京：航空航天大学出版社，1996.

[5]郭华、黄宗益、徐鸣谦，全球卫星定位系统在工程机械上的应用[J].建筑机械化，2003.24（10）：13-18.

作者简介：

张凤英（1980-），女，山西大同人，在读硕士，助教，研究方向：检测技术与自动化；彭德刚（1978-），男，硕士，研究方向：检测技术与自动化。