單芯片嵌入式網關在煤井下人員定位中的應用

隨著Internet技術的飛速發展，煤礦井下光纖環網是近年來研究與應用的熱點，它在煤礦井下安全監控中起著越來越重要的作用。本文在煤礦井下光纖環網的框架下，設計了光纖以太網轉工業RS 485總線的網關，該網關可將井下人員定位基站入網，實現人員定位信息的網絡查詢、跟蹤以及安全檢測與監控等功能。

由于單芯片嵌入式網關具有成本低、體積小、可靠性高、功耗低、環境適應能力強等諸多優點，在通信和工業控制等領域得到了日益廣泛的應用。

1 嵌入式網關構架

基于以太網的TCP／IP轉換為工業RS 485和RS 232協議的基本構架如圖1所示。根據嵌入式網關的功能，本設計實現了以下協議：HTTP，TCP，UDP，IP，ICMP，ARP。

(1)HTTP是嵌入式WEB服務器的主要構架，屬于應用層協議，本文主要實現網關系統參數設置與查詢、基站系統參數的設置與查詢。

(2)TCP協議是面對連接的，在本文中實現井下基站與遠程以太網終端數據的通信：提供TCP Server功能，負責終端電腦主動連接網關，實現數據通信；實現TCP Client功能，提供網關主動發起的數據傳輸，比如網關中有數據需要通信的時候(注：圖1中的TCP S／C代表用戶基于TCP Server以及TCP Client的應用程序，下同)。

(3)UDP協議是面對連接的網絡數據傳輸，數據傳輸不可靠，但是在某些場合，比如數據的鏈路比較少，那么可以采用基于UDP的數據傳輸協議。在本設計中保留了基于UDP的數據傳輸協議。

(4)IP協議是網絡通信協議的主要協議，由圖1可知，UDP和TCP協議就是在此層之上實現的。

(5)ICMP和ARP協議實現網絡的一些基本配置，ARP為地址解析協議，是將IP地址轉換到硬件地址的協議，ICMP是IP的附件，用于實現網絡上節點的診斷，并返回錯誤消息，也就是我們最常用的ping協議。

2 硬件結構設計

硬件的系統框圖如圖2所示，光纖轉電模塊實現光纖到電的RJ45轉換，RJ45實現光纖轉換模塊和MC9S12NE64(以下簡稱NE64)的連接，4個SPE485實現該網關與基站的RS 485連接，MAX232實現調試輸出或基站的RS 232連接。本系統的光纖轉電模塊采用netLINK公司的HTB-1100S-25，該轉換器為自適應光纖收發器，用于將100 Mb／s的光網轉換為速度為：10／100 Mb／s的雙絞線RJ45接口。

2.1 MC9S12NE64以太網單芯片簡介

NE64是Freescale公司于2004年9月推出的高性價比、業內首個嵌入式單芯片以太網微控制器，內核為HCS12。由標準的內置外設構成，主要包括一個16 b的中央處理器單元(HCS12 CPU)，64 kB的FLASHE2PROM，8 kB的RAM(EMAC共享)，集成了10／100 Mb／s以太網物理層收發器(EPHY)的以太網媒體訪問控制器(EMAC)，2個異步串行通訊接口模塊(SCI)，1個4通道16 b定時器模塊(TIM)以及多達21個管腳可用于鍵盤喚醒輸入(KWU)等。內置的PLL電路允許對功耗和性能進行調節來滿足運行要求。此外，內置的帶隙基準穩壓器，用于將3.15～3.45 V的外部工作電壓轉換成2.5 V的內部數字電源電壓(VDD)。

2.2 網絡接口設計

NE64內部集成了用于連接以太網的EMAC和EPHY協議層，因此省了外接的PHY，只需連接少許的外部電阻和電容以及一個RJ45接口就可以實現網絡的物理連接，接口電路如圖3所示。

2.3 RS 485和RS 232接口設計

NE64本身具有雙串口，因此本文將串口0(SCI0) 設計為RS 485通信，將串口1(SCIl)設計為RS 232通信。

在煤礦井下人員定位系統中，該網關通過RS 485(串口0)與本地基站相連以獲取人員信息。為增加系統中RS 485的驅動能力，設計了4路接口，原理圖如圖4所示。

在圖4(a)中，只畫了一路的RS 485接口電路，其他的3路基本一樣。在接收腳RXD00串聯電阻和LED指示燈，用于指示電路的接收狀態，發送狀態的LED指示燈沒有在圖中畫出，原理同接收電路。WD1～WD3及串聯的20 Ω小電阻，具有防雷擊功能。圖4(b)中的RXD01～RXD03是另外3路RS 485的接收端，要注意的是圖中74HC09是集電極開路輸出，因此在輸出時需接一個上拉電阻，RXD0直接連接NE64的串口0的接收端，而4路RS 485的發送端TXD0連接在一起并和NE64的串口0的發送端相連。

linux操作系統文章專題:linux操作系統詳解（linux不再難懂）

上一頁 1 2 下一頁