以太網與CAN總線的網橋設計

• 立項背景

當今社會對大學生的創新能力有很高的要求，實驗室為學生提供了很好地學習平臺，但是實驗室開放時間有限制，不方便學生在課余及假期前去做實驗。另外實驗室管理制度不夠完善，往往存在儀器損壞、老化卻得不到及時維護等問題。

該設計以PIC32自帶的以太網模塊作為和外界網絡聯系的橋梁，實現對實驗室（模型）的系統化管理。該系統可通過以太網遠程開啟實驗室門禁，并對實驗室內各種設備儀器的工作狀態進行監控。在實驗室內部采用物理結構簡單、成本低廉的CAN總線實現實驗室的各個設備的連接與通信。

本系統以方便老師方便學生為宗旨，即使在節假日老師也可以為學生提供一個實驗平臺，且不用到實驗室就可以了解實驗室的各種狀況。為學校實驗教學提供了一種新管理模式，大大縮減了學校的管理經費，同時解決了儀器損壞發現維修不及時的問題。

該系統擁有著廣闊的應用前景，應用在實驗室平臺只是一個方面。在智能家居，工廠流水工作車間等，均可應用該設計的思想理念。

• 項目內容

2.1 項目概括

本設計采用實驗室內PIC32以太網的模塊和外界通訊，實時監控整個實驗室的工作狀態。另外PIC32作為系統的控制核心，綜合調度實驗室的各種設備儀器，以達到安全、節能的效果。外圍模塊可分別完成實驗室門禁的開啟與關閉，根據外界光強對實驗室的光線進行調節，外對實驗室內的溫控系統加以控制涉等。該設計涉及到光（如室內光強度智能調控）、電（如設備電源管理）、溫度（如恒定溫度控制）等多種信號的處理，同時實現自動化管理，實現智能實驗室的要求。

2.2 項目模塊介紹

本設計主要包括：以太網遠程通訊模塊，主要負責遠程PC機與MCU間的通訊；MCU控制模塊，主要負責信息匯總以及各模塊間的通訊、協調和控制；門禁系統模塊，完成在特定條件下對模擬實驗室平臺大門的開啟和關閉，并將其狀態向MCU匯報；室內電源控制模塊，主要對室內電源的狀態進行監測和控制，及時向MCU反饋各種設備的供電信息；光控模塊，主要負責對模擬實驗室室內光強的監測、調節和控制；智能加熱控制模塊既可以按預設模式獨立工作，也可以接收來自CAN總線MCU的命令，并按其要求工作。

2.3 設計目標

2.3.1 遠程控制

本設計主要實現遠程對實驗室的監測與控制，同時該設計也兼容本地控制管理操作。由于PIC32具有豐富的片內資源，可利用系統以太網host實現便捷的以太網通訊，遠程PC機可直接管理系統運行。以實驗室平臺模型為例，當用戶（老師）需要打開實驗室時，可直接通過遠程PC機下達指令，以以太網為媒介進行通訊，當MCU接收到用戶發出的指令后，按照具體要求通過CAN總線來傳輸控制信號，門禁系統識別相應的信息后即可開啟實驗室大門。

2.3.2 本地實時監測

本設計可實現對整個實驗室環境的整體監測。當設備正常工作后，各個模塊通過CAN總線每隔一段時間向MCU發送狀態報告，MCU根據收到的反饋信息做出相應的決策，并向相應設備發出下一步的命令，如此反復即可實現對整個實驗平臺的智能化管理。

• 系統的結構圖

整個系統以PIC32為核心，采用以太網實現和外界的通信，系統內部采用CAN總線連接。

該系統結構框圖如下圖所示：

圖1 系統結構圖A

圖2 系統結構圖B

該系統軟件設計采用基于事件觸發的設計原則：

圖3 系統軟件流程圖A

圖4 系統軟件流程圖B