基于以太网的桥梁照明供电监控系统的设计

摘要

桥梁的实时监控对于保证桥梁的安全运行十分重要，然而，由于桥梁的特殊的地理位置，所以事实上工业现场的条件十分恶劣，如果采用人工方式进行监控和维护显然十分不智。本文的任务就是对桥梁的自动化监控系统进行简单的设计，为日后进一步的设计奠定良好的基础。在设计中底层数据采集和控制器件我们选用了带有CAN接口的智能模块以简化设计过程。同时重点介绍了CAN总线接入以太网技术，通过这样的设计以使底层模块与监控PC能够有效的进行通讯。 现场总线是面向工业现场底层设备的数字化网络技术，现场总线系统(FCS)具有数字化、智能化、和可互操作等特点，十分符合工业控制现场的各种要求。CAN总线是现场总线的一种，最初诞生于汽车行业，它是一种有效支持分布式控制和实时控制的串行通信网络，具有可靠性、实时性和灵活性高，价格低等特点，被越来越广泛的应用于各种工业现场。而工业以太网以其固有的传输速率高，易于安装和开放性好的特点也正在工业控制领域起到不可忽视的作用。 本文重点设计了CAN/Ethemet网关。在设计中首先简单介绍了CAN总线、Ethemet以及TCP/IP协议的特点及发展，并分析了将CAN总线接入以太网的可行性。 网关的硬件设计包括：CAN接口的设计和以太网接口的设计。其中CAN接口在硬件上选用Philip公司生产的CAN控制器SJAl000和高速CAN总线收发器TJAl040，以太网接口采用台湾Realtek公司生产的全双工以太网控制器RTL8019AS，微控制器则采用AT89S52 CMOS 8位单片机。从而构建起系统通讯的硬件平台。 软件设计包括CAN接口和以太网接口的底层驱动程序的设计，分别包括CAN接口和以太网接口的的初始化程序和发送接收程序，并初步在单片机上实现精简的TCP/IP协议，包括ARP协议、IP协议、ICMP协议和UDP协议。这样通过网关就可能实现CAN控制协议和TCP/IP协议的转换并使得系统在日后的维护和升级中接入Intemet成为可能。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪 论

1.1桥梁照明供电系统设计背景

1.2现场总线概述

1.2.1现场总线的技术特点及优势

1.2.2国内现场总线的发展趋势

1.3 CAN总线概述

1.3.1 CAN总线的特点

1.3.2 CAN可靠性

1.3.3 CAN的分层结构

1.3.4 CAN总线的通信距离

1.3.5 CAN报文的帧类型

1.4工业以太网与TCP/IP

1.4.1以太网概述

1.4.2 TCP/IP

1.5现场总线接入以太网相技术的可行性

1.6论文结构

第2章自动化系统总体设计

2.1系统结构

2.2监控子站

2.2.1 1号子站

2.2.2 2号子站

2.2.3 3号子站

2.2.4 4号子站

2.3系统功能

2.3.1变电所监控功能

2.3.2照明系统监控功能

2.3.3航空障碍灯和航标灯监控功能

2.4系统接地设计与系统供电

2.5系统软件设计

第3章Ethernet/CAN网关硬件设计

3.1网关总体设计

3.2 CAN总线接口的设计

3.2.1 CAN控制器SJA1000

3.2.2高速CAN总线驱动收发器TJA1040

3.2.3 CAN硬件接口电路设计

3.3以太网接口的设计

3.3.1全双工以太网控制器RTL8019AS

3.3.2以太网接口硬件设计

第4章底层驱动程序设计

4.1 CAN接口软件设计

4.1.1 SJA1000初始化

4.1.2接收子程序

4.1.3发送子程序

4.2以太网接口软件设计

4.2.1初始化RTL8019AS

4.2.3发送与接收子程序

第5章TCP/IP协议设计

5.1 TCP/IP协议

5.2 ARP协议

5.2.1 ARP协议工作原理

5.2.2报文格式

5.2.3 ARP程序实现

5.3 IP协议

5.3.1 IP报文格式

5.3.2 IP报文分片与重组

5.3.3 IP协议实现

5.4 ICMP协议

5.4.1 ICMP协议格式

5.4.2 ICMP协议实现

5.5 UDP与TCP协议

5.5.1 UDP协议

5.5.2 TCP协议

5.5.3 UDP与TCP协议的比较

5.5.4 UDP协议实现

5.6上位机通信

第6章结论与展望

6.1总结

6.2展望

致 谢

参考文献

作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文