基于CAN网控器的校园消费信息管理系统网络设计

1 引言

目前有一定规模的学校均建有基于网络的校园消费信息管理系统，建立一个稳定可靠、扩充和维护方便的该类系统，关键是建立一个适用于校园消费环境的信息传输网络。目前校园消费信息管理系统底层网络多采用RS-485 总线的组网方式。采用RS-485 总线组网具有结构简单、成本低等优点，但RS-485 总线无故障定位和错误处理功能，组网的灵活性不强。随着互联网的日益普及，也有一些学校的校园消费信息管理系统采用以太网的组网方式，将每个消费节点就近联接于校园网上。这种组网方式的特点是能够充分利用现有的网络资源，能方便的进行远程访问，但在目前情况下，这种方式的不足是组网费用较高，实时响应能力不强，网络完全依赖于校园网，而校园网并不能保证安全可靠。当然，互联网具有巨大的优势和应用前景，但就传输信息量较小，实时性要求较高的校园消费信息管理系统底层网络而言，以太网并非最佳选择。

本文提出了一种基于CAN网控器的性能价格比较高的校园消费信息管理系统底层网络设计方案。CAN总线具有传输速率高，抗干扰能力强，硬件连接方便等突出特点，在智能汽车，分布式信息的采集与控制等方面得到了广泛的应用。将CAN总线应用于校园消费信息管理系统底层网络设计中，其组网成本与采用RS-485总线相当，而使用、维护和扩充则都更为方便。与以太网相比则具有价格低、实时性好、可靠性高等优点。欲了解更多信息请登录电子发烧友网(http://www.elecfans.com)

　　2 CAN 网控器

由于现在许多学校校园面积较大，各消费点又非常分散，需要有一种网络设备能将各消费点与服务器连接起来，实现消费信息的高效实时传输。这样的网络设备一般采用的是中继器，本文提出了采用CAN 网控器的方案。系统中所设计的CAN 网控器不仅具有中继的功能，更重要的是它充分利用了CAN 总线控制器可灵活配置的特点，在两个CAN 子网之间实现报文的过滤，使各个子网都能高效运转，而这些对于各CAN 节点和服务器而言都是透明的。因而，CAN 网控器是校园消费信息管理系统组网的关键设备，它可以提高网络设计的灵活性，极大的扩展其使用范围。CAN 网控器由微处理器和两路CAN 控制器接口组成，网控器中有E2PROM，用于保存网控器的配置参数等信息。由于通信对实时性的要求以及CAN 网控器所用微处理器的内部缓存容量有限，微处理器采用了FIFO 机制来管理内部RAM，提高内存使用效率。

　　3 校园消费信息管理系统网络设计

3.1 校园消费信息管理系统网络结构

校园消费信息管理系统网络主体由三部分构成：消费信息管理中心服务器，CAN 网控器，网络终端(包括窗口机、充值机、挂失机等)，其中CAN 网控器是组网的核心设备。基于CAN网控器的校园消费信息管理系统已在某大学成功得到应用，其网络结构如图1 所示。从图中可以看出，网控器将窗口机等终端与服务器连结起来。在该网络结构中，网控器共分两级。一级网控器一端与服务器相连，另一端则与各个消费现场的窗口机等终端构成的子网相连。一级网控器全部位于消费信息管理中心，采用这种方式一方面是为管理和维护提供了方便，另一方面则是由于一级网控器离服务器的距离都很近，可以采用高达320Kbps 的通信速率。图中网控器5 为二级网控器。采用两级网控器设计，使系统的通信距离可达5km 以上，网络终端数目几乎不受限制。

为了提高网络的可靠性，系统中每个CAN 节点与总线之间均采用光电耦合器耦合，这样可以有效的进行故障隔离，保护网络设备的安全。为了提高网络的易维护性，可以充分利用CAN 总线在差错控制与故障处理方面的能力，采用服务器定期查询各网络设备当前状态的办法，使服务器及时掌握整个网络的当前运行情况，便于更好的管理和维护，网络出故障时也可以用它来进行故障定位，及时排除故障。

图 1 校园消费信息管理系统网络结构

3.2 校园消费信息管理系统网络配置

校园消费信息管理系统网络的许多功能都是借助各CAN 通信节点的网络通信参数的配置得以实现的，这种配置有点类似以太网IP 地址的分配。系统中各网络设备的参数配置包括标识符(ID)的分配，验收屏蔽寄存器(AMR)、验收码寄存器(ACR)和波特率(BTR)等参数的设置。网络设备可通过服务器进行参数的自动配置，所有配置的参数均保存在服务器的数据库中。

如图2 所示，在系统网络设备的参数配置中，重点考虑的一个方面是标识符的分配。在本系统中只采用了CAN 总线29 位标识符中的21 位，其中高8 位用作通信时的命令字节。由于一个网络中标识符的唯一性，21 位标识符的分配必须由服务器根据网络设