以太网与CAN总线的网桥设计

• 立项背景

当今社会对大学生的创新能力有很高的要求，实验室为学生提供了很好地学习平台，但是实验室开放时间有限制，不方便学生在课余及假期前去做实验。另外实验室管理制度不够完善，往往存在仪器损坏、老化却得不到及时维护等问题。

该设计以PIC32自带的以太网模块作为和外界网络联系的桥梁，实现对实验室（模型）的系统化管理。该系统可通过以太网远程开启实验室门禁，并对实验室内各种设备仪器的工作状态进行监控。在实验室内部采用物理结构简单、成本低廉的CAN总线实现实验室的各个设备的连接与通信。

本系统以方便老师方便学生为宗旨，即使在节假日老师也可以为学生提供一个实验平台，且不用到实验室就可以了解实验室的各种状况。为学校实验教学提供了一种新管理模式，大大缩减了学校的管理经费，同时解决了仪器损坏发现维修不及时的问题。

该系统拥有着广阔的应用前景，应用在实验室平台只是一个方面。在智能家居，工厂流水工作车间等，均可应用该设计的思想理念。

• 项目内容

2.1 项目概括

本设计采用实验室内PIC32以太网的模块和外界通讯，实时监控整个实验室的工作状态。另外PIC32作为系统的控制核心，综合调度实验室的各种设备仪器，以达到安全、节能的效果。外围模块可分别完成实验室门禁的开启与关闭，根据外界光强对实验室的光线进行调节，外对实验室内的温控系统加以控制涉等。该设计涉及到光（如室内光强度智能调控）、电（如设备电源管理）、温度（如恒定温度控制）等多种信号的处理，同时实现自动化管理，实现智能实验室的要求。

2.2 项目模块介绍

本设计主要包括：以太网远程通讯模块，主要负责远程PC机与MCU间的通讯；MCU控制模块，主要负责信息汇总以及各模块间的通讯、协调和控制；门禁系统模块，完成在特定条件下对模拟实验室平台大门的开启和关闭，并将其状态向MCU汇报；室内电源控制模块，主要对室内电源的状态进行监测和控制，及时向MCU反馈各种设备的供电信息；光控模块，主要负责对模拟实验室室内光强的监测、调节和控制；智能加热控制模块既可以按预设模式独立工作，也可以接收来自CAN总线MCU的命令，并按其要求工作。

2.3 设计目标

2.3.1 远程控制

本设计主要实现远程对实验室的监测与控制，同时该设计也兼容本地控制管理操作。由于PIC32具有丰富的片内资源，可利用系统以太网host实现便捷的以太网通讯，远程PC机可直接管理系统运行。以实验室平台模型为例，当用户（老师）需要打开实验室时，可直接通过远程PC机下达指令，以以太网为媒介进行通讯，当MCU接收到用户发出的指令后，按照具体要求通过CAN总线来传输控制信号，门禁系统识别相应的信息后即可开启实验室大门。

2.3.2 本地实时监测

本设计可实现对整个实验室环境的整体监测。当设备正常工作后，各个模块通过CAN总线每隔一段时间向MCU发送状态报告，MCU根据收到的反馈信息做出相应的决策，并向相应设备发出下一步的命令，如此反复即可实现对整个实验平台的智能化管理。

• 系统的结构图

整个系统以PIC32为核心，采用以太网实现和外界的通信，系统内部采用CAN总线连接。

该系统结构框图如下图所示：

图1 系统结构图A

图2 系统结构图B

该系统软件设计采用基于事件触发的设计原则：

图3 系统软件流程图A

图4 系统软件流程图B