嵌入式MCU的通用监控模块的设计研究

欧阳强勇

摘 要：对通用监控模块的构成设计和实现方法进行了阐述。该模块不仅能对中小型仪器进行检测和分析，同时还能诊断和在线检测大型设备系统。

关键词：嵌入式MCU；船破液压系统；模态检测；监控模块

中图分类号：TP277.2 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）12-0011-02

随着社会经济的快速发展，船舶建造的电气化和自动化程度在不断提高，这使得船舶的建造越来越依赖电站和电力设备系统，但如果因重要的供电系统发生故障而中断船舶的供电，就会严重破坏船舶，造成沉船事故和人员伤亡事故，进而带来巨大的经济损失。要保证电力设备在对船舶进行供电时能在各种复杂的环境下都能稳定的运行，就需要不断加强船舶电力故障检测力度和技术。

以前船舶电力设备系统发生故障时，都是船员进入设备舱，对故障数据信息进行手写抄录，采用这种方式不仅工作量过大、不易操作，而且也不能及时地采集故障信息，而嵌入式MCU的通用监控模块则可以有效地解决这个问题。

1 嵌入式MCU通用监控模块硬件的设计

嵌入式MCU是在对液压检测仪进行在线监控时采取的模块化硬件处理方式。嵌入式MCU通用监控模块硬件如图1所示。

从图1中可以看出，嵌入式MCU通用监控模块硬件的工作流程为：被检测的液压系统向传感器传递信号，传感器接收信号后开始检测；然后传输给滤波器，以过滤信息中的噪声；A/D将采集到的模拟信号转为数字信号，以方便计算机计进行信息处理；将内部镶嵌的MCU控制器作为监控模块的硬件核心，对信息进行分析、处理，并提取其中的有用信号对液压系统的状态进行观察。嵌入式控制器本身就有高存储容量单元，可储存查询过的历史数据，而且存储器被设计为外围总线接口，更方便数据的传达。

嵌入式MCU选用的是ATMEL公司的AT90CAN128控制器，该处理器不仅资源丰富，而且处理信息的速度非常快。如果要对一周的数据进行存储，可以选用存储单元在512 MB以上的CF卡，它的容量大、擦写寿命长，而且断电时数据不容易丢失；实时时钟可选用功耗能较小、擦写寿命很长和自身带有一定的小容量的FM3104RTC芯片；光电隔离器件可选择工作最高频率可达15 MHz的TLPl15A器件；CAN总线收发器可选用带双向保护功能的ESD保护器件；为了保证前端器件运行的可靠性，双通的多路选择单元可以使用军用的DG407。

2 嵌入式MCU通用监控模块软件设计

嵌入式MCU通用监控模块软件如图2所示。

2.1 CAN通信初始化字的设计

CAN通信初始化字主要是用来设置 CAN通信的参数。寄存器在初始化时有总线定时寄存器0、总线定时寄存器l、接收代码寄存器、接收屏蔽寄存器和输出控制寄存器等。由于总线定时寄存器的内容决定着波特率数值，因此在访问总线定时寄存器的初始化字时，必须依照系统内各个CAN通信控制器的晶振频率来设计。

2.2 数据发送和接收程序的设计

CAN控制器能够自行完成对信息的接收，因为信息是由CAN控制器发送给CAN总线的，所以只需要发送程序把信息帧发送到缓冲区域内，然后开启发送命令即可。但是要注意是，如果发送过程中发生中断，是因为发送的缓冲区可以被再次利用，而不是意味着信息发送任务的完成。由于CAN控制器能自行完成对信息的接收，因此只需要接收缓冲区内需要接收的信息即可。在读取完缓存器中接收的信息内容后，需要重置CPU中的缓存位，只有这样，才能使其将接收到的报文变成有效文件。

2.3 CAN总线异常的处理方法

由于CAN总线是串行通信局域中一种较为优良的网络，其自身就有强大的检查错误和排查错误的能力，因此在设计CAN总线时，要充分利用CAN总线这一特性，以提高通讯系统的可靠性。CAN协议规定网络上任何一个节点错误数值都要使用计算器计算，使CAN总线处于以下三种状态：“错误-激活”状态、“错误-认可”状态和“总线脱离”状态。如果CAN总线处于前两种状态，则总线可以根据网络节点上的信息参与到总线通信中；如果CAN总线是处于第三种状态，则网络节点不仅不能进行信息发送，也不能接收到任何数据帧。CAN协议对脱离的总线节点再重新参与到总线通信时作了严格规定，判断一个节点是否脱离了总线可以使用查询和中断两种方式，要恢复“总线脱离”状态的节点，需要依照CAN协议中的规定流程操作，否则会使节点一直处于“总线脱离”状态。

3 结束语

嵌入式MCU通用监控模块主要是对数据信息进行采集、储存和对简单的错误信息作出分析和判断，这种便携式的监测仪器装置能够在现场对信息进行记录、分析并将资料传送到计算机上，然后使用计算机对其进行详细分析。

参考文献

[1]钱伟康，刘洪模，钱建秋，等.基于嵌入式MCU的通用监控模块的设计[G]//第三届全国嵌入式技术和信息处理联合学术会议论文集，2009.

〔编辑：王霞〕

摘 要：对通用监控模块的构成设计和实现方法进行了阐述。该模块不仅能对中小型仪器进行检测和分析，同时还能诊断和在线检测大型设备系统。

关键词：嵌入式MCU；船破液压系统；模态检测；监控模块

中图分类号：TP277.2 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）12-0011-02

随着社会经济的快速发展，船舶建造的电气化和自动化程度在不断提高，这使得船舶的建造越来越依赖电站和电力设备系统，但如果因重要的供电系统发生故障而中断船舶的供电，就会严重破坏船舶，造成沉船事故和人员伤亡事故，进而带来巨大的经济损失。要保证电力设备在对船舶进行供电时能在各种复杂的环境下都能稳定的运行，就需要不断加强船舶电力故障检测力度和技术。

以前船舶电力设备系统发生故障时，都是船员进入设备舱，对故障数据信息进行手写抄录，采用这种方式不仅工作量过大、不易操作，而且也不能及时地采集故障信息，而嵌入式MCU的通用监控模块则可以有效地解决这个问题。

1 嵌入式MCU通用监控模块硬件的设计

嵌入式MCU是在对液压检测仪进行在线监控时采取的模块化硬件处理方式。嵌入式MCU通用监控模块硬件如图1所示。

从图1中可以看出，嵌入式MCU通用监控模块硬件的工作流程为：被检测的液压系统向传感器传递信号，传感器接收信号后开始检测；然后传输给滤波器，以过滤信息中的噪声；A/D将采集到的模拟信号转为数字信号，以方便计算机计进行信息处理；将内部镶嵌的MCU控制器作为监控模块的硬件核心，对信息进行分析、处理，并提取其中的有用信号对液压系统的状态进行观察。嵌入式控制器本身就有高存储容量单元，可储存查询过的历史数据，而且存储器被设计为外围总线接口，更方便数据的传达。

嵌入式MCU选用的是ATMEL公司的AT90CAN128控制器，该处理器不仅资源丰富，而且处理信息的速度非常快。如果要对一周的数据进行存储，可以选用存储单元在512 MB以上的CF卡，它的容量大、擦写寿命长，而且断电时数据不容易丢失；实时时钟可选用功耗能较小、擦写寿命很长和自身带有一定的小容量的FM3104RTC芯片；光电隔离器件可选择工作最高频率可达15 MHz的TLPl15A器件；CAN总线收发器可选用带双向保护功能的ESD保护器件；为了保证前端器件运行的可靠性，双通的多路选择单元可以使用军用的DG407。

2 嵌入式MCU通用监控模块软件设计

嵌入式MCU通用监控模块软件如图2所示。

2.1 CAN通信初始化字的设计

CAN通信初始化字主要是用来设置 CAN通信的参数。寄存器在初始化时有总线定时寄存器0、总线定时寄存器l、接收代码寄存器、接收屏蔽寄存器和输出控制寄存器等。由于总线定时寄存器的内容决定着波特率数值，因此在访问总线定时寄存器的初始化字时，必须依照系统内各个CAN通信控制器的晶振频率来设计。

2.2 数据发送和接收程序的设计

CAN控制器能够自行完成对信息的接收，因为信息是由CAN控制器发送给CAN总线的，所以只需要发送程序把信息帧发送到缓冲区域内，然后开启发送命令即可。但是要注意是，如果发送过程中发生中断，是因为发送的缓冲区可以被再次利用，而不是意味着信息发送任务的完成。由于CAN控制器能自行完成对信息的接收，因此只需要接收缓冲区内需要接收的信息即可。在读取完缓存器中接收的信息内容后，需要重置CPU中的缓存位，只有这样，才能使其将接收到的报文变成有效文件。

2.3 CAN总线异常的处理方法

由于CAN总线是串行通信局域中一种较为优良的网络，其自身就有强大的检查错误和排查错误的能力，因此在设计CAN总线时，要充分利用CAN总线这一特性，以提高通讯系统的可靠性。CAN协议规定网络上任何一个节点错误数值都要使用计算器计算，使CAN总线处于以下三种状态：“错误-激活”状态、“错误-认可”状态和“总线脱离”状态。如果CAN总线处于前两种状态，则总线可以根据网络节点上的信息参与到总线通信中；如果CAN总线是处于第三种状态，则网络节点不仅不能进行信息发送，也不能接收到任何数据帧。CAN协议对脱离的总线节点再重新参与到总线通信时作了严格规定，判断一个节点是否脱离了总线可以使用查询和中断两种方式，要恢复“总线脱离”状态的节点，需要依照CAN协议中的规定流程操作，否则会使节点一直处于“总线脱离”状态。

3 结束语

嵌入式MCU通用监控模块主要是对数据信息进行采集、储存和对简单的错误信息作出分析和判断，这种便携式的监测仪器装置能够在现场对信息进行记录、分析并将资料传送到计算机上，然后使用计算机对其进行详细分析。

参考文献

[1]钱伟康，刘洪模，钱建秋，等.基于嵌入式MCU的通用监控模块的设计[G]//第三届全国嵌入式技术和信息处理联合学术会议论文集，2009.

〔编辑：王霞〕

摘 要：对通用监控模块的构成设计和实现方法进行了阐述。该模块不仅能对中小型仪器进行检测和分析，同时还能诊断和在线检测大型设备系统。

关键词：嵌入式MCU；船破液压系统；模态检测；监控模块

中图分类号：TP277.2 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）12-0011-02

随着社会经济的快速发展，船舶建造的电气化和自动化程度在不断提高，这使得船舶的建造越来越依赖电站和电力设备系统，但如果因重要的供电系统发生故障而中断船舶的供电，就会严重破坏船舶，造成沉船事故和人员伤亡事故，进而带来巨大的经济损失。要保证电力设备在对船舶进行供电时能在各种复杂的环境下都能稳定的运行，就需要不断加强船舶电力故障检测力度和技术。

以前船舶电力设备系统发生故障时，都是船员进入设备舱，对故障数据信息进行手写抄录，采用这种方式不仅工作量过大、不易操作，而且也不能及时地采集故障信息，而嵌入式MCU的通用监控模块则可以有效地解决这个问题。

1 嵌入式MCU通用监控模块硬件的设计

嵌入式MCU是在对液压检测仪进行在线监控时采取的模块化硬件处理方式。嵌入式MCU通用监控模块硬件如图1所示。

从图1中可以看出，嵌入式MCU通用监控模块硬件的工作流程为：被检测的液压系统向传感器传递信号，传感器接收信号后开始检测；然后传输给滤波器，以过滤信息中的噪声；A/D将采集到的模拟信号转为数字信号，以方便计算机计进行信息处理；将内部镶嵌的MCU控制器作为监控模块的硬件核心，对信息进行分析、处理，并提取其中的有用信号对液压系统的状态进行观察。嵌入式控制器本身就有高存储容量单元，可储存查询过的历史数据，而且存储器被设计为外围总线接口，更方便数据的传达。

嵌入式MCU选用的是ATMEL公司的AT90CAN128控制器，该处理器不仅资源丰富，而且处理信息的速度非常快。如果要对一周的数据进行存储，可以选用存储单元在512 MB以上的CF卡，它的容量大、擦写寿命长，而且断电时数据不容易丢失；实时时钟可选用功耗能较小、擦写寿命很长和自身带有一定的小容量的FM3104RTC芯片；光电隔离器件可选择工作最高频率可达15 MHz的TLPl15A器件；CAN总线收发器可选用带双向保护功能的ESD保护器件；为了保证前端器件运行的可靠性，双通的多路选择单元可以使用军用的DG407。

2 嵌入式MCU通用监控模块软件设计

嵌入式MCU通用监控模块软件如图2所示。

2.1 CAN通信初始化字的设计

CAN通信初始化字主要是用来设置 CAN通信的参数。寄存器在初始化时有总线定时寄存器0、总线定时寄存器l、接收代码寄存器、接收屏蔽寄存器和输出控制寄存器等。由于总线定时寄存器的内容决定着波特率数值，因此在访问总线定时寄存器的初始化字时，必须依照系统内各个CAN通信控制器的晶振频率来设计。

2.2 数据发送和接收程序的设计

CAN控制器能够自行完成对信息的接收，因为信息是由CAN控制器发送给CAN总线的，所以只需要发送程序把信息帧发送到缓冲区域内，然后开启发送命令即可。但是要注意是，如果发送过程中发生中断，是因为发送的缓冲区可以被再次利用，而不是意味着信息发送任务的完成。由于CAN控制器能自行完成对信息的接收，因此只需要接收缓冲区内需要接收的信息即可。在读取完缓存器中接收的信息内容后，需要重置CPU中的缓存位，只有这样，才能使其将接收到的报文变成有效文件。

2.3 CAN总线异常的处理方法

由于CAN总线是串行通信局域中一种较为优良的网络，其自身就有强大的检查错误和排查错误的能力，因此在设计CAN总线时，要充分利用CAN总线这一特性，以提高通讯系统的可靠性。CAN协议规定网络上任何一个节点错误数值都要使用计算器计算，使CAN总线处于以下三种状态：“错误-激活”状态、“错误-认可”状态和“总线脱离”状态。如果CAN总线处于前两种状态，则总线可以根据网络节点上的信息参与到总线通信中；如果CAN总线是处于第三种状态，则网络节点不仅不能进行信息发送，也不能接收到任何数据帧。CAN协议对脱离的总线节点再重新参与到总线通信时作了严格规定，判断一个节点是否脱离了总线可以使用查询和中断两种方式，要恢复“总线脱离”状态的节点，需要依照CAN协议中的规定流程操作，否则会使节点一直处于“总线脱离”状态。

3 结束语

嵌入式MCU通用监控模块主要是对数据信息进行采集、储存和对简单的错误信息作出分析和判断，这种便携式的监测仪器装置能够在现场对信息进行记录、分析并将资料传送到计算机上，然后使用计算机对其进行详细分析。

参考文献

[1]钱伟康，刘洪模，钱建秋，等.基于嵌入式MCU的通用监控模块的设计[G]//第三届全国嵌入式技术和信息处理联合学术会议论文集，2009.

〔编辑：王霞〕