CAN总线与ZigBee无线网络网关的设计.pdf

《CAN总线与ZigBee无线网络网关的设计.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第l期夏琳琳等．cAN总线与zigBee无线网络网关的设计63CAN总线与ZigBee无线网络网关的设计夏琳琳谷丽君王建国杨冰(东北电力大学自动化工程学院，吉林吉林130012)摘要在分析cAN总线和zigBee技术协议的基础上，提出一种实现cAN网络与zigBee无线网络互联的可行性方案，并详细解释了网关进行协议转换的方法。以c8051F040和cc2430协同工作的双MCu结构设计了网关的硬件电路。测试结果表明：该网关实现了cAN与zigBee网络之间的互联，使CAN总线在特殊场合的应用成为

2、可能。关键词cAN总线zigBee无线网络网关协议转换中图分类号TH862文献标识码A文章编号1000—3932(2叭2)01m063m5CAN总线作为一种成熟的现场总线技术，因其可靠性高、实时性好及成本低等特点，广泛应用于汽车电子、工业控制以及楼宇自动化等各个领域¨’21。但是在一些特殊场所，并不适于通过布线实现网络的连接，此时用无线网络接人就能解决这一问题。zigBee是一种新兴的短距离无线通信技术，其特点是低成本、低功耗、低速率且在免执照频段工作，可广泛应用于工业控制、环境监测、商业监控、

3、汽车电子及家庭自动化等领域"。。。实现cAN与zigBee的互联将会使现场总线与无线网络优势互补，满足特殊的应用需求。笔者利用带有CAN控制器的C8051F040单片机与Cc2430无线单片机设计了cAN总线与zigBee无线网络之间的网关，为实现两个网络之间数据和命令的双向传输提供了一种可行性方案。1网关硬件设计CAN／zigBee网关的硬件逻辑框图如图1所示，为缩短开发周期并提高性能，系统采用的是双Mcu结构，按功能可分为两部分：cAN总线接口模块和zigBee网络接口模块。i晖野百网率橱]

4、圃i

5、到蓁熏圉雏脚

6、i圈斋

7、

8、蒿L⋯⋯⋯一!==篓星==J⋯j_L⋯⋯⋯一⋯⋯⋯⋯⋯j图1网关硬件逻辑框图CAN总线接口模块选用美国siliconLabora．tories公司生产的混合信号片上系统单片机C8051F040作为核心处理芯片，该芯片具有与8051指令集完全兼容的CIP-51内核。它集成了BoschcAN2．0B控制器，具有32个消息对象，工作速率可达1M／s。芯片内部的JTAG接口，使调试变得非常方便∽1。c8051F040通过cAN收发器芯片PCA82C250连接至CAN物理总线

9、，此芯片对总线提供差动发送能力，对CAN控制器提供差动接收能力，并且增大通信距离及抗干扰能力¨1。UART接口采用接口芯片sP3223E，以实现Rs232接口的扩展，方便后期调试时与上位机通信。zigBee网络接口模块选用无线单片机Cc2430作为核心处理芯片。cc2430是Chipcon公司推出的无线通信专用芯片，集成了一个高性能的2．4GHzDsSS(直接序列扩频)射频收发器核心和一颗工业级的小巧、高效的8051控制器¨J。该芯片硬件支持csMA／cA功能，并且工作电流仅为27mA，符合zi

10、gBee低功耗的特点。该设计中其外围电路包括晶振时钟电路、射频输入输出匹配电路和EEPROM扩展电路。射频输入输出电路采用一个非平衡天线，连接非平衡变压器以提高接收性能，总体结构满足输入输出阻抗的匹配要求∽1。扩展的EEPROM存储器主要用来存储网关地址映射表，使其不会因掉电而丢失数据。收稿日期：20ll-12_02(修改稿)基金项目：国家“973”计划项目(2007cB206900)化工自动化及仪表第39卷在CC2430和C8051F040两个单片机之间采用SPI接口进行通信，以实现CAN总线

11、与zigBee网络的物理连接。由于CC2430的SPI接口不支持多主机工作方式，此处采用以C8051F040作为主机、cc2430作为从机的单主机工作方式，同时，用CC2430的IO口控制C8051F040的外部中断INT0，通过中断启动c8051F040的SPI接口进行数据传输，这样就可以保证CAN网络与zigBee无线网络之间的数据交互。2网关软件设计CAN总线与zigBee技术的通信协议和体系结构完全不同，但是都符合OsI(OpensystemIn．terconnection)网络模型¨⋯

12、，所以网关的软件设计只需在所规定的相应层级上进行。cAN／zigBee网关的软件设计是在应用层编写cAN节点和zigBee节点的数据接收提取和转发程序，以及地址映射表的建立和管理程序。2．1地址映射表的建立和管理cAN协议的一大特点是不采用传统的节点地址编码，而是对通信的数据块进行编码¨“。C8051F040单片机内部有32个消息对象，初始化时每个消息对象写入一个消息ID，以后写入消息对象的数据将以固定的ID发送。与cAN总线技术不同，zigBee技术采用对节点地址编码进行消息的收发。在zigB