原文传递
机舱监控系统的冗余网关控制器设计与实现
| 论文题名： | 机舱监控系统的冗余网关控制器设计与实现 |
| 关键词： | 机舱监控系统;冗余网关控制器;CAN总线;以太网;固件程序升级 |
| 摘要： | 随着计算机技术和网络技术在机舱中的广泛应用，机舱监控系统水平逐渐提高，正向信息集中、信息共享、综合管理方向发展。然而，机舱监控系统设备繁多，采用的组网方式不同，CAN总线因实时性好、抗干扰性强、成本低等优点，在机舱监控系统的现场应用最为广泛，以太网组网方式简单，能够传输大容量数据等优点，一般用于机舱的上层监控，因此设备间具有相互独立性，这不利于机舱监控系统中各设备的互联和信息共享。本课题以网络型机舱监控系统的网关控制器为研究对象，设计了一种能实现CAN总线和以太网互联的冗余网关控制器。机舱监控系统的冗余网关控制器的主要任务是实现CAN总线网和以太网协议转换，进而实现现场分布式处理单元和远程操作站间的双向数据传输。冗余网关控制器设计与实现主要从硬件电路设计、软件设计以及固件程序升级三个方面进行阐述。 设计了冗余网关控制器的硬件方案，基于STM32F767IGT微控制器设计了电源电路、时钟电路、复位电路、SWD仿真接口电路、EEPROM存储电路、双CAN接口电路、双以太网接口电路，通信接口电路均采用隔离模块作为保护措施，进一步提升了网关控制器的可靠性。给出了冗余网关控制器协议转换方式，以MDK5.0为软件开发平台，采用C语言编写了CAN接口和以太网接口驱动程序；对CAN网络故障和以太网故障进行分析，给出了双CAN通道和双以太网通道切换策略；构建了公共数据交互缓冲区，将UDP协议与CAN总线协议相互转换的冗余方式增加至四种；通过上位机可实现CAN控制器和以太网基本参数进行配置。设计了冗余网关控制器的固件程序升级方案，首先将主控芯片的自嵌Flash划分为三大区域；采用C#语言在VisualStudio2013集成开发环境设计了固件程序传输上位机，通过TCP协议将待升级的固件程序传输至主控芯片的Flash；并给出了三大区域的各个程序之间的跳转策略。最后，对冗余网关控制器的协议转换以及固件升级功能进行验证。试验结果表明：实现了CAN总线网和以太网的数据格式转换，通信质量稳定可靠，协议转换速率为75KB/s；固件程序升级时间小于1ms，实现了固件程序升级功能。 |
| 作者： | 王萌萌 |
| 专业： | 轮机工程 |
| 导师： | 曹辉 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2021 |
检索历史
应用推荐
