基于CAN總線(xiàn)技術(shù)的果園氣象監測網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的設計及實(shí)現

果樹(shù)的生長(cháng)受自然環(huán)境和人為因素的影響，其中果園中的氣象條件對果樹(shù)的生長(cháng)、結果和壽命影響很大。果園的氣象條件分溫度、土壤的水分、光照以及風(fēng)力的強弱。所以，通過(guò)監測果園的氣象條件，及時(shí)地以人為因數改善果樹(shù)的生長(cháng)條件，已成為影響果農收入的關(guān)鍵問(wèn)題。
CAN總線(xiàn)是德國B(niǎo)OSCH公司從80年代初為解決現代汽車(chē)中眾多的控制與測試儀器之間的數據交換而開(kāi)發(fā)的一種串行數據通信協(xié)議。CAN總線(xiàn)通信接口中集成了CAN協(xié)議的物理層和數據鏈路層功能，可完成對通信數據的成幀處理，包括位填充、數據塊編碼、循環(huán)冗余檢驗、優(yōu)先級判別等項工作，通信速率可達1MBPS。作為一種分散式、數字化、雙向多點(diǎn)、具有高速率高可靠性特點(diǎn)的通信系統，CAN總線(xiàn)可以構建靈活的多主通訊機制，也可以建立主從式結構，而且這兩種方式下的硬件物理聯(lián)接完全相同。
1 系統的總體方案設計及工作原理
運用CAN總線(xiàn)構建分布式的果園氣象監測網(wǎng)絡(luò )系統，采用主從式結構。系統結構如圖1所示。本系統由上位監控PC機、CAN總線(xiàn)適配器和現場(chǎng)監測節點(diǎn)三部分組成，節點(diǎn)數量可根據果園的規模增減。

上位監控PC機采主要負責對監測系統氣象數據的接收與管理、控制命令的發(fā)送以及各監測節點(diǎn)工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)顯示；CAN總線(xiàn)適配器可以使PC機方便地連接到CAN總線(xiàn)上，本系統采用USB-CAN總線(xiàn)適配器；監測節點(diǎn)以單片機P87C591為核心，主要負責對現場(chǎng)的氣象數據進(jìn)行采集，對采集來(lái)的數據進(jìn)行數字濾波求平均值處理并將處理過(guò)的數字信號送入CAN總線(xiàn)。同時(shí)監測節點(diǎn)也接收來(lái)自上位機的控制命令參數。本系統通信可靠、快捷，硬件電路設計和軟件編程簡(jiǎn)單，能較好地滿(mǎn)足對果園氣象條件長(cháng)期準確監測的要求。
2 氣象監測節點(diǎn)的設計
2.1 P87C591的特點(diǎn)
節點(diǎn)硬件電路以PHILIPS 8位單片機P87C591為核心。P87C591從80C51微控制器家族派生而來(lái)，帶硬件I2C總線(xiàn)接口和CAN總線(xiàn)接口，帶6路模擬輸入的10位ADC，可選擇快速8位ADC。
P87C591包含了PHILIPS半導體SJA1000 CAN控制器強大的PeliCAN功能，并在此基礎上擴展了以下功能：①增強的CAN接收中斷，有接收緩沖區級的接收中斷；用于接收中斷的高優(yōu)先級驗收濾波器。②擴展的驗收濾波器，8個(gè)濾波器用于標準幀格式，4個(gè)濾波器用于擴展幀格式；驗收濾波器的“運行中可改變”特性。

80C51 CPU接口將PeliCAN與P87C591微控制器內部總線(xiàn)相連，連接原理如圖2 所示。80C51核通過(guò)5個(gè)特殊功能寄存器CANADR（地址寄存器），CANDAT（數據寄存器），CANMOD（模式寄存器），CANSTA（狀態(tài)寄存器）和CANCON（命令寄存器）對PeliCAN進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。通過(guò)CANMOD 可對PeliCAN模式寄存器進(jìn)行直接的讀/寫(xiě)訪(fǎng)問(wèn)；通過(guò)寫(xiě)入CANCON 對命令寄存器進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)；通過(guò)讀CANCON 對中斷寄存器進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)；通過(guò)CANSTA 寄存器可對中斷使能寄存器進(jìn)行寫(xiě)操作；訪(fǎng)問(wèn)CANSTA 可位尋址并允許單個(gè)狀態(tài)位的直接尋址，這對查詢(xún)很有用。