采棉機智能監控系統CAN應用層協(xié)議設計

2.3 舉例

各類(lèi)CAN模塊節點(diǎn)與監控器的通信和棉花流量傳感器與監控器的通信略有不同，舉例說(shuō)明如下：

(1)流量傳感器與監控器的通信：為了均勻地測量棉花流量，每只傳感器上置有5組近紅外發(fā)送和接收檢測單元，每組檢測單元產(chǎn)生一束16位的流量數據，經(jīng)監控器計算處理后得到通過(guò)該傳感器的平均流量。以傳感器DO節點(diǎn)為例，解釋說(shuō)明各位含義。表2所示的6個(gè)數據幀為傳感器(節點(diǎn)地址為DO)正常工作時(shí)向監控器(節點(diǎn)地址為F5)發(fā)送的數據幀。此時(shí)源地址為DO，目標地址為F5，其優(yōu)先級為00110，幀類(lèi)型為01(點(diǎn)對點(diǎn)式)，因此幀ID為Ox0601 F5DO。該表示方法采用右對齊模式，可以清晰地分辨是源節點(diǎn)DO向目標節點(diǎn)F5發(fā)送數據。數據幀l、2、3為一組，代表傳送的實(shí)時(shí)數據流量；數據幀4、5、6幀為一組，代表傳送的實(shí)時(shí)基準調定數值。數據幀1數據值固定，用于表示后續兩幀為流量數據。數據幀2的第3位和第4位數據(表中下劃線(xiàn)部分)分別表示一組檢測單元的低和高位數值，通過(guò)CAN總線(xiàn)傳送給監控器，然后轉換為|J進(jìn)制數字顯示。同理，數據幀2的第5位和第6忙數據分別表示另一組檢測單元的低和高位數值；以此類(lèi)推，數據幀2的第7、8位，數據幀3的第2、3位，第4、5位分別為另外4個(gè)檢測譯元的流量數據。數據幀4、5、6同上類(lèi)似，只是其代表傳感器實(shí)時(shí)調定數值，不再贅述。

(2)其他CAN模塊與監控器的通信：以監控器向自動(dòng)對行模塊A0發(fā)送命令為例，源節點(diǎn)地址為F5，目標節點(diǎn)地址為A0，優(yōu)先級為00011，幀類(lèi)型為00(廣播式)，故幀ID為Ox0300AOF5。為了使廣播信息能被AO模塊唯一接收，必須通過(guò)特殊功能寄存器設置屏蔽碼。因為CAN控制器采用左對齊方式，所以設置CANIDTl為Oxl8，CANIDT2為0x05，CANIDT3為0x07，CANIDT4為0xA8。這樣，A0模塊就僅能接收ID為0x0300AOF5的廣播數據幀。同理，當A0模塊向監控器發(fā)送數據時(shí)．源地址為A0，目標地址為F5，優(yōu)先級為00011，故幀ID為0x0300F5A0。監控器可以接收來(lái)自任何CAN節點(diǎn)的數據，鑒別出該幀ID，并對相應數據幀進(jìn)行操作。

3 試驗

將圖l所示的各子系統采用Atmel公司的AT89C51系列單片機分別設計成基于CAN總線(xiàn)的電路模塊，然后通過(guò)CAN總線(xiàn)實(shí)現中央控制器與各電路模塊的信息通信。試驗結果表明：基于該CAN應用層協(xié)議的采棉機監控系統可以在250kb／s速率下實(shí)現各模塊之間以及各模塊與中央控制器之間的實(shí)時(shí)無(wú)誤通信。

監控器軟件設計和數據管理基于美國NI公司的虛擬儀器技術(shù)。監控器基本上接收來(lái)自總線(xiàn)環(huán)上所有CAN節點(diǎn)的數據，因此必須進(jìn)行有效的數據管理，否則將導致數據丟失。本系統采用生產(chǎn)者／消費者模式對數據實(shí)施有效管理。圖2所示的生產(chǎn)者循環(huán)，通過(guò)調用庫函數采集CAN節點(diǎn)數據，當接收函數返回值為1時(shí)，說(shuō)明收到CAN數據，隨即把該數據裝進(jìn)隊列，然后由消費者循環(huán)進(jìn)行處理。圖3所示的消費者循環(huán)，將生產(chǎn)者循環(huán)采集到的數據簇取出，再將該數據簇按名稱(chēng)解除捆綁，提取29位幀ID和8字節的數據幀。

將上述經(jīng)過(guò)試驗驗證的各CAN模塊就近分布于采棉機上各數據采集端，信息顯示觸摸屏置于采棉機駕駛室內，組成一整套采棉機智能監控系統，并于2011年9月中旬在新疆農八師136兵團棉田內進(jìn)行了工程實(shí)踐。以5 km／h的速度，收獲成熟棉花約6．67 hm2。結果表明：①自動(dòng)對行子系統可以在無(wú)人駕駛的情況下，根據棉壟與傳感器的位置關(guān)系，實(shí)現糾偏自調整。②棉花測產(chǎn)子系統、參數采集子系統和狀態(tài)監測子系統可分別采集到棉花產(chǎn)量、發(fā)動(dòng)機轉速、風(fēng)機轉速以及各開(kāi)關(guān)量狀態(tài)等信息，并實(shí)時(shí)不失碼地傳輸給中央控制器進(jìn)行數據處理(棉花測產(chǎn)子系統的試驗數據如表3所示，顯示值為儀表顯示得到，實(shí)測值為棉花稱(chēng)量值)。③巡航速度自調節子系統可以根據棉花在線(xiàn)產(chǎn)量以及模糊規則實(shí)時(shí)調整車(chē)輛行走速度至最佳作業(yè)速度，提高工作效率。因此，基于該CAN應用層協(xié)議設計的大型六行采棉機智能監控系統是行之有效的。

4 結束語(yǔ)

基于CAN總線(xiàn)的采棉機智能監控系統采用模塊化設計理念，可靠性高，維護便利。其應用層協(xié)議制定靈活方便，簡(jiǎn)潔清晰，擴展幀和數據幀的定義符合智能采棉機數據通信的實(shí)際狀況。通信協(xié)議已在4MZ一6A型六行采棉機試驗樣機中得到成功應剛，實(shí)踐證明：按此規則定義的應用層協(xié)}義不僅能滿(mǎn)足采棉機監控系統實(shí)際需要，而且具有極強的移植性、擴展性、通用性，可推廣至其他大型農業(yè)機械或者工程機械的智能監控系統中。