基于DSPIC30F3013的CAN總線(xiàn)數據采集系統方案

引言

　　在工業(yè)控制中，為了保證系統的可靠運行，需要檢測周?chē)沫h(huán)境變量（如溫度、氣壓、濕度等）。通常的做法是將分布在各處的傳感器采集到的信號通過(guò)各自的線(xiàn)路連接到監控中心，這種方式在有效地完成檢測任務(wù)的同時(shí)也造成了線(xiàn)路資源的極大浪費。因此，提出了簡(jiǎn)化線(xiàn)路布局的要求。CAN（控制器局域網(wǎng)）是串行通信協(xié)議，能有效支持高安全等級的分布實(shí)時(shí)控制，同時(shí)在理論上，CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )內的節點(diǎn)近乎沒(méi)有限制?；诖?，本設計將一種基于數字信號控制器的CAN總線(xiàn)數據采集系統作為一個(gè)CAN節點(diǎn)，每一個(gè)需要監控的區域放置一個(gè)CAN節點(diǎn)，各個(gè)節點(diǎn)通過(guò)CAN總線(xiàn)與監控中心實(shí)施通信。系統總體框圖如圖1所示。

　　1 硬件構成

　　該數據采集系統由兩部分構成：控制部分，包括前端信號的抗混疊濾波器和用于信號采集的12位模數轉換器；CAN總線(xiàn)接口電路部分，由MCP2515CAN協(xié)議控制器和MCP2551高速CAN收發(fā)器構成。系統接3路信號，TEM、PRE、RH分別為溫度、氣壓、相對濕度。

　　1．1 控制部分

　　dsPIC30F3013是Microchip公司生產(chǎn)的傳感器系列數字信號控制器。該控制器采用16位（數據）改良的哈佛結構，并帶有增強型指令集，包含對DSP的有力支持。工作速度最高可達30MIPS，內部集成10通道12位模數轉換器，最大轉換速度為200 ksps。

　　工控系統中，由于各類(lèi)噪聲的存在，需要在信號采集端加上抗混疊濾波電路，如圖2所示。

　　抗混疊使用Sallen Key二階低通濾波器。由于環(huán)境變量均為緩變量，濾波器帶寬設置為30Hz。電路中R1、R2、C1、C2的值確定了抗混疊濾波器的特征頻率f0，同時(shí)也保證了在10ksps模數轉換速率下12位的分辨率。為了使在整個(gè)通帶范圍內信號均能很好地通過(guò)，需要調整SallenKey濾波器的品質(zhì)因數Q。Q值由式（1）決定：

　　Sallen Key濾波器的幅頻特性顯示，當品質(zhì)因數在0．7～0．9之間時(shí)，頻率特性達到最佳。本Q值選定為0．8。

　　使用dsPIC30F3013的12位ADC模塊進(jìn)行數據采集。對3路環(huán)境信號進(jìn)行循環(huán)掃描，每完成12個(gè)采樣／轉換過(guò)程產(chǎn)生一個(gè)中斷。中斷過(guò)程中完成4次平均值數字濾波及相應參數的格式調整，然后，通過(guò)SPI接口傳送到CAN協(xié)議控制器。

　　1.2 CAN總線(xiàn)接口電路部分

　　CAN總線(xiàn)接口電路如圖3所示。