基于A(yíng)T89C52的CAN總線(xiàn)分布式測控系統的研制

1CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的技術(shù)特點(diǎn)
　　
用通訊數據塊編碼，可實(shí)現多主工作方式，數據收發(fā)方式靈活，可實(shí)現點(diǎn)對點(diǎn)、一點(diǎn)對多點(diǎn)及全局廣播等多種傳輸方式；可將DCS結構中主機的常規測試與控制功能分散到各個(gè)智能節點(diǎn)，節點(diǎn)控制器把采集到的數據通過(guò)CAN適配器發(fā)送到總線(xiàn)，或者向總線(xiàn)申請數據，主機便從原來(lái)繁重的底層設備監控任務(wù)中解放出來(lái)，進(jìn)行更高層次的控制和管理功能，比如故障診斷、優(yōu)化協(xié)調等；

采用非破壞性基于優(yōu)先權的總線(xiàn)仲裁技術(shù)，具有暫時(shí)錯誤和永久性故障節點(diǎn)的判別及故障節點(diǎn)的自動(dòng)脫離功能，使系統其它節點(diǎn)的通信不受影響；同時(shí),CAN具有出錯幀自動(dòng)重發(fā)功能，可靠性高；　　

信號傳輸用短幀結構（8字節），實(shí)時(shí)性好；

不關(guān)閉總線(xiàn)即可任意掛接或拆除節點(diǎn)，增強了系統的靈活性和可擴展性；　

采用統一的標準和規范，使各設備之間具有較好的互操作性和互換性，系統的通用性好；　　

通訊介質(zhì)可采用雙絞線(xiàn)，無(wú)特殊要求；現場(chǎng)布線(xiàn)和安裝簡(jiǎn)單，易于維護，經(jīng)濟性好。

總之，CAN總線(xiàn)具有實(shí)時(shí)性強、可靠性高、結構簡(jiǎn)單、互操作性好、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，克服了傳統的工業(yè)總線(xiàn)的缺陷，是構建分布式測控系統的一種有效的解決方案。

2系統總體硬件設計方案
　
首先，定義各節點(diǎn)的功能，確定各節點(diǎn)檢測或控制量的數目、類(lèi)型、信號特征。這是進(jìn)行微機測控系統網(wǎng)絡(luò )化的第一步。原則是盡量避免重復測試。智能節點(diǎn)模塊絕大部分是輸入輸出模塊，調節回路可以跨模塊構成回路。但考慮到調節回路的安全性，為了保證在上位機或整個(gè)通信線(xiàn)路出現重大故障時(shí)回路調節不受到影響，設計了隔離型、自整定PID、隔離型溫度調節器等帶有調節功能的模塊。它們的輸入輸出通道都在同一模塊中，其底層軟件的功能很強，所有的輸入處理、輸出增量的計算（多種調節算法可通過(guò)組態(tài)選擇，包括串級調節）、輸出，包括自整定模塊的過(guò)程參數的自動(dòng)識別都在本模塊實(shí)現，保證了調節回路的安全性、可靠性。

其次，選擇各節點(diǎn)控制器和相應的CAN適配元件。由于各測控節點(diǎn)功能相對單一，數據量少，因此對CPU的要求大大降低，采用8051系列單片機即可滿(mǎn)足要求。CAN總線(xiàn)適配器件主要有：控制器接口、總線(xiàn)收發(fā)器和I/O器件。采用Philips公司生產(chǎn)的82C200CAN控制器和與其配套的82C250CAN收發(fā)器。82C200具有完成高性能通信協(xié)議所要求的全部必要特性。具有簡(jiǎn)單總線(xiàn)連接的82C200可完成物理層和數據鏈路層的所有功能。

最后，按照CAN總線(xiàn)物理層協(xié)議選擇總線(xiàn)介質(zhì)，設計布線(xiàn)方案，連接成CAN總線(xiàn)分布式測控網(wǎng)絡(luò )。如圖1所示。

3系統的硬件組成

(1)CAN總線(xiàn)接口模塊

①微處理器

目前廣泛流行的CAN總線(xiàn)器件有兩大類(lèi)：一類(lèi)是獨立的CAN控制器，如82C200，SJA1000及Intel82526/82527等；另一類(lèi)是帶有芯片CAN的微控制器，如P8XC582及16位微控制器87C196CA/CB等。根據當前市場(chǎng)、開(kāi)發(fā)工具和課題的實(shí)際需要，系統的智能節點(diǎn)均選用ATMEL8位單片機AT89C52為微處理器。

②CAN控制器

CAN控制器選用SJA1000作為控制器。SJA1000是高集成度CAN控制器。具有多主結構、總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)優(yōu)先權、成組與廣播報文功能及硬件濾波功能。輸入時(shí)鐘頻率為16MHh時(shí)鐘,輸出可編程控制。由以下幾部分構成：接口管理邏輯、發(fā)送緩存器、接收緩存器、位流處理器、位定時(shí)邏輯、收發(fā)邏輯、錯誤管理邏輯、控制器接口邏輯等。

SJA1000有很多新功能：標準結構和擴展結構報文的接受和發(fā)送；64字節的接收FIFO；標準和擴展幀格式都具有單／雙接收濾波器；可進(jìn)行讀／寫(xiě)訪(fǎng)問(wèn)的錯誤計數器；可編織的錯誤報警限制：最近一次的錯誤代碼寄存器；每一個(gè)CAN總線(xiàn)錯誤都可以產(chǎn)生錯誤中斷；具有丟失仲裁定位功能的丟失仲裁中斷；單發(fā)方式（當發(fā)主錯誤或丟失仲裁時(shí)不重發(fā)）；只聽(tīng)方式（監聽(tīng)CAN總線(xiàn)，無(wú)應答，無(wú)錯誤標志）；支持熱插拔（無(wú)干擾軟件驅動(dòng)位速率監測）。因此，系統的智能節點(diǎn)均選用SJA1000作為CAN控制器。