基于單片機的信號采集節點(diǎn)的設計

　　1 引言

　　在工程機械液壓系統狀態(tài)監測與故障診斷中，傳感器信號的調理、采集和信號的特征提取，以及把采集的數據發(fā)送給主機(中心處理單元)要由信號采集單元實(shí)現。本文介紹了基于P87C591的CAN總線(xiàn)系統信號采集節點(diǎn)的設計。

　　CAN是1986年2月在SAE (汽車(chē)工程人員協(xié)會(huì ))大會(huì )上， 由Rober Bosch公司提出的新總線(xiàn)系統，稱(chēng)之為“汽車(chē)串行控制局域網(wǎng)”(Automotive Se.rial Controller Area Network)，它是最主要的總線(xiàn)協(xié)議之一。由于CAN總線(xiàn)采用了許多新技術(shù)及獨特的設計，使得它與一般的通信總線(xiàn)相比具有突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性，從而使其應用范圍不斷擴展。目前，CAN已經(jīng)形成國際標準，并被公認為是最有前途的現場(chǎng)總線(xiàn)之一。

　　P87C591是Philips半導體公司推出的單片8位高性能微控制器，具有片內CAN控制器，是從80C51微控制器家族派生而來(lái)。它采用80C51指令集并包括了Philips公司SJA1000 CAN控制器的PeliCAN功能。P87C591微控制器采用先進(jìn)的CMOS工藝，設計用于汽車(chē)和通用的工業(yè)應用。 P87C591組合了P87C554 (微控制器)和SJAIO00(獨立的CAN控制器)的功能，還具有以下增強型特性：

　　增強的CAN接收中斷

　　擴展的驗收濾波器

　　驗收濾波器可動(dòng)態(tài)變化

　　2 信號采集節點(diǎn)硬件電路設計

　　2.1 硬件電路設計

　　信號采集節點(diǎn)直接固定在工程機械液壓系統的主要測點(diǎn)上，主要由MCU、信號調理、A/D轉換、數字量輸入模塊、存儲器和CAN總線(xiàn)接口組成。信號采集節點(diǎn)選擇具有片內CAN控制器的高性能8位單片機P87C591作為處理器，可以完成基本的模擬量和數字量的采集及CAN總線(xiàn)通訊。該采集模塊有8路模擬輸入和4路光電耦合數字(開(kāi)關(guān))量輸入，模擬輸入前3路是專(zhuān)為ICP振動(dòng)傳感器設計，其余5路均可通過(guò)跳線(xiàn)選擇0 V～5 V電壓輸入或4mA～20 mA電流環(huán)輸入.以適應不同類(lèi)型傳感器的需要。圖1為信號采集節點(diǎn)硬件結構示意圖。

　　
圖1 信號采集節點(diǎn)硬件結構。

　　信號采集單元與主機(中心處理單元)之間通過(guò)四芯電纜連接，其中兩芯為CAN總線(xiàn)信號線(xiàn)(CANH和CANL).另外兩芯為電源線(xiàn)，可為信號采集單元各部分提供電源。

　　2.2 電路設計需要注意的問(wèn)題

　　TJA1050是高速CAN收發(fā)器.是控制器區域網(wǎng)絡(luò )(CAN)協(xié)議控制器與物理總線(xiàn)之間的接口。

　　TJA1050可以為總線(xiàn)提供不同的發(fā)送性能，為CAN控制器提供不同的接收性能O TJA1050可以選擇兩種工作模式：高速模式和靜音模式。高速模式是普通的工作模式，將引腳8接地可以進(jìn)入高速模式，如果引腳8沒(méi)有連接.高速模式則為默認的工作模式。將引腳8連接到Vcc可以進(jìn)入靜音模式，靜音模式可以防止在CAN控制器不受控制時(shí)對網(wǎng)絡(luò )通訊造成堵塞，在靜音模式中，發(fā)送器是禁止的，但是器件的其他功能可以繼續使用。

　　總線(xiàn)的兩端要連接兩個(gè)120 n 的電阻，對匹配總線(xiàn)阻抗起著(zhù)重要的作用。如果忽略掉它們，會(huì )使數據通信的抗干擾性及可靠性大大降低，甚至無(wú)法通信。

　　3 信號采集節點(diǎn)軟件設計

　　信號采集節點(diǎn)的軟件設計主要有：節點(diǎn)初始化、報文發(fā)送、報文接收、CAN總線(xiàn)錯誤處理、CAN總線(xiàn)中斷處理等。本文重點(diǎn)介紹節點(diǎn)初始化、報文發(fā)送和報文接收。

　　3.1 節點(diǎn)初始化

　　在上電或硬件復位后，CAN控制器處于復位模式。如果CAN控制器不處于復位模式，置位模式寄存器RM位使其進(jìn)入復位模式。CAN控制器復位后，必須初始化實(shí)現CAN通信，其內容主要有：操作模式、驗收濾波器、總線(xiàn)定時(shí)及中斷等。其中，定時(shí)器用來(lái)設置CAN總線(xiàn)上數據傳輸的波特率，注意總線(xiàn)上各節點(diǎn)的波特率須一致，否則將導致數據傳輸錯誤。信號采集節點(diǎn)初始化流程如圖2所示。