基于CAN總線(xiàn)的數字式傳感器群管理系統
加入技術(shù)交流群
傳統的測量手段和傳感器存在很大的缺陷，就溫度檢測為例，早期的溫度測量采用的是熱電偶電橋法，雖然這種方法測量精度較高，但是測試過(guò)程復雜。即使采用集成的半導體模擬溫度傳感器，但在測點(diǎn)相隔相對較遠、測點(diǎn)較多的場(chǎng)合，需要大量的傳輸電纜，不但傳輸干擾大，且成本高和不易維護。這些都是采用模擬傳感器構成檢測系統常遇到的困難。
1 新型的數字化傳感器
近年來(lái)出現的新型數字式傳感器組成的檢測系 統解決了上述的困難。
用數字信號取代原來(lái)的4～20mA標準模擬信號，進(jìn)而提高可靠性和抗干擾能力。這就要求傳感器由可輸出4～20mA標準信號的變送器改變?yōu)閹底挚偩€(xiàn)接口并輸出數字信號。所有現場(chǎng)傳感器通過(guò)數字總線(xiàn)接口都方便地掛接在一條環(huán)形現場(chǎng)總線(xiàn)上，這樣可以大大削減控制室之間一對一的連接導線(xiàn)，節約初期安裝費用，大大簡(jiǎn)化整個(gè)系統的布線(xiàn)和設計，這種節約對一個(gè)大型、多點(diǎn)測量系統是很有意義的。
所謂數字傳感器就是一種帶有微處理器兼有檢測和信息處理功能的傳感器，傳感器系統的功能由以往的信息檢測擴展到兼有信息處理功能，它采用了半導體集成電路和微控制器的最新技術(shù)，在一個(gè)傳感器上集成了參量測量芯片、數據信號轉換芯片、計算機接口芯片、存儲芯片等多個(gè)功能模塊，除了完成參量檢測功能外，還具有自校零、自標定、自校正和自動(dòng)補償功能。某些高級的數字傳感器甚至還具有自動(dòng)檢驗、自選量程、自尋故障、數據存儲、記憶功能；具有雙向通訊、標準化數字輸出或者符號輸出功能；具有判斷、決策處理功能。
數字式傳感器常采用串行數據總線(xiàn)技術(shù)與外界通訊，串行總線(xiàn)除了減少接口引腳的數目外，還可以將多個(gè)傳感器并聯(lián)或串聯(lián)在總線(xiàn)上，方便的實(shí)現分布式測量。目前在數字溫度傳感器中采用的串行總線(xiàn)主要有Philips公司的I2C總線(xiàn)、Motorola公司的SPI總線(xiàn)、National Semiconductor公司的Microwire plus總線(xiàn)和Dallas Semiconductor公司的1 Wire總線(xiàn)等。
2 CAN總線(xiàn)功能與特征
CAN屬于總線(xiàn)式串行通信網(wǎng)絡(luò )，與一般的通信總線(xiàn)相比，CAN總線(xiàn)的數據通信具有較高的可靠性和較強的實(shí)時(shí)性。其特點(diǎn)如下：
?。?）CAN為多主方式工作，而不分主從，通信方式靈活，且無(wú)需站地址等節點(diǎn)信息。
?。?）CAN采用非破壞性總線(xiàn)仲裁技術(shù)，從而大大節省了總線(xiàn)沖突仲裁時(shí)間，尤其是在網(wǎng)絡(luò )負載很重的情況下也不會(huì )出現網(wǎng)絡(luò )癱瘓的情況。
?。?）CAN的直接通信距離最遠可達10 km；節點(diǎn)數目前可達110個(gè)，通信速率最高可達1 Mbps，數據幀帶CRC校驗，出錯率極低。
?。?）CAN節點(diǎn)在錯誤嚴重的情況下具有自動(dòng)關(guān)閉輸出功能，以使總線(xiàn)上其他節點(diǎn)的操作不受影響。
3 系統總體方案設計
整個(gè)系統分兩級管理（見(jiàn)圖1），上位機采用了一般的PC機，配置為賽揚667／128 M／30 G／17英寸純平彩顯，PC機通過(guò)CAN接口適配卡與CAN總線(xiàn)相連，與下位機進(jìn)行信息交換，負責對整個(gè)系統進(jìn)行監控及給下位機發(fā)送各種操作控制命令和設定參數。下位機通過(guò)擴展CAN接口芯片掛接在CAN總線(xiàn)上，接收上位機的設置和命令。下位機的數量取決于控制現場(chǎng)的規模，最多能掛接110個(gè)CAN節點(diǎn)。一個(gè)下位機管理若干個(gè)數字式傳感器，傳感器的個(gè)數依實(shí)際需要決定。
下位機與傳感器通過(guò)串行數據總線(xiàn)連接，不同公司的產(chǎn)品支持不同的串行總線(xiàn)，這里采用了Philips公司的I2C總線(xiàn)，下位機的作用主要是控制傳感器進(jìn)行數據采集，并與主機進(jìn)行數據通訊，下位機內置的單片機接收主機的指令，完成對傳感器的 尋址、序號設定、數據傳輸以及CRC校驗等工作，并提供傳感器自身的故障檢測和處理。
4 硬件結構
PC機與CAN總線(xiàn)的接口由CAN通信接口卡PCCAN完成，PCCAN為北京三興公司開(kāi)發(fā)的智能適配卡，該卡上有高性能的嵌入式微處理器80C188，有2 KB的高速雙口RAM直接映射到主機內存空間。操作時(shí)，用戶(hù)通過(guò)軟件設置將卡上的雙口RAM映射成PC機的物理內存，這樣用戶(hù)收發(fā)數據就相當于直接向內存讀寫(xiě)數據，從而極大的提高了通信卡和PC總線(xiàn)的數據交換速率。連接時(shí)，只要將PC－CAN插入PC的ISA總線(xiàn)擴展槽，再將卡上的DB—9插座按CAN標準與雙絞線(xiàn)相連即可。
CAN硬件接口電路由單片機、CAN協(xié)議控制器、CAN總線(xiàn)收發(fā)器組成（見(jiàn)圖2），CAN控制器主要由實(shí)現CAN總線(xiàn)協(xié)議部分和與微控制器接口部分電路組成。對于不同型號的CAN總線(xiàn)通信控制器，實(shí)現CAN協(xié)議部分電路的結構基本相同，而與微控制器接口部分的結構及其方式存在一些差異，這里采用Philips的82C200為CAN協(xié)議控制器，它具有完成高性能通信協(xié)議所要求的全部必要特性，通過(guò)簡(jiǎn)單連接可以完成CAN協(xié)議的物理層和數據鏈路層的所有功能，應用層功能可以由微控制器完成。
評論