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基于CAN總線(xiàn)的環(huán)境測控系統設計
作者：
時(shí)間：2013-03-14
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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本文介紹了使用CAN總線(xiàn)技術(shù)，把商品存儲環(huán)境條件檢測裝置用一根線(xiàn)連起來(lái)，就避免了每一單個(gè)檢測裝置都單獨與主機相連的繁瑣，降低了成本，同時(shí)也充分利用了主機的資源。而CAN總線(xiàn)技術(shù)也能保證不同類(lèi)型的數據信號在總線(xiàn)上安全的進(jìn)行傳輸。
在當今社會(huì )，人們的物質(zhì)生活水平面日益提高，對商品的質(zhì)量要求越來(lái)越高。這樣，商品的存儲環(huán)節的工作變得愈顯重要，這關(guān)系到商品的質(zhì)量保持的時(shí)間長(cháng)短與否。而對存儲最基本的要求就是存儲區內的溫度、濕度要求等?，F在的存儲環(huán)境條件檢測大多是靠機械式儀表來(lái)進(jìn)行，而且是利用人工定時(shí)進(jìn)行記錄數據，結果是數據精度低、不夠實(shí)時(shí)。有一些大型倉庫是采用了電子檢測設備，但也是主要進(jìn)行局部檢測，不能覆蓋整個(gè)倉庫區域。且當檢測位置多、檢測數據類(lèi)型多時(shí)，檢測裝置的安裝和與主機的通信都顯得過(guò)于復雜。這樣，筆者就考慮使用CAN總線(xiàn)技術(shù)，把所有的檢測裝置用一根線(xiàn)連起來(lái)，就避免了每一單個(gè)檢測裝置都單獨與主機相連的繁瑣，降低了成本，同時(shí)也充分利用了主機的資源。而CAN總線(xiàn)技術(shù)也能保證不同類(lèi)型的數據信號在總線(xiàn)上安全的進(jìn)行傳輸。
1 CAN總線(xiàn)簡(jiǎn)介
CAN總線(xiàn)能在極端惡劣的環(huán)境下運作，具有抗瞬間干擾的能力，其控制器接口有降低射頻干擾的斜率控制；有較強的檢錯能力。CAN節點(diǎn)可在不要求所有節點(diǎn)及其應用層改變任何軟件或硬件的情況下被接于CAN網(wǎng)絡(luò )中。由于采用了許多新技術(shù)及獨特的設計，CAN總線(xiàn)與一般的通信總線(xiàn)相比，它的數據通信具有突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性。其特點(diǎn)如下：
· CAN為多主方式工作，網(wǎng)絡(luò )上任意一個(gè)節點(diǎn)均可在任意時(shí)刻主動(dòng)地向網(wǎng)絡(luò )上其它節點(diǎn)發(fā)送信息，而不分主從，通信方式靈活。
· 在報文標識符上，CAN上的節點(diǎn)分成不同的優(yōu)先級，可滿(mǎn)足不同的實(shí)時(shí)要求。
· CAN采用非破壞性總線(xiàn)仲裁技術(shù)。CAN節點(diǎn)只需通過(guò)對報文的標識符濾波即可實(shí)現點(diǎn)對點(diǎn)、一點(diǎn)對多點(diǎn)及全局廣播等幾種方式傳送接收數據。
· 報文采用短幀結構，傳輸時(shí)間短，受干擾概率低，保證了數據出錯率極低。
· CAN的每幀信息都有CRC校驗及其他檢錯措施，具有極好的檢錯效果。
· CAN通信介質(zhì)可為雙絞線(xiàn)、同軸電纜或光纖，可通過(guò)標準插接件方便地連接。
· CAN節點(diǎn)在錯誤嚴重的情況下，具有自動(dòng)關(guān)閉總線(xiàn)的功能，切斷它與總線(xiàn)的聯(lián)系，以使總線(xiàn)上其它節點(diǎn)的操作不受影響。
2 測控系統總體方案設計
環(huán)境參數測控系統設計為基于CAN總線(xiàn)的分布式測量控制顯示系統，主要用于倉庫等大型空間內的各種環(huán)境參數的測量、控制與顯示，使環(huán)境參數達到物品存儲的要求。
2.1 系統組成
環(huán)境參數測控系統包括4個(gè)主要的子系統，系統框圖如圖1所示。 
圖1 系統結構框圖
(1) 計算機子系統。由工業(yè)控制計算機、顯示器和打印機等組成。
(2) 數據傳輸通信子系統。由裝在上位機上的CAN總線(xiàn)通信適配卡、裝在前端調節執行機構上的通信卡和數據傳輸通信介質(zhì)組成。
(3) 測量傳感器子系統。由電量傳感器和CCD傳感器組成。
(4) 調節執行機構控制子系統。由調節執行機構、力傳感器和調節執行機構前端機組成。
2.2 系統工作原理
環(huán)境參數測控系統利用傳輸信號簡(jiǎn)單、通信速率高、實(shí)時(shí)性強的CAN總線(xiàn)將一臺上位機與一臺前端機和眾多的傳感器連接起來(lái)，完成存儲空間內的環(huán)境參數測量，在經(jīng)過(guò)主機處理后，再把控制信號傳給執行前端機，以控制環(huán)境參數的變化。通信介質(zhì)可采用雙絞線(xiàn)，也可采用75Ω同軸電纜。
電量傳感器和CCD傳感器主要完成環(huán)境中各參數的測量任務(wù)。它包括CCD攝像機、信號采集板、A/D傳感器、高速緩存等。調節執行機構主要完成對環(huán)境參數的調節作用，也就是根據主機的信號進(jìn)行相應的操作，使各環(huán)境參數保持在預先規定的范圍內。它主要由大功率繼電器、傳感器、電流控制裝置、可調整支架等組成。主機采用高性能工控機，具有高抗擾工業(yè)級電源，硬盤(pán)及機箱防磁、防塵。作為測量控制通信中心，主機主要完成測控系統有關(guān)參數的設置、測試通信的分段標被測參數的整理計算、參數顯示、打印輸出、數據存盤(pán)及控制調節機構進(jìn)行環(huán)境參數的調節動(dòng)作。如此機接入了網(wǎng)絡(luò )，也可實(shí)現與其它計算機的聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現數據共享。
3 測控系統主要分系統設計
3.1 數據傳輸通信子系統
此系統由裝在主機中的CAN總線(xiàn)通信卡，裝在調節執行機構中的通信卡和數據傳輸介質(zhì)組成。在本系統中，方案設計為PCI-CAN控制通信卡，CAN控制器卡集成兩路電氣隔離的CAN通道，使工控機方便地連接到CAN總線(xiàn)上，實(shí)現CAN總線(xiàn)協(xié)議的連接通信。CAN控制器卡整體結構框圖如圖2所示。 
圖2 CAN控制器卡整體結構框圖
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