基于CAN 總線(xiàn)的智能傳感器網(wǎng)絡(luò )

作者：時(shí)間：2012-03-01 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )

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前言

隨著(zhù)自動(dòng)化程度的提高和信息的網(wǎng)絡(luò )化進(jìn)程, 所需要的測控點(diǎn)和測控參量越來(lái)越多, 使得一個(gè)自動(dòng)控制系統日益龐大而復雜。對于一個(gè)系統來(lái)說(shuō), 需要的傳感器數目成倍增加。為了使各智能儀表與上位機能實(shí)時(shí)、高速、準確地通信, 選擇較理想的現場(chǎng)總線(xiàn)則是很關(guān)鍵的?，F場(chǎng)總線(xiàn)是開(kāi)放型控制系統, 是用于現場(chǎng)總線(xiàn)儀表與控制室之間的一種全數字化、串行、雙向、多站的通訊網(wǎng)絡(luò ) 。CAN 是其中很有發(fā)展前景的一種現場(chǎng)總線(xiàn)。在網(wǎng)絡(luò )化的系統中, 每只傳感器作為一個(gè)智能節點(diǎn)掛接在CAN 總線(xiàn)上, 整個(gè)系統如圖1所示。

圖1 CAN 總線(xiàn)系統框圖

1 CAN 總線(xiàn)的技術(shù)特點(diǎn)

a) CAN 通信速率為(5kB/s)/10km、(1MB/s)/40m ,其節點(diǎn)數可達110 個(gè), 傳輸介質(zhì)采用雙絞線(xiàn)、同軸電纜和光纖等;
b) 采用點(diǎn)對點(diǎn), 一點(diǎn)對多點(diǎn)及全局廣播等幾種方式發(fā)送接收數據;
c) 采用非破壞性總線(xiàn)優(yōu)先級仲裁技術(shù)。當兩個(gè)節點(diǎn)同時(shí)向網(wǎng)絡(luò )上發(fā)送信息時(shí)優(yōu)先級低的節點(diǎn)主動(dòng)停止發(fā)送數據, 而優(yōu)先級高的節點(diǎn)可不受影響地繼續發(fā)送信息。因此。按節點(diǎn)類(lèi)型分成不同的優(yōu)先級, 可以滿(mǎn)足不同的實(shí)時(shí)要求;
d) 可實(shí)現全分布式多機系統, 且無(wú)主、從機之分, 每個(gè)節點(diǎn)均主動(dòng)發(fā)送報文, 用此特點(diǎn)可以方便地構成多機備份系統; e) 支持四類(lèi)報文幀: 數據幀、遠程幀、出錯幀、超載幀。它采用短幀結構, 每幀有效字節數為8 個(gè)。這樣, 傳輸時(shí)間短, 受干擾的概率低, 且具有較好的檢錯結果。
此外, CAN 采用循環(huán)冗余校驗; 其節點(diǎn)具有自動(dòng)關(guān)閉的功能。由于帶有CAN 總線(xiàn)接口的傳感器種類(lèi)還不多, 價(jià)格也較貴, 為了使總線(xiàn)能與上位機更好的實(shí)時(shí)的通信, 可以自行設計一種由8051 單片機和SJAl000 獨立CAN 總線(xiàn)控制為核心構成的智能節點(diǎn)。在普通傳感器基礎上形成可接收8 路模擬量輸入的智能傳感器網(wǎng)絡(luò )。

2 SJAl000 的硬件結構和功能
如圖2 所示, SJAl000從邏輯上可分為7 個(gè)部分:
a) IML (接口管理邏輯) IML 用于解釋來(lái)自CPU 的命令, 分配信息緩沖區并向CPU 提供中斷及狀態(tài)信息;
b) 發(fā)送緩沖區TXB 　13 字節長(cháng)存儲器, 外部CPU 將要發(fā)送的信息寫(xiě)入此緩沖區;
c) 接收緩沖區RXB 　接收緩沖區為64 字節的CPU 接收信息的FIFO 寄存器;
d) 接收過(guò)濾器ACF 　對接收到的信息ID 與ACF 內容相比較以決定是否接收信息;
e) 位流處理器BSP 　用來(lái)控制發(fā)送、接收緩沖區及CAN 總線(xiàn)的數據流;
f) 定時(shí)邏輯BTL 　用于控制CAN 總線(xiàn)上數據的傳輸速率與同步;
g) 錯誤管理邏輯EML 　按CAN 協(xié)議進(jìn)行錯誤管理。

圖2 　SJAl000 邏輯框圖

3 CAN 總線(xiàn)在智能傳感器網(wǎng)絡(luò )中的應用

以一路信號采集為例。圖3 是CAN 控制器和收發(fā)器與單片機及ADC0809 的接口電路圖。CAN 控制器采用PHILIPS SJA1000 , 單片機采用89C51 , 主要完成信號的采集和對信號的預處理, 并把經(jīng)過(guò)處理的數據傳給上位機。82C250 是CAN 控制器SJA1000 與CAN 物理總線(xiàn)的接口器件, 它驅動(dòng)總線(xiàn)差動(dòng)接收或發(fā)送?？紤]到現場(chǎng)有各種各樣的干擾, 在CAN 控制器和驅動(dòng)器之間加了高速光耦隔離器件(6N137) 。由于CAN 控制器和反饋控制器內部都有自己的時(shí)鐘產(chǎn)生電路, 為了使兩者協(xié)調, 外加的晶振在CAN 控制器上作為整個(gè)系統的時(shí)鐘, 且將CAN 控制器的時(shí)鐘輸出作為微控制器的時(shí)鐘輸入; SJAl000 的中斷輸出接至CPU 的INT1 端; 通過(guò)中斷方式實(shí)現單片機與CAN 控制器的通信; 同時(shí)為了使CAN 控制器和微控制器能同時(shí)可靠復位, 外加了手動(dòng)復位電路。另外, 由于A(yíng)DC0809 轉換器具有三態(tài)輸出鎖存功能, 可以直接與89C51 的總線(xiàn)相連, 在系統中把ADC0809 轉換器當作外部RAM單元對待。

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