基于CAN總線(xiàn)和DSP的雙層數據采集系統

1 引言

CAN(Controller Area Network)即控制器區域網(wǎng)，CAN總線(xiàn)是由德國B(niǎo)OSCH公司為實(shí)現汽車(chē)測量和執行部件之間的數據通訊而設計的、支持分布式控制及實(shí)時(shí)控制的串行通訊網(wǎng)絡(luò )。CAN BUS現場(chǎng)總線(xiàn)已由ISO/TC22 技術(shù)委員會(huì )批準為國際標準IOS11898(通訊速率小于1Mbps)和ISO11519(通訊速率小于125kbps)。CAN總線(xiàn)開(kāi)始主要應用于自動(dòng)化電子領(lǐng)域的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機部件、傳感器、抗滑系統等應用中，但隨著(zhù)CAN的應用普及，CAN總線(xiàn)的實(shí)時(shí)性以及抗干擾能力強等優(yōu)點(diǎn)也逐步為航天領(lǐng)域所認可[1]。

本文將對CAN總線(xiàn)在航天領(lǐng)域應用情況進(jìn)行介紹，并在CAN總線(xiàn)和DSP技術(shù)研究的基礎上，設計了基于CAN總線(xiàn)和DSP的雙層數據采集系統。文中將重點(diǎn)介紹雙層數據采集系統的結構組成以及CAN總線(xiàn)接口的設計。

2 CAN總線(xiàn)在航天領(lǐng)域的應用狀況

CAN總線(xiàn)開(kāi)始主要應用于自動(dòng)化電子領(lǐng)域的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機部件、傳感器、抗滑系統等應用中，但隨著(zhù)CAN的應用普及，其應用范圍已不局限于汽車(chē)行業(yè)，正在逐步為航天領(lǐng)域所認可。1995年SSTL(Surrey大學(xué)衛星技術(shù)公司)將CAN作為星載遙測/遙控信道，隨之SSTL開(kāi)發(fā)了基于CAN的分布式解決方案。至今SSTL已經(jīng)在UoSAT-12，SNAP-1，AISAT-1，UKDMC，NigeriaSAT-1，BilSAT-1 等6顆LEO衛星中應用了CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，用于實(shí)現星載計算機與其他任務(wù)節點(diǎn)之間的通信；ESA在SMART-1上也將CAN作為系統總線(xiàn)和有效載荷總線(xiàn)，實(shí)現數據交換和控制命令的傳送。

ESA開(kāi)展的CAN技術(shù)研究表明以差分信號傳輸的高速串行總線(xiàn)用于星載設備之間的數據傳輸能保證通信的及時(shí)性，有利于降低星載設備的功耗，有助于獲得低噪聲、抗電磁干擾性強、EMI低、信號不受電源開(kāi)關(guān)狀態(tài)變化影響等優(yōu)勢，具有良好的航天應用前景。隨著(zhù)航天電子技術(shù)的發(fā)展，航天電子設備綜合化程度越來(lái)越高，設備之間需要交互的信息量越來(lái)越大，CAN總線(xiàn)技術(shù)已經(jīng)開(kāi)始在航天電子領(lǐng)域得到越來(lái)越廣泛的運用[3]。

在國內，CAN總線(xiàn)技術(shù)已在小衛星中得到了實(shí)際的應用。隨著(zhù)航天信息一體化技術(shù)的發(fā)展，CAN總線(xiàn)將廣泛應用于航天器的測量、控制等系統。CAN接口的采用將大大簡(jiǎn)化了測量系統的電纜網(wǎng)，提高航天器的飛行可靠性。

3 雙層數據采集系統的結構及功能

雙層數據采集系統的整體結構如圖1所示。

雙層數據采集系統由采集單元、DSP中間控制器、頂層控制中心等組成，它的組成結構如圖1所示。本數據采集系統可同時(shí)實(shí)現對多區域、多單元的數據采集和信息管理控制，采用分級、區域控制的優(yōu)化控制思想，采用DSP中間控制器作為各采集區域的核心控制器，實(shí)現上下層間的數據交換。

采集單元是數據采集系統構成的基礎與關(guān)鍵，它直接與參數采集執行機構相連接，實(shí)現對現場(chǎng)參數的采集，包括電壓、電流、溫度、轉速等。采集單元自身具有微控制器和存儲器，既作為系統的重要組成部分，參與系統功能的實(shí)現，也可以它作為獨立單元來(lái)完成數據采集功能，即在系統出現通信等故障的情況下，采集單元仍可以獨立實(shí)現數據采集功能，并進(jìn)行數據存儲，提高了系統的可靠性。采集單元通過(guò)標準的CAN總線(xiàn)接口，連接到Bot－CAN總線(xiàn)上，實(shí)現對現場(chǎng)數據的采集和傳輸。

DSP中間控制器是整個(gè)采集系統的通信樞紐，提供上層網(wǎng)絡(luò )和下層網(wǎng)絡(luò )通訊的雙接口。一方面通過(guò)上層網(wǎng)絡(luò )(Top-CAN BUS)與頂層控制中心進(jìn)行通訊，另一方面通過(guò)低層網(wǎng)絡(luò )（Bot-CAN BUS）與各個(gè)采集單元進(jìn)行通訊。DSP中間控制器是數據采集的區域控制器，實(shí)現對本區域數據的收集、處理，并通過(guò)CAN總線(xiàn)與頂層控制中心進(jìn)行數據通訊，實(shí)現頂層控制中心對各個(gè)數據采集區域和采集單元的信息收集和控制。