基于LPC2109的冷藏車CAN總線溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　摘要：基于CAN2.0通訊協(xié)議，以ARM微控制器LPC2109為核心，通過控制溫度采集芯片DS18B20采集冷藏車車體溫度，再將溫度值通過CAN總線發(fā)送出去的方案。從硬件搭建和軟件設(shè)計(jì)出發(fā)，全面地介紹了CAN總線溫度采集系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。為冷藏車?yán)洳販囟鹊膶?shí)時(shí)采集提供了更加有效的解決方案。

　　引言

　　在當(dāng)前的汽車產(chǎn)業(yè)中，出于對(duì)安全性、舒適性、方便性、低公害、低成本的要求，各種各樣的電子控制系統(tǒng)被開發(fā)了出來。由于這些系統(tǒng)之間通信所用的數(shù)據(jù)類型及對(duì)可靠性的要求不盡相同，由多條總線構(gòu)成的情況很多，線束的數(shù)量也隨之增加。為適應(yīng)“減少線束的數(shù)量”、“通過多個(gè)LAN，進(jìn)行大量數(shù)據(jù)的高速通信”的需要，1986年德國電氣商博世公司開發(fā)出面向汽車的CAN(Controller Area Network)通信協(xié)議。此后，CAN通過ISO11898及ISO11519進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，現(xiàn)在在歐洲已是汽車網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。CAN即控制器局域網(wǎng)，它能有效支持高安全等級(jí)的分布實(shí)時(shí)控制。CAN的應(yīng)用范圍很廣，從高速的網(wǎng)絡(luò)到低價(jià)位的多路接線都可以使用CAN。本文通過微控制器LPC2109的CAN功能接口，實(shí)現(xiàn)冷藏車溫度數(shù)據(jù)在CAN總線上的傳輸。

　　CAN總線的基本特征

　　CAN總線有如下基本特點(diǎn)：
　　廢除傳統(tǒng)的站地址編碼，代之以對(duì)通信數(shù)據(jù)塊進(jìn)行編碼，可以多主方式工作;采用非破壞性仲裁技術(shù)，當(dāng)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向網(wǎng)絡(luò)上傳送數(shù)據(jù)時(shí)，優(yōu)先級(jí)低的節(jié)點(diǎn)主動(dòng)停止數(shù)據(jù)發(fā)送，而優(yōu)先級(jí)高的節(jié)點(diǎn)可不受影響繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，有效避免了總線沖突;采用短幀結(jié)構(gòu)，每一幀的有效字節(jié)數(shù)為8個(gè)，數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間短，受干擾的概率低，重新發(fā)送的時(shí)間短;每幀數(shù)據(jù)都有CRC校驗(yàn)及其他檢錯(cuò)措施，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)母呖煽啃?，適于在高干擾環(huán)境下使用;節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下，具有自動(dòng)關(guān)閉總線的功能，切斷它與總線的聯(lián)系，以使總線上其他操作不受影響;可以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)，一對(duì)多及廣播集中方式傳送和接受數(shù)據(jù)。

　　CAN總線的優(yōu)點(diǎn)：
　　具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、傳輸距離較遠(yuǎn)、抗電磁干擾能力強(qiáng)、成本低等優(yōu)點(diǎn);采用雙線串行通信方式，檢錯(cuò)能力強(qiáng)，可在高噪聲干擾環(huán)境中工作;具有優(yōu)先權(quán)和仲裁功能，多個(gè)控制模塊通過CAN控制器掛到CAN-bus上，形成多主機(jī)局部網(wǎng)絡(luò);可根據(jù)報(bào)文的ID決定接收或屏蔽該報(bào)文;可靠的錯(cuò)誤處理和檢錯(cuò)機(jī)制;發(fā)送的信息遭到破壞后，可自動(dòng)重發(fā);節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下具有自動(dòng)退出總線的功能;報(bào)文不包含源地址或目標(biāo)地址，僅用標(biāo)志符來指示功能信息、優(yōu)先級(jí)信息。

　　硬件電路的設(shè)計(jì)方案

　　CAN總線接口芯片的選擇
　　目前廣泛流行的CAN總線器件有兩大類：一類是獨(dú)立的CAN控制器，如PCA82C200、SJAl000及等，另一類是帶有片上CAN的微控制器，如STM32F103、LPC2109等。設(shè)計(jì)選用PHILIPS(飛利浦)公司的LPC2109微控制器以及PCA82C250總線收發(fā)器。

　　LPC2109有8K的RAM空間和64K的Flash空間，足以燒寫和運(yùn)行CAN通訊代碼，工作溫度-40℃～+85℃，適合冷藏車的工作環(huán)境。因?yàn)長PC2109自帶高性能CAN通訊接口，省去了使用獨(dú)立CAN控制器的開銷。而且，相對(duì)于獨(dú)立的CAN控制器而言，LPC2109的CAN接口更加完善。在傳統(tǒng)的獨(dú)立CAN控制器SJA1000中，接收過濾只能滿足一些規(guī)律性較高的ID篩選過濾，或個(gè)數(shù)較少的ID(一般小于10～15個(gè))進(jìn)行任意篩選過濾，難以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的任意ID進(jìn)行篩選過濾，這無疑增加了系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及運(yùn)行時(shí)負(fù)擔(dān)。LPC2109微控制器中為自身CAN控制器提供了全局的接收標(biāo)識(shí)符查詢功能。它包含一個(gè)512×32(2k字節(jié))的RAM，通過軟件處理，可在RAM中存放1～5個(gè)標(biāo)識(shí)符表格。整個(gè)AFRAM可容納1024個(gè)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)識(shí)符或512個(gè)擴(kuò)展標(biāo)識(shí)符，或兩種類型混合的標(biāo)識(shí)符。由于允許的表格范圍有2k字節(jié)，所以能容易地滿足設(shè)計(jì)復(fù)雜ID接收過濾的要求。

　　總線收發(fā)器PCA82C250是LPC2109微控制器和物理傳輸線路之間的接口，它們可以用高達(dá)1Mbit/s的位速率在兩條有差動(dòng)電壓的總線電纜上傳輸數(shù)據(jù)。最低-40℃的工作溫度決定它可以穩(wěn)定地工作在冷藏車中。

　　溫度采集芯片的選擇
　　設(shè)計(jì)選用DALLAS(達(dá)拉斯)公司的DS18B20溫度傳感器，測溫范圍-55℃～+125℃，固有測溫分辨率0.5℃，適合冷凍庫等測溫環(huán)境使用。DS18B20擁有獨(dú)特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。