智能傳感器的CAN總線接口設計

摘要：為使傳感器可即插即用于CAN的測控系統(tǒng)，以混合信號微處理器C8051F041為核心，構建可嵌入傳感器的智能轉(zhuǎn)換接口，將傳感器輸出信息轉(zhuǎn)換為CAN總線上的報文信息；針對大多數(shù)模擬傳感器輸出信號較弱的特點，C8051F041結(jié)合AD623等模擬電路對傳感器信號進行必要的濾波、程控放大、零點校準、A／D變換，并由其內(nèi)部集成的CAN控制器轉(zhuǎn)換為CAN報文信息，通過外接的CAN驅(qū)動器CTM8251T最終接入CAN總線；CAN控制器使該傳感器成為一個CAN節(jié)點，通過定義CAN應用層協(xié)議，使傳感器插入后立即以較低優(yōu)先級傳送傳感器電子數(shù)據(jù)表單，接收必要的參數(shù)設定，從而實現(xiàn)傳感器即插即用。
關鍵詞：CAN智能接口；CAN通信協(xié)議；C8051F041；CAN控制器；CAN收發(fā)器

引言
測控系統(tǒng)離不開傳感器。由于各種傳感器的工作原理不同，其最終輸出的電量形式各不相同。即使同一類傳感器，其靈敏度、測量范圍不同，相同電信號代表的物理量也不盡相同。因此，傳統(tǒng)的測控系統(tǒng)，必須對系統(tǒng)中的每一個傳感器進行配置，傳感器類型、靈敏度、測量范圍等的細微改變都將導致系統(tǒng)(主要是軟件和部分硬件)的重新設置。若要增／減傳感器，以改變測控系統(tǒng)的規(guī)模，則需對整個系統(tǒng)(軟件、硬件及布線)。進行重新配置。這無疑極大地限制了測控系統(tǒng)的靈活性，制約了測控系統(tǒng)的擴展性。CAN的通信硬件接口簡單，通信線少，通信介質(zhì)可以為雙絞線、同軸電纜或者光纜。將測控系統(tǒng)配置為CAN總線結(jié)構，將目前廣泛應用的各種模擬傳感器，配以CAN總線接口，使之成為CAN總線上的一個智能節(jié)點，即易于實現(xiàn)傳感器的即插即用，也提高了測控系統(tǒng)的靈活性和可擴展性。

1 傳感器／CAN智能接口系統(tǒng)構成
傳感器／CAN智能接口的作用主要有兩點：一是控制傳感器的信號調(diào)理，將傳感器的輸出模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，并進行相應的處理，形成可發(fā)送的CAN報文信息；二是控制CAN驅(qū)動器，收／發(fā) CAN總線上的報文信息，并執(zhí)行相應的智能控制。智能接口系統(tǒng)構成如圖1所示。

針對大多數(shù)模擬傳感器輸出信號較弱的特點，接口首先對傳感器信號進行一級放大和濾波的預處理，預處理后的傳感器信號幅度在200 mV左右，單端輸出。此后對該信號的處理完全由基于SOC技術的混合信號微處理器C8051F041自動完成，如信號的程控放大、信號的零點校準、信號的A／D變換、信號的數(shù)字濾波以及CAN報文的形成和收發(fā)控制等；C8051F041是該接口的核心，它不僅完成傳感器信號到CAN報文的轉(zhuǎn)換；更通過對傳感器信號調(diào)理的智能控制和對CAN應用層的編程，實現(xiàn)傳感器的即插即用。

2 傳感器信號調(diào)理
考慮到絕大多數(shù)傳感器信號較弱，且包含大量的噪聲信號，因此需首先對傳感器輸出的模擬信號進行必要的調(diào)理，信號調(diào)理由信號預處理電路結(jié)合S0c中的模擬外設實現(xiàn)，如圖2所示。在此，信號調(diào)理主要對傳感器信號進行了必要的濾波、放大和零點校準。