基于CAN總線的橋梁健康檢測系統(tǒng)的研究

摘要：設(shè)計一款應(yīng)用于橋梁健康檢測的基于CAN總線2．OB協(xié)議的分布式數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)計了帶有CAN總線通信接口的數(shù)據(jù)采集與處理底層模塊以及具有實時監(jiān)控與控制功能的上位機(jī)監(jiān)控模塊。底層模塊的硬件設(shè)計以C8051F060高速型單片機(jī)為核心，內(nèi)部集成A／D采集和D／A輸出子模塊以及CAN總線通訊模塊。
關(guān)鍵詞：CAN總線；數(shù)據(jù)采集；監(jiān)控系統(tǒng)；總線通訊

0 引言
隨著交通建設(shè)事業(yè)的蓬勃發(fā)展，一些大跨度和超大跨度橋梁的相繼建成，人們對這些大型重要橋梁的安全性、耐久性與正常使用功能日漸關(guān)注。同時，既有的許多橋梁逐漸進(jìn)入了養(yǎng)護(hù)維修階段，橋梁管理者對橋梁的養(yǎng)護(hù)也日益重視。
傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般采用RS 485作為組網(wǎng)方式，而RS 485本身存在總線效率低、系統(tǒng)的實時性差、通訊的可靠性低、后期維護(hù)成本高、網(wǎng)絡(luò)工程調(diào)試復(fù)雜、傳輸距離不理想、單總線可掛節(jié)點少、應(yīng)用不靈活等的局限性。本系統(tǒng)是基于CAN總線的分布式數(shù)據(jù)采集與通訊系統(tǒng)，解決了RS 485網(wǎng)絡(luò)的固有問題。CAN總線屬于總線式串行通信網(wǎng)絡(luò)，采用獨特的非破壞性總線仲裁技術(shù)，擁有強(qiáng)有力的錯誤處理能力和很高的傳輸可靠性，而且它的工作方式為多主方式，各節(jié)點均可在任意時刻主動向網(wǎng)絡(luò)上的其他節(jié)點發(fā)送信息，不分主從，且無需站地址等節(jié)點信息。CAN節(jié)點在嚴(yán)重錯誤的情況下有自動關(guān)閉輸出功能，使總線上其他節(jié)點的操作不受影響。因而CAN總線具有突出的可靠性、實時性和靈活性。

1 橋梁檢測系統(tǒng)的構(gòu)成及功能
橋梁檢測系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)傳輸三個部分構(gòu)成(見圖1)。整個系統(tǒng)由多個底層模塊和一臺接有CAN總線通信板卡的上位機(jī)組成，采用主從結(jié)構(gòu)，通過接口卡來實現(xiàn)雙向通訊，由此可以及時得知工業(yè)現(xiàn)場的各種數(shù)據(jù)和運行參數(shù)，從而保證了對現(xiàn)場遠(yuǎn)程測控的實時性。

橋梁健康檢測需要采集的信號主要有應(yīng)變信號、加速度信號、位移信號和反力信號。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要通過底層模塊采集由分布在橋上的傳感器所感應(yīng)的各種微變信號并對它們進(jìn)行初級處理、打包等操作，然后通過CAN總線的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)傳給上位機(jī)進(jìn)行處理，從而使得上位機(jī)可以實時監(jiān)控、存儲數(shù)據(jù)和發(fā)送命令。