基子CAN總線的分布式網(wǎng)架健康狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的設計

1 采集卡硬件電路的設計

1．1 CAN總線分布式系統(tǒng)結構設計

系統(tǒng)結構如圖1所示。本系統(tǒng)由上位監(jiān)控PC機、

1．2．2 A／D模塊設計

A／D芯片選用12位高速采集芯片AD574。在本設計中，A／D模塊的功能是將外部模擬信號通過AD574轉換成數(shù)字信號后并行輸入到AT89C51，然后AT89C51將其打包，并行輸出至CAN總線通信控制器SJA1000，經(jīng)總線收發(fā)器至CAN總線。其監(jiān)控電路采用DS1232，它具有電源監(jiān)控、手動復位和看門狗功能，還能同時輸出高低電平的兩路復位信號，分別輸出至AT89C51和SJA1000的復位端，以滿足本次設計的要求。

2 軟件設計

本健康監(jiān)測系統(tǒng)要求軟件部分具有現(xiàn)場數(shù)字信號顯示、檢測并驅動現(xiàn)場信號設備等功能。在本設計中主要完成兩部分任務：第一是PC機部分的上位機顯示，主要通過集成開發(fā)環(huán)境軟件設計出上位機監(jiān)視顯示界面，其重點在于PC機與現(xiàn)場節(jié)點間的通信；第二是現(xiàn)場節(jié)點控制設計，即設備驅動功能的實現(xiàn)，目的是能接收上位機的控制信號，使現(xiàn)場節(jié)點按既定的工作方式工作。

根據(jù)系統(tǒng)的工作要求，工作重點包括CAN總線通信程序、看門狗的初始化、A／D采樣控制程序、執(zhí)行機構控制程序和控制算法等，主要流程如圖4所示。限于篇幅，這里著重介紹SJA1000初始化程序設計、發(fā)送程序設計、接收程序設計以及A／D轉換程序的設計。

2．1 SJA1000初始化設計

初始化流程圖如圖5所示。AT89C51上電或復位后，調用復位程序給SJA1000的復位端(RST)提供復位信號，使SJA1000進入復位模式。SJA1000的初始化只有在復位模式下才可以進行。初始化程序主要完成以下寄存器的設計：(1)通過對SJA1000的時鐘分頻寄存器定義，判斷是使用BassicCAN模式還是使用PeliCAN模式；是否使能CLOCKOUT及輸出時鐘頻率；是否使用旁路CAN輸入比較器；TX1輸出是否采用專門的接收中斷。(2)通過寫驗收碼寄存器和驗收屏蔽寄存器定義接收報文的驗收碼，以及對報文和驗收碼進行比較的相關位定義驗收屏蔽碼。(3)通過寫總線定時寄存器定義總線的位速率、位周期內的采樣點和一個位周期內的采樣數(shù)量。(4)通過寫輸出寄存器定義CAN總線輸出管腳TX0、TX1的輸出模式和輸出配置。(5)清除SJA1000的復位請求標志，進入正常工作模式，這樣SJA1000方可進行報文的發(fā)送和接收。

2.2 發(fā)送和接收程序設計

單片機將要發(fā)送的報文送到SJA1000的發(fā)送緩沖區(qū)，然后將SJA1000命令寄存器的發(fā)送請求標志位(TR)置位，發(fā)送過程由SJA1000獨立完成。在新報文寫入發(fā)送緩沖區(qū)之前，必須檢查狀態(tài)寄存器的發(fā)送緩沖器的狀態(tài)標志位(TBS)，若為“1”，則發(fā)送緩沖器被釋放，可將新的報文寫入發(fā)送緩沖器；否則，發(fā)送緩沖器被鎖定，新的報文不能被寫入，發(fā)送程序可以采用中斷方式和查詢方式。在本次設計中，采用的是查詢方式。

報文的接收也是由SJA1000獨立完成的。收到的報文通過接收濾波器存放在FIFO中，第一條報文進入接收緩沖器，由狀態(tài)寄存器的接收緩沖器狀態(tài)標志位(RBS)和接收中斷標志位(RI)標出。單片機從接收緩沖器取走一條報文后，要通過置位SJA1000的命令寄存器來釋放接收緩沖器。在本次設計中，接收程序的設計采用的是中斷方式。

2．3 A／D轉換設計

在本次設計中采用的是12位逐次逼近型A／D轉換器AD574。以查詢方式設計程序，通過連續(xù)查詢A／D轉換結束標志位判斷轉換是否結束。當轉換結束時，將數(shù)據(jù)送人CPU中進行處理，并將處理后的數(shù)據(jù)保存至6264芯片。

基于CAN總線設計的高速分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有一定的使用價值，而且價格低廉、可靠性高。同時系統(tǒng)還具有可擴展性，在需要多通道采集的情況下只需添加少量的采樣保持芯片即可。通過對該總線系統(tǒng)的通信能力進行測試，并將上述系統(tǒng)置于強干擾環(huán)境中進行連續(xù)實驗，發(fā)現(xiàn)使用的通信速率完全可以保證數(shù)據(jù)的實時可靠傳輸，其通信效果完全滿足要求，同時上位機和底層節(jié)點也能夠保證相互間的協(xié)調工作。