基于CAN總線技術(shù)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計分析
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單片機程序主要包括節(jié)點初始化程序、報文發(fā)送程序、報文接收程序以及CAN總線出錯處理程序等。單片機主程序流程圖見圖3，程序用C51語言編寫。
CAN控制器對于CPU來說是以確保雙方獨立工作的寄存器映像外圍設(shè)備出現(xiàn)的，微控制器和CPU之 間狀態(tài)、控制和命令的交換都是通過在復(fù)位模式或工作模式下對這些寄存器的讀寫來完成的。初始化CAN內(nèi)部寄存器時注意使得各節(jié)點的位速率必須一致，而且接、發(fā)雙方必須同步。發(fā)送一幀數(shù)據(jù)采用高速DMA，它允許在最多2個周期內(nèi)，在CAN控制器和主RAM之間傳送一個完整的報文（最多10個字節(jié)）。CPU功能的極大增強是由于高速傳送是在后臺完成的。一次成功的DMA傳送后DMA位被復(fù)位。DMA傳送期間，CPU可以處理下一條指令，然而，不允許對數(shù)據(jù)存貯器、CANADR、CANDAT、CANCON或CANSTA的訪問。置DMA位后，各個中斷均被禁止，直至傳送結(jié)束。復(fù)位狀態(tài)期間（復(fù)位請求位為高）不能進行DMA傳送。為提高通信的實時性，報文的接收采用中斷接收方式，這樣也可保證接收緩存器不會出現(xiàn)數(shù)據(jù)溢出現(xiàn)象。
主機程序包括測量和控制子程序、通信子程序、數(shù)據(jù)處理子程序等。數(shù)據(jù)測量和控制子程序用來控制下位機進行測量，通信子程序根據(jù)通信協(xié)議發(fā)送控制命令并接收測量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理子程序?qū)崿F(xiàn)對數(shù)據(jù)的預(yù)處理和存儲。主機程序用C語言編寫。主機程序流程見圖4。
在對水下物理場數(shù)據(jù)進行采集時，需要測量的信號共有3種8路：電場三個分量，磁場三個分量以及傳感器在海底的傾斜角度兩個分量。實際測量時，整個測量體（包括傳感器，信號調(diào)理電路，水密容器等）放置在海底（約30米深），測量體距離岸邊接收主機120米。其他一些實驗參數(shù)設(shè)置如下：傳輸波特率為1Mbps，各節(jié)點的采樣頻率為10KHz，每采樣4路信號向主機發(fā)送一次數(shù)據(jù)，每次送出4組8字節(jié)數(shù)據(jù)，分辨率：0.0495μA/m；信號輸入范圍：-50mV～50mV；信號頻率帶寬：500Hz～800Hz；供電電壓：±5V，9V，±15V。測量系統(tǒng)在較復(fù)雜的海洋環(huán)境條件下從上午9：00開始工作，中間不停機，到下午5：00測量完畢。測量結(jié)果經(jīng)過分析與理論計算吻合說明該系統(tǒng)工作穩(wěn)定、可靠。此外，全套測量系統(tǒng)硬件設(shè)備（包括計算機與傳感器）造價低于3萬元。
CAN總線已被公認(rèn)為是最有前途的幾種現(xiàn)場總線之一，在一些高檔汽車車載系統(tǒng)中已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，也因其高性能價格比、實現(xiàn)簡單等突出優(yōu)點深得越來越多的研發(fā)人員的青睞。本文的創(chuàng)新點是提出一種基于CAN總線結(jié)構(gòu)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)方法，將CAN總線技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場控制中，設(shè)計了硬 件電路和軟件，并得到實際應(yīng)用。該系統(tǒng)可在復(fù)雜的海洋中實現(xiàn)對8路傳感器信號的實時采集與傳送，實驗證明該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、傳輸距離遠(yuǎn)、價格低廉等優(yōu)點。該系統(tǒng)設(shè)計方法也可應(yīng)用到其他需要數(shù)據(jù)采集的多節(jié)點系統(tǒng)中去。
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