基于DSPIC30F3013的CAN總線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)方案

引言

　　在工業(yè)控制中，為了保證系統(tǒng)的可靠運行，需要檢測周圍的環(huán)境變量（如溫度、氣壓、濕度等）。通常的做法是將分布在各處的傳感器采集到的信號通過各自的線路連接到監(jiān)控中心，這種方式在有效地完成檢測任務的同時也造成了線路資源的極大浪費。因此，提出了簡化線路布局的要求。CAN（控制器局域網(wǎng)）是串行通信協(xié)議，能有效支持高安全等級的分布實時控制，同時在理論上，CAN總線網(wǎng)絡內(nèi)的節(jié)點近乎沒有限制。基于此，本設計將一種基于數(shù)字信號控制器的CAN總線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)作為一個CAN節(jié)點，每一個需要監(jiān)控的區(qū)域放置一個CAN節(jié)點，各個節(jié)點通過CAN總線與監(jiān)控中心實施通信。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。

　　1 硬件構(gòu)成

　　該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由兩部分構(gòu)成：控制部分，包括前端信號的抗混疊濾波器和用于信號采集的12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器；CAN總線接口電路部分，由MCP2515CAN協(xié)議控制器和MCP2551高速CAN收發(fā)器構(gòu)成。系統(tǒng)接3路信號，TEM、PRE、RH分別為溫度、氣壓、相對濕度。

　　1．1 控制部分

　　dsPIC30F3013是Microchip公司生產(chǎn)的傳感器系列數(shù)字信號控制器。該控制器采用16位（數(shù)據(jù)）改良的哈佛結(jié)構(gòu)，并帶有增強型指令集，包含對DSP的有力支持。工作速度最高可達30MIPS，內(nèi)部集成10通道12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，最大轉(zhuǎn)換速度為200 ksps。

　　工控系統(tǒng)中，由于各類噪聲的存在，需要在信號采集端加上抗混疊濾波電路，如圖2所示。

　　抗混疊使用Sallen Key二階低通濾波器。由于環(huán)境變量均為緩變量，濾波器帶寬設置為30Hz。電路中R1、R2、C1、C2的值確定了抗混疊濾波器的特征頻率f0，同時也保證了在10ksps模數(shù)轉(zhuǎn)換速率下12位的分辨率。為了使在整個通帶范圍內(nèi)信號均能很好地通過，需要調(diào)整SallenKey濾波器的品質(zhì)因數(shù)Q。Q值由式（1）決定：

　　Sallen Key濾波器的幅頻特性顯示，當品質(zhì)因數(shù)在0．7～0．9之間時，頻率特性達到最佳。本Q值選定為0．8。

　　使用dsPIC30F3013的12位ADC模塊進行數(shù)據(jù)采集。對3路環(huán)境信號進行循環(huán)掃描，每完成12個采樣／轉(zhuǎn)換過程產(chǎn)生一個中斷。中斷過程中完成4次平均值數(shù)字濾波及相應參數(shù)的格式調(diào)整，然后，通過SPI接口傳送到CAN協(xié)議控制器。

　　1.2 CAN總線接口電路部分

　　CAN總線接口電路如圖3所示。