一種基于CAN總線的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)及位定時分析

引言

　　can（controller area network）即控制器局域網(wǎng)，是國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。與一般的總線通信相比，can的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實(shí)時性和靈活性。本課題設(shè)計(jì)了一種基于can總線的監(jiān)控系統(tǒng)，并對位定時這一關(guān)鍵問題進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。借助該系統(tǒng)，使用者可以實(shí)現(xiàn)對can網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時監(jiān)控，并可對系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

監(jiān)控系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

　　整個監(jiān)控系統(tǒng)（如圖1）是一個分布式控制系統(tǒng)，由三部分組成：上位機(jī)、轉(zhuǎn)換模塊、can節(jié)點(diǎn)。上位機(jī)負(fù)責(zé)監(jiān)控整個系統(tǒng)的運(yùn)行狀況；轉(zhuǎn)換模塊作為各個節(jié)點(diǎn)與上位機(jī)的通信中介，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與節(jié)點(diǎn)間的雙向通信；各個can節(jié)點(diǎn)均可以在任意時刻，遵循通信協(xié)議完成上傳信息和執(zhí)行控制命令等任務(wù)。

　　can節(jié)點(diǎn)接口電路設(shè)計(jì)

　　can總線上各節(jié)點(diǎn)均采用atmel公司生產(chǎn)的8位單片機(jī)為主控器，除完成節(jié)點(diǎn)自身的控制功能外，還與can控制器sja1000配合以實(shí)現(xiàn)can網(wǎng)絡(luò)通信功能。

　　設(shè)計(jì)中選擇sja1000控制器并采用其性能優(yōu)越的pelican擴(kuò)展模式。can收發(fā)器tja1050是philips公司生產(chǎn)的高速can總線驅(qū)動器。tja1050具有速率高、低功耗、電磁性能優(yōu)越等特點(diǎn)。can接口電路如圖2所示。

　　節(jié)點(diǎn)模塊中采用高速光耦來實(shí)現(xiàn)收發(fā)器與控制器之間的電氣隔離，抗干擾。光耦選擇高速器件tlp113以滿足在最高速率500kbps下的電氣響應(yīng)。采用dc/dc模塊提供5v電源并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)電源與網(wǎng)絡(luò)電源之間電氣隔離措施。為了確保該系統(tǒng)的安全，在dc/dc模塊及系統(tǒng)的輸入和輸出端增加tvs保護(hù)。

系統(tǒng)通信的實(shí)現(xiàn)

　　can控制器協(xié)議

　　can控制器實(shí)現(xiàn)的串口通信網(wǎng)絡(luò)遵循osi模型，劃分為兩層：數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。物理層按照ieee802.3lan標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)造，實(shí)現(xiàn)將數(shù)據(jù)發(fā)送到傳輸介質(zhì)上和接收數(shù)據(jù)流的功能。在數(shù)據(jù)鏈路層實(shí)現(xiàn)比特流的拼裝。can通信協(xié)議約定了4種不同的幀格式，本系統(tǒng)中使用標(biāo)準(zhǔn)幀格式，其格式如表1。can首先接收到仲裁場，根據(jù)仲裁場的內(nèi)容判斷所接收到的信號是哪種幀格式，用戶將相應(yīng)的數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)場中進(jìn)行發(fā)送，或從數(shù)據(jù)場中讀取接收到的數(shù)據(jù)。