前 言

隨著自動化程度的提高和信息的網(wǎng)絡(luò)化進(jìn)程， 所需要的測控點(diǎn)和測控參量越來越多， 使得一個自動控制系統(tǒng)日益龐大而復(fù)雜。對于一個系統(tǒng)來說， 需要的傳感器數(shù)目成倍增加。為了使各智能儀表與上位機(jī)能實(shí)時、高速、準(zhǔn)確地通信， 選擇較理想的現(xiàn)場總線則是很關(guān)鍵的?，F(xiàn)場總線是開放型控制系統(tǒng)， 是用于現(xiàn)場總線儀表與控制室之間的一種全數(shù)字化、串行、雙向、多站的通訊網(wǎng)絡(luò) 。CAN 是其中很有發(fā)展前景的一種現(xiàn)場總線。在網(wǎng)絡(luò)化的系統(tǒng)中， 每只傳感器作為一個智能節(jié)點(diǎn)掛接在CAN 總線上， 整個系統(tǒng)如圖1所示。

1、 CAN 總線的技術(shù)特點(diǎn)

a） CAN 通信速率為（5kB/s）/10km、（1MB/s）/40m ，其節(jié)點(diǎn)數(shù)可達(dá)110 個， 傳輸介質(zhì)采用雙絞線、同軸電纜和光纖等;

b） 采用點(diǎn)對點(diǎn)， 一點(diǎn)對多點(diǎn)及全局廣播等幾種方式發(fā)送接收數(shù)據(jù);

c） 采用非破壞性總線優(yōu)先級仲裁技術(shù)。當(dāng)兩個節(jié)點(diǎn)同時向網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送信息時優(yōu)先級低的節(jié)點(diǎn)主動停止發(fā)送數(shù)據(jù)， 而優(yōu)先級高的節(jié)點(diǎn)可不受影響地繼續(xù)發(fā)送信息。因此。按節(jié)點(diǎn)類型分成不同的優(yōu)先級， 可以滿足不同的實(shí)時要求;

d） 可實(shí)現(xiàn)全分布式多機(jī)系統(tǒng)， 且無主、從機(jī)之分， 每個節(jié)點(diǎn)均主動發(fā)送報(bào)文， 用此特點(diǎn)可以方便地構(gòu)成多機(jī)備份系統(tǒng); e） 支持四類報(bào)文幀： 數(shù)據(jù)幀、遠(yuǎn)程幀、出錯幀、超載幀。它采用短幀結(jié)構(gòu)， 每幀有效字節(jié)數(shù)為8 個。 這樣， 傳輸時間短， 受干擾的概率低， 且具有較好的檢錯結(jié)果。

此外， CAN 采用循環(huán)冗余校驗(yàn); 其節(jié)點(diǎn)具有自動關(guān)閉的功能。由于帶有CAN 總線接口的傳感器種類還不多， 價(jià)格也較貴， 為了使總線能與上位機(jī)更好的實(shí)時的通信， 可以自行設(shè)計(jì)一種由8051 單片機(jī)和SJAl000 獨(dú)立CAN 總線控制為核心構(gòu)成的智能節(jié)點(diǎn)。在普通傳感器基礎(chǔ)上形成可接收8 路模擬量輸入的智能傳感器網(wǎng)絡(luò)。

2、 SJAl000 的硬件結(jié)構(gòu)和功能

如圖2 所示， SJAl000從邏輯上可分為7 個部分：

a） IML （接口管理邏輯） IML 用于解釋來自CPU 的命令， 分配信息緩沖區(qū)并向CPU 提供中斷及狀態(tài)信息;

b） 發(fā)送緩沖區(qū)TXB 　13 字節(jié)長存儲器， 外部CPU 將要發(fā)送的信息寫入此緩沖區(qū);

c） 接收緩沖區(qū)RXB 　接收緩沖區(qū)為64 字節(jié)的CPU 接收信息的FIFO 寄存器;

d） 接收過濾器ACF 　對接收到的信息ID 與ACF 內(nèi)容相比較以決定是否接收信息;

e） 位流處理器BSP 　用來控制發(fā)送、接收緩沖區(qū)及CAN 總線的數(shù)據(jù)流;

f） 定時邏輯BTL 　用于控制CAN 總線上數(shù)據(jù)的傳輸速率與同步;

g） 錯誤管理邏輯EML 　按CAN 協(xié)議進(jìn)行錯誤管理。

3、 CAN 總線在智能傳感器網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

以一路信號采集為例。圖3 是CAN 控制器和收發(fā)器與單片機(jī)及ADC0809 的接口電路圖。CAN 控制器采用PHILIPS SJA1000 ， 單片機(jī)采用89C51 ， 主要完成信號的采集和對信號的預(yù)處理， 并把經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)傳給上位機(jī)。82C250 是CAN 控制器SJA1000 與CAN 物理總線的接口器件， 它驅(qū)動總線差動接收或發(fā)送?？紤]到現(xiàn)場有各種各樣的干擾， 在CAN 控制器和驅(qū)動器之間加了高速光耦隔離器件（6N137） 。由于CAN 控制器和反饋控制器內(nèi)部都有自己的時鐘產(chǎn)生電路， 為了使兩者協(xié)調(diào)， 外加的晶振在CAN 控制器上作為整個系統(tǒng)的時鐘， 且將CAN 控制器的時鐘輸出作為微控制器的時鐘輸入; SJAl000 的中斷輸出接至CPU 的INT1 端; 通過中斷方式實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與CAN 控制器的通信; 同時為了使CAN 控制器和微控制器能同時可靠復(fù)位， 外加了手動復(fù)位電路。另外， 由于ADC0809 轉(zhuǎn)換器具有三態(tài)輸出鎖存功能， 可以直接與89C51 的總線相連， 在系統(tǒng)中把ADC0809 轉(zhuǎn)換器當(dāng)作外部RAM單元對待。

4 、軟件設(shè)計(jì)

智能傳感器作為一個節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì)主要包括兩部分： 一部分為初始化單片機(jī)和SJAl000 ， 另一部分為節(jié)點(diǎn)實(shí)際要完成的數(shù)據(jù)采集和對執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制功能。對CAN 控制器的初始化， 對各個寄存器分別寫入不同的內(nèi)容， 其中CAN 控制器與單片機(jī)之間采用中斷方式通信。其流程如圖4 所示。

SJAl000 的初始化程序?yàn)椋?/p>

MOVA ， # 0BH 　　　　　　　　 04H 為ACR 寄存器地址　00H 為CR 寄存器的地址

MOVDPTR ， # 8000H

MOVX@DPTR ， A 開放錯誤和接收中斷， SJA1000 進(jìn)入復(fù)位模式

MOVDPTR ， # 8004H

MOVA ， # 02H

MOVX@DPTR ， A

INC DPTR 05H 為AMR 寄存器地址。設(shè)為全部收

MOVA ， # FFH

MOVX@DPTR ， A

INC DPTR

MOVA ， # 01H 06H 為BTR0 的寄存器地址

MOVX@DPTR ， A

INC DPTR

MOVA ， # FFH 07H 為BTRl 的寄存器地址， 寫B(tài)TR0 和BTRl ， 波特率設(shè)為160K

MOVX@DPTR ， A

INC DPTR

MOVA ， # 0AH 08H 為OCR 寄存器地址， SJAl000 采用正常模式輸出

MOVX@DPTR ， A

MOVA ， # OFH

MOVDPTR ， # 801FH 1FH 為CDR 寄存器地址， 使微控制器與SJAl000 的時鐘相同

MOVX@DPTR ， A

MOVA ， # 0AH

MOVDPTR ， # 8000H

MOVX@DPTR ， A 寫CR 寄存器使SJAl000 進(jìn)入工作模式

RET

5 、結(jié)　語

將CAN 總線應(yīng)用于智能傳感器中， 使傳感器獲得的信號能通過總線實(shí)時地、可靠地、高速而準(zhǔn)確地進(jìn)行傳輸。同時， 由于整個智能傳感器網(wǎng)絡(luò)采用全數(shù)字化的通信， 因此總線也具有很好的抗干擾能力， 即使在重負(fù)荷下也不會出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)癱瘓的情況， 這些優(yōu)越性能是其它現(xiàn)場總線所不及的。

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