CAN總線在糧情自動檢測系統中的應用

介紹基于CAN的糧情自動檢測系統的設計，著重討論了利用CAN總線進行通信的通信規程。
??? 關鍵詞：糧情；自動檢測；CAN總線；通信協議?

1系統的構成
1.1系統原理框圖
??? 智能化糧情檢測系統以PC兼容機(或工控機)為主機；單片機通過模擬開關管理多路水分、溫度、濕度傳感器，構成置于糧庫內各糧倉的分機。主機通過CAN總線與分機連接。系統構成如圖1所示。?

??? 系統的一臺主機可以連接1～110個分機，每個分機可以根據倉容選擇連接1～64個水分傳感器、1～184個溫度傳感器和1～8個濕度傳感器。其中水分檢測信號經調理電路的放大、整理、濾波、線性化等處理后，成為0～5V與糧食水分含量呈線性比例關系的直流信號，通過模擬開關選通，經A/D轉換后送單片機進行信息處理；集成濕度傳感器輸出的模擬檢測信號通過模擬開關選通，經A/D轉換后送入單片機；數字溫度傳感器輸出的數字信號通過模擬開關選通后直接送單片機的I/O口。單片機對各路檢測信號進行數字濾波等信息預處理后，通過CAN總線，將測量信息送給主機處理。主機可完成測量數據表格、二維與三維圖形、糧情預測與報警、危糧處理建議、歷史數據查詢等顯示和打印功能。?
1.2主機
??? 智能化糧情檢測系統的主機采用流行配置的工控機，主機安放在糧庫的監測中心。每個主機可接多至上百個由CAN器件、單片機及其外圍電路組成的分機節點。上位機負責接收從分機節點傳來的通道數據，并且通過CAN總線向各分機節點發送控制信息或命令。上位機采用VC完成系統的界面設計與通信編程，以數據和曲線的方式輸出測量結果，并可查詢過去一年內的溫度、濕度、水分測量值。若干上位機可以通過網絡連接起來，實現不同地區不同倉庫的信息傳遞，以便上級管理部門統一調度和管理。
??? 主機與分機間的通信距離最大可達10km，分機中各傳感器的信息傳輸距離大于200m。?
1.3分機節點
??? 分機節點由CAN器件、單片機、A/D轉換器、模擬開關、傳感器及其調理電路組成。CAN控制器芯片采用PHILIPS公司的PCA82C200，它通過PCA82C250總線驅動器接至總線。為了保證通信的順暢進行，避免干擾信號的影響，在82C200與82C250之間接光電隔離器6N137。單片機選用MCS51系列的89C51，由它來控制模擬開關，處理由水分傳感器組在某時刻所測得的倉庫糧食的水分含量等。另外，這里的調理電路用來將傳感器測得的交變信號進行放大、濾波及線性化等處理，再由A/D轉換器轉換成數字信號。?
1.4CAN適配卡
??? CAN適配卡插于PC機內部主板插槽上，其主要部分有CAN控制器82C200、微控制器80C31、32KB容量的雙口RAM、中斷申請電路及復位電路。CAN適配卡采用內存映像的傳輸方式，負責將PC機發出的命令和控制信息傳送給報文標識符所指定的CAN分機節點，將各分機節點傳來的數據傳輸給PC機。?
2CAN總線結構
??? CAN簡介見《儀表技術》前年第6期相關文獻。
??? 對于CAN器件，其驗收碼寄存器ACR與驗收屏蔽寄存器AMR被稱為報文濾波器。如果滿足下列條件之一，那么空閑總線上的報文即可被正確接收：(1)報文標識符高8位與驗收碼寄存器在驗收屏蔽寄存器所屏蔽的位之外的各位對應相等；(2)若驗收屏蔽寄存器的8位全為1，那么報文可被無條件接收。
??? CAN接口電路如圖2所示。圖中PCA82C250是CAN控制器和物理總線之間的接口，提供向總線的差動發送能力和對CAN控制器的差動接收能力，其最高速率達1Mbps。RS為斜率電阻，通過將其接地可選擇高速工作方式。實驗證明，其與地之間的電阻為16k左右能夠更好的完成工作。6N137為高速光電隔離器件，其速率最高為10Mbps。?
3系統通信協議?
3.1系統的通信過程
??? 系統的每個通道數據需要兩個字來存放，且其中第一字節存放小數點前兩位，另一字節存放后兩位。PC機可以點名某下位機所采集的測量數據；另外，下位單片機將所采到的數據經相應處理后也可以通過總線主動申請發送，要求PC機接收。所有這些過程均采用基于多主競爭的總線仲裁方式來完成。?
3.2標識符低三位的設置
??? 82C200發送和接收緩存器均為10個字節的寄存器，它們的第一字節是標識符的高8位，第二字節高3位為標識符的低三位ID2～ID0。這三位連同標識符的其他各位，以及緊接著的RTR位一起組成該報文的優先權。報文標識符低三位ID0～ID2在該系統中的含義見表1。?

3.3通信流程圖
??? (1)節點外部中斷流程圖
??? 節點外部中斷流程圖如圖3所示，初始化CAN控制器后，開放全部四個中斷，開始進行中斷判斷。?

??? (2)節點接收子程序部分流程圖
??? 節點接收子程序部分流程圖如圖4所示。當新報文被存貯在接收緩存器中時，CAN控制器便向微控制器申請接收中斷；微控制器響應中斷后，從接收緩存器中讀取報文，并釋放接收緩存器。然后，微控制器根據該報文的內容，進行相應處理。整個過程均以基于優先權的總線仲裁方式進行。?