摘要：介紹了CAN總線技術(shù)及特點，提出了一種基于CAN總線的溫度測量節(jié)點的設(shè)計,，該系統(tǒng)采用單片機技術(shù)和CAN總線技術(shù)實現(xiàn),，給出了溫度測量節(jié)點的硬件、軟件的設(shè)計,。經(jīng)實際應(yīng)用,，使用CAN總線的溫度測量節(jié)點在信號傳輸?shù)膶崟r性、可靠性,、傳輸距離和測量精度有著顯著的提高,。
關(guān)鍵詞：CAN總線；節(jié)點,；CAN通信
0 引言
CAN是Controller Area Network的縮寫,，即控制器局部網(wǎng)，通常稱為CAN bus(CAN總線),，是一種支持分布式控制的串行通信協(xié)議,。CAN最初出現(xiàn)在汽車工業(yè)中，是20世紀80年代德國Boech公司為汽車的監(jiān)控,、控制系統(tǒng)而設(shè)計的,，主要是解決汽車中的電子控制裝置之間的通信，減少不斷增加的信號線,。CAN總線的直接通信距離最遠可以達到10 km,，此時通信速率為5 kbps以下；而通信速率最高可達1 Mbps,，此時通信距離長為40 m,。同時CAN總線的通信媒介采用雙絞線或光纖,，選擇靈活，其結(jié)構(gòu)較簡單,，總線接口芯片支持8位,、16位的CPU。
由于CAN總線采用短幀結(jié)構(gòu),，在標(biāo)準格式中,，短幀的字節(jié)數(shù)為8個，因此傳輸時間短,，受干擾的概率低,，重新發(fā)數(shù)據(jù)幀的時間短，并且每幀信息都有CBC校驗及其他檢錯措施,，這樣可以保證極低的數(shù)據(jù)出錯率,。CAN總線上的節(jié)點在錯誤嚴重時，可以自動關(guān)閉總線的功能,，使總線上的其它操作不受到影響,。由于CAN總線的數(shù)據(jù)通信具有卓越的特性及極高的可靠性，因而非常適合工業(yè)過程監(jiān)控設(shè)備互連,，也是最有前途的現(xiàn)場總線之一,。由于CAN總線的特點,，使得其廣泛地應(yīng)用于電力,、航空航天、治金,、交通工具,、機器人、醫(yī)療設(shè)備,、環(huán)境監(jiān)控和家用電器等眾多領(lǐng)域,。本文提出基于CAN總線的溫度測量節(jié)點的設(shè)計。
1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計
根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計要求,，其總體設(shè)計結(jié)構(gòu)如圖1所示,。整個系統(tǒng)由主站節(jié)點、分布式溫度測量節(jié)點兩部分組成,。由于基于CAN總線的溫度測量節(jié)點是一種分布式,、實時的通信系統(tǒng)，可采用主從方式通信,，其特點就是系統(tǒng)中任一節(jié)點設(shè)一為主站節(jié)點,，其余均為從站節(jié)點，主站節(jié)點通過CAN總線與各個從站節(jié)點進行通信,。我們只需設(shè)一個主站節(jié)點作為主監(jiān)控器,，以點對點方式進行通信,，其余的從站均為各個溫度測量節(jié)點。各個節(jié)點都通過CAN總線實現(xiàn)信號數(shù)據(jù)的連接,，各個溫度測量節(jié)點具有較強的獨立性,，具有工作可靠性、性能穩(wěn)定,、測量精確,、安裝調(diào)試方便、造價低廉等特點,。
2 溫度測量節(jié)點的硬件電路設(shè)計
CAN總線溫度測量節(jié)點主要任務(wù)是溫度采集與CAN通信,，其硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。硬件電路由微處理器STC89C52,、總線控制器SJA10 00,、總線驅(qū)動器PCA82CS0和傳感器DS18B20四個部份組成。微處理器負責(zé)對SJA1000和DS18B20進行初始化,，通過總線控制器SJA1000實現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送等通信任務(wù),。
2．1 溫度傳感器DS18B20
DS18B20是美國DALLAS公司推出的第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器，該傳感器只需一個端口引腳進行通信,，就可以實現(xiàn)多點分布的應(yīng)用,，具有低功耗、高性能,、抗干擾強等優(yōu)點,。其傳感器的特性為：
(1)溫度測量范圍寬，能測到-55℃～125℃的溫度,，在-10℃～+85℃時精度為正負0．5℃,。
(2)提供9—12位的測量分辯率，對應(yīng)的溫度精度分別為0．5℃,、0．25℃,、0．125℃和0．0625℃，實現(xiàn)了高精度的測量,。
(3)接口方式獨特,，僅需一條信號線就可以實現(xiàn)與微處理器的雙向通信。
(4)測量出的溫度能直接轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號供CPU處理,，同時還傳送CRC校驗碼,，具有很強的抗干擾糾錯能力。
溫度傳感器的電路設(shè)計由單片機的引腳P3．5與傳感器DS18B20的DQ腳相連,，實現(xiàn)微處理器與傳感器的雙向數(shù)據(jù)的通信,。同時DQ單總線外接一4．7 k的上拉電阻。溫度傳感器的電路圖如圖3所示。
2．2 CAN通信電路的設(shè)計
CAN通信電路是整個系統(tǒng)實現(xiàn)通信的關(guān)鍵部分,，系統(tǒng)中各個節(jié)點和節(jié)點控制器是通過CAN通信電路接入CAN總線網(wǎng)絡(luò)上的,，實現(xiàn)信號數(shù)據(jù)的傳輸。CAN通信電路采用STC89C52處理器,、PHILIPS公司的總線控制器SJA1000,、NXP公司的總線收發(fā)器82C250和高速光電耦合器6N137等器件組成。在CAN通信電路中微處理器負責(zé)對SJA1000進行初始化,，各信號通過CAN總線控制器實現(xiàn)信號數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送等通信任務(wù),。同時為了增加CAN總線節(jié)點的抗干擾能力，更好地實現(xiàn)了總線上各CAN節(jié)點間的電氣隔離,，SJA1000的TX和RX引腳通過連接光耦6N137后再與總線收發(fā)器PCA82C250相連,，總線收發(fā)器82C250的TXD和RXD分別接光耦6N137的輸出OUT和輸入IN端，再通過具有差動發(fā)送和接收功能的總線終端CAN_H和CAN_L連接入總線電纜中,，完成通信的傳輸,。
3 溫度測量節(jié)點的軟件設(shè)計
溫度測量節(jié)點的軟件設(shè)計包括CAN總線初始化、發(fā)送子程序及中斷接收程序軟件設(shè)計和溫度傳感器DS18B20的程序設(shè)計,。其節(jié)點流程圖如圖4所示,。
3．1 CAN初始化程序
CAN初始化即初始化CAN節(jié)點。要保證通信正確可靠則必須先對控制器SJA1000進行初始化參數(shù)設(shè)置,。初始化設(shè)置是通過微處理器對SJA1 000的寄存器進行初始化,，這些初始化包括控制寄存器的配置、命令寄存器的配置,、狀態(tài)寄存器的配置,、中斷管理寄存器的設(shè)置、總線定時寄存器的配置,、輸出控制寄存器的設(shè)置以及時鐘分頻寄存器的設(shè)置等,。
系統(tǒng)上電后，對CAN初始化只有在復(fù)位模式下才可以開始,，初始化設(shè)置完成后，CAN控制器就可以回到工作狀態(tài),，即進入工作模式,，執(zhí)行正常的通信任務(wù)。CAN控制器初始化流程圖如圖5所示,。
3．2 CAN通信電路程序
CAN總線節(jié)點要完成通信任務(wù)則還必須包括發(fā)送子程序及中斷接收程序,。發(fā)送子程序負責(zé)各節(jié)點報文的發(fā)送任務(wù)。發(fā)送時只需將待發(fā)送的數(shù)據(jù)信息按特定的格式組合成一幀報文,，送入CAN控制器SJA1000的發(fā)送緩沖器中,，啟動SJA1000發(fā)送即可完成發(fā)送報文任務(wù)。在向SJA1000發(fā)送緩沖器發(fā)送報文之前，可先做一些判斷,，判斷其是否正在接收數(shù)據(jù),、先前發(fā)送是否成功以及發(fā)送緩沖器是否鎖定等等，以確保數(shù)據(jù)發(fā)送的可靠性,。
中斷接收程序主要是負責(zé)節(jié)點報文的接收以及其它中斷情況的處理,。當(dāng)進入中斷后要進行是否有數(shù)據(jù)的判斷，以防干擾誤中斷,。
3．3 溫度傳感器的程序設(shè)計
溫度測量節(jié)點電路上電后也要進行初始化設(shè)置,，初始化完成后，溫度測量節(jié)點中的溫度傳感器對采集到的數(shù)據(jù)信息實時處理,、現(xiàn)場數(shù)據(jù)實時顯示,，并判斷采集的信息是否超過正常值，如出現(xiàn)異常,，則報警提示并通過CAN通信電路進行通信,。
4 結(jié)束語
本設(shè)計應(yīng)用性很強，在實際應(yīng)用中表明,，其溫度測量的精度和穩(wěn)定性都得到很好的提高,，準確地反應(yīng)了工作狀況和實際狀況，達到了預(yù)期目標(biāo),。