基于CAN总线的船舶智能控制系统设计

2007-01-28

船海工程 2007年3期

武汉理工大学现代教育技术中心武汉 430063

1 分布式控制系统

系统采用现场总线集散系统FDCS(field distributed control system)结构，由服务器，CAN智能单元，以及CAN局域网总线组成。服务器完成系统的数据管理与分析计算系统计算。CAN智能单元完成本地现场的数据处理、显示、报警和控制。各个节点的数据通过CAN总线实现互相传输，见图1。

图1 分布式控制系统图

2 智能单元的设计

2.1 系统结构

对应每个CAN节点要完成的控制、显示等功能，就必须要有一个最小系统。根据现场的要求，采用SAMSUNG S3C44B0X微处理器。它使用ARM7TDMI核，工作在66 MHz，带有8 kB CACHE,外部存储器控制器，LCD控制器，71个通用I/O接口,SPI接口等。可以很方便地进行最小系统的构建。见图2。

图2 智能单元模块

LCD、FLASH、SDRAM在S3C44B0X中都有对应的接口引脚与控制器，实现方便。

2.2 键盘与LED

键盘与LED由一块单片机89C2051统一控制。89C2051通过扫描方式点亮数码管和扫描按键。电路框图见图3。

图3 键盘与LED电路框

电路框图中包括，98C2051，两片移位寄存器74HC164，用作对键盘和数码管的扫描，8个9012接5V电源用作对数码管的驱动。89C2051通过串口接收每个数码管要显示的数据。同时将扫描到的按键，进行编码后，通过串口发送到S3C44B0X。

2.3 数码管与键盘扫描的实现方法

源代码是扫描第一个按钮和点亮第一个数码管。第一个数码管的片选引脚和第一个按键一端的引脚都连接在第一个74HC164出来的第一个引脚。当P3.7置高电平，让74HC164出来的第一路得到高电平，与其相连的9013与地接通，那么第一个数码管就被选中(数码管选用共阴极的)。并且如果此时按下第一个按键，P3.4(P3.4与第一个按键相连)得到低电平，就扫描到这个按键按下。

P1 = 0XFF;

DOUT = 1; //DOUT = P3^ 7

塑料排水板伸出级配砂砾垫层不小于0.5m，施工完成后可将排水板露出端弯折埋置于砂垫层中，同时在砂垫层中埋设盲沟和集水井，井壁随着土层的填高而随之砌高，确保软土地基中空隙水由塑料排水板排到级配砂砾垫层中，再由盲沟汇总到集水井，从而达到加速软基固结的目的。

CLK = 1; //CLI = P3^ 8

CLK = 0;

P1 = dispDataBuf[0]; // dispDataBuf[8]保存了每个数码管要显示数据的对应16进制数

preTemp = P3;

dltime();

nextTemp = P3;

if((preTemp & 0x1C) == (nextTemp & 0x1C))/*去抖动 */

{

keytime ++;

if(keytime >= 10)

{

keytime = 0;

if((nextTemp & 0x1c) == 0x0c)//P3.4得到低电平

get_keyset = 1;

if((get_keyset == 1)&&((nextTemp & 0x1c) != 0x0c))//该段代码实现按键松下后才算一次按键作用

{

get_keyset = 0;

sendkeynum();//通过串口发送按键编码

}

2.4 CAN通讯模块

S3C44B0X芯片含有SPI接口，基于此，选用MICROCHIP的MCP2510控制器、CAN驱动器PHILIPHS的TJA1050。MCP2510是一种带有串行外围接口SPI的独立CAN控制器，它支持CAN技术规范V2.0A/B；并能够发送的接收标准的和扩展的信息帧，同时具有接收滤波和信息管理的功能。MCP2510通过SPI接口与MCU进行数据传输，最高数据传输速率可达5 Mb/s。S3C44B0X可通过MCP2510与CAN总线上的其它MCU单元通讯见图4。MCP2510有配置、正常、睡眠、监听、反馈等五种工作模式，内含三个发送缓冲器、两个接收缓冲器，同时还具有灵活的中断管理能力，这些特点使得S3C44B0X对CAN总线的操作变得非常简便。

图4 CAN通讯接口电路图

S3C44B0X通过SPI接口与MCP2510相连并对其进行控制。MCP2510的控制见表1。

表1

2.5 读取和写入时序说明

图5 MCP2510读、写时序图

如图5所示，在读操作开始时，CS 引脚将被置为低电平。随后读指令和8 位地址码(A7 至A0)将被依次送MCP2510 。在接收到读指令和地址码之后， MCP2510 指定地址寄存器中的数据将被移出通过SO 引脚进行发送。每一数据字节移出后，器件内部的地址指针将自动加一以指向下一地址。因此可以对下一个连续地址寄存器进行读操作。通过该方法可以顺序读取任意个连续地址寄存器中的数据。通过拉高CS 引脚电平可以结束操作。写操作时，置CS 引脚为低电平启动写操作。启动写指令后，地址码以及至少一个字节的数据被依次发送到MCP2510 。只要CS 保持低电平，就可以对连续地址寄存器进行顺序写操作。在SCK 引线上的上升沿，数据字节将从D0位开始依次被写入。如果CS 引脚在字节的8 位数据尚未发送完之前跳变到高电平，该字节的写操作将被中止，而之前发送的字节已经写入。

3 与服务器通讯

通过一块RS232-CAN的控制卡与服务器相连接，这样就组成了CAN控制的局域网。在服务器上通过VC+PCOMM控件实现对CAN转换卡的控制。由于数据量大，而且实时性要求高，所以采用两个线程。一个线程负责串口数据的接收和相应的数据处理，将处理后的数据送到数学模型中计算得到结果，即要发送的数据，保存到一个全局链表中；另外一个线程专门负责数据的发送。