多节点智能监测系统研究

段登 张阳 路同亚 李炜

摘 要 对于雷达监控系统通信过程稳定性差、实时性不高、維护难的问题，本文利用CAN网络的高可靠性、传输距离远等特点，从而研究了CAN总线通信体制下多节点智能监测系统的方法，采用主流的国产化器件控制器进行数据的采集、相关处理及上报，终端显示每个测点的数据信息，同时存入数据库。测试表明，CAN网络系统通信能可靠地应用于雷达通信控制及其他控制领域。

关键词 智能监测;CAN网络;雷达通信控制

引言

在雷达监控系统实际工程应用中，由于相控阵、数字化等新技术在低空监视雷达系统中获得迅速普及，同时产生了系统设备规模庞大、维修困难、故障显著增加等等问题。而故障检测与综合管理对整个系统的运行起到至关重要的作用。该雷达的内部系统接口种类繁多、实时性要求高、数据处理运算量大等特点[1]。

本文中提出了利用CAN网络来替代RS485网络，是因CAN网络是具有国际标准的现场网络之一，传输速度快且出错率低，其网络上的任意一个节点都可以随时向网络上的其他节点发送信息而不分主从，并且可以实现点对点，一点对多点及全局广播等几种通信方式相结合，为数据的传输提供了多样性[2-4]。

研究中将高性能的FPGA控制器和CAN网络相结合使整个系统的性能大大提高，更易解决雷达管理系统采用RS485网络出现的系统稳定性不好、扩展性差、维护不方便等问题，对于雷达监控系统具有一定的使用价值意义。

1系统方案设计

多节点智能监测系统主要由三部分组成：数据采集模块、CAN网络传输网络和终端系统。

数据采集模块主要完成的功能有以下几步：

对采集到的温湿度数据进行数据锁存，A/D转换。

对温湿度数据分解成两个字节存放在帧数据中，并打包。

用CAN控制器将数据整合后形成完整的帧数据报文，用收发器PCA82C200传输至CAN网络上，由上位机接收并显示。

数据采集模块中温湿度传感器采用的是一款集成度高的传感器芯片型号，SHT75，该传感器由测湿敏及测温元件组成，可以与16位的 A/D 转换器实现连接连接，并快速准确地测量出相对温度及湿度，处理反应时间快，防止干扰能力强。

2硬件设计

智能数据采集模块的硬件由两部分组成，即FPGA控制器XC4VSX55_FF1148及收发器PCA82C250组成。

目前，国内的低空监视雷达综合管理平台大多使用CPCI处理架构，并且核心的主流FPGA（可编程逻辑阵列）芯片，大部分主要来自国外公司，如Altera公司的Cyclone系列、Xilinx的S6（spartan6）系列等。因此，如果在战事紧张时，我们的军用雷达的核心芯片就完全会受制于国外公司的供货，进而也就将会带来极大的安全隐患。

针对现有的低空监视雷达综合管理平台的架构，提出了利用成都华微公司研发的XC4VSX55_FF1148来代替Xilinx系列FPGA芯片，这样的做法是一方面是为了减少使用国外芯片来降低对军用低空监视雷达的安全威胁，另一方面是为了可以增强系统的处理能力和适应能力。

系统设计中对多个测试点进行实时监测后，采集数据处理后打包进入CAN数据帧格式，经过PCA82C250收发器以高速率实时发送给终端，而终端界面则通过CAN网络收集数据包，实时更新显示并操作[5]。

3CAN网络通信配置

CAN网络有两种协议的数据帧，扩展帧（ID.28～ID .0）和标准帧（ID28～ID.18共11位）。为了能适应系统应用后期的可扩展性，因此采用了扩展帧格式（可利用的ID资源增多）进行数据传输。

实际应用中CAN主节点实现了同时控制子节点及子节点数据回采，在利用CAN总线的方式上，应采用广播和单播方式同时存在的情况。因此必须应用CAN总线协议双滤波模式设置[6]。

在实际通信配置中应该注意明确CAN总线的核代码的正确初始化：

（1）复位需要的脉冲高电平不少于400个时钟（时钟8M情况下）。

（2）进入复位模式，可以对Pelican工作模式进行相关设定。

（3）滤波器工作方式设置，验收码寄存器及屏蔽码寄存器的参数设置。

（4）初始化地址参数。

（5）数据波特率参数设置（最高1M）。

（6）中断向量设置参数。

4结束语

文中主要深入阐述了CAN网络在多节点智能检测系统的应用。给出较为成熟的CAN网络系统解决方案。该系统具有低成本、易扩展、高利用率、靠性高等优点，让雷达监控系统的维护实现难度变低，同时也避免了检测系统产生附带的一些弊端，具有重要的工程实践意义。

参考文献

[1] 段登，王为. 雷达波控系统中CAN网络技术的研究[J]. 今日电子，2017（12）：82-85.

[2] 胡兵，刘希军.基于CAN网络通信网络的温度测控系统[J]. 西华大学学报（自然科学版），2011，30（4）：76-78.

[3] 李伟，常铧.基于CAN网络和虚拟仪器数据采集系统[J]. 仪表技术与传感器2012（11）：113-115.

[4] 严桂，贾存良，黄文芳.基于CAN网络与组态王的瓦斯监控系统.仪表技术与传感器，2008（5）：52-54.

[5] 廖平，谢乐添.基于CAN网络的煤矿井下风机监控系统实现[J].现代电子技术，2007（7）：177-180.

[6] TAO X，XU S，CHEN Z.A distributed substation automation   system based on fibre optical links or CAN bus.[J].Automation of Electric Power Systems，2007，21（7）：64-67.