CAN总线的多参数测控系统设计研究

姜开释

（南京理工大学机械工程学院 江苏省南京市 210094）

1 引言

我国随着智能化数字时代的来临，在工业机械制造业发展高度重视测控数据精度的准确性。工业机械生产先进技术，设计智能多参数的测控局域网研究的热点，广泛应用于国防建设、工业、农业机械化生产领域，这与人们的生活及生产方式，存在着相对不同技术测定不同的参数。基于“多量一表，仪表多用”的思路，我们利用SJA1000建立了一个Intel16位高性能80C196CK的CAN总线通讯接口，有效整合多参数测控系统中的被测参数集中管理，全面掌控了系统具备强大的通信能力，以及测量、处理相关控制参数数据的必然趋势。

2 CAN总线安装系统硬件设计

现场系统总线分析相关概念及特点，实现了SJA1000设计电源模块、电路节点的CAN总线界面，有效支持控制系统的总线式，串行设置通信网络特定的工业控制网络来控制局部网络，具有较强的通讯性能，如图1所示。

图1：多参数测控系统结构图

通过系统主机模块显示信息化结构的点阵系统，通过图表的模式设计视觉传感器，以及节点通信设计电路。通过相关协议标准设置总线通信方式,全面满足多参数的要求，设置测控系统的外扩14位的测量精度参数要求，满足MAX125A/D转换器、CPU内带A/D转换器，支持总线传输多参数传感器控制的PWM脉宽调制器，控制多路开关输入/存储器是解决了信息存储与处理过程中，显示了多个参数测量控制系统的局部网络通信功能。

2.1 多参数采集电路

基于多参数核心的采集电路主要由在80C196KC、MAX125组成，关键是高速率多通道的采集芯片，保证模拟数字14位的转换器，如图2所示。MAX125是由MAXIM设计的，由内建高速多路十四位信据采集晶片组成，由14bit逐次近式仿真数字变换器，换换时限3s，具有同步维持设备。分别由内部电压基准参考为+2.5V，另一个通过输入端，满足缓冲的电压基准，控制内部的时钟键为16MHz时钟，共同进步组成4路输入信号的多样化采样信息内容，实现同步采集取样/保存系统，可以实现对四个数据输入的同步采集。保障MAX125每T/H前面设有2选1的转换开关，配齐8个输入信号的采集信息。

图2：MAX125与80C196KC接口电路

设计中亦应注意：

（1）输入正负极的电压范围，需要MAX125正负极的供电措施，满足0~+5V双极性供电输入电流范围；

（2）保障基础输出A/D设备是14位的MAX125，控制16位的总线工作方法，设立CCB=#0FBH，有效满足MAX125125片合适节选用合适时（有效低CS），现场灵活控制安装函数，优先保障信息化系统的灵活性与扩展性，保障8字节结构的传输接受方式，除了满足标准规划设计总线的长度和宽度，设计控制信号BW=1的16位信道长度,以及验收总线滤波器配置节点通信接口卡、图像采集卡等方面的软件配置设计；

（3）保障测控系统CAN的通信协议设计系统，以及调试总线通信的实验波特率参数，设置数据图像切换初始化实验控制的MAX125选择，满足A0~A3确定的读取数据控制内容；

（4）A/D转换及读数时序由HSO.0控制。

2.2 CAN总线接口

CAN总线是汽车控制局部网络(ControllerAreaNetwork)的简称缩写，基于分布式控制电场等线的实施情况，有效保证通信网络串行控制的性能，通过高效可靠性、广泛个性化设计的理念设计人机交互界面，促进测控系统执行相应的数据通道。

2.2.1 视觉传感器视频控制CAN总线调试应用的研究特点

基于64路视觉传感器成功切换图像输入信号的视频切换／传输功能，有效发挥了CAN总线网络通信的主要特点：一是在报文传输时不涉及目标位置，它是接收站通过在报文上表示数据特性的标志来过滤报文，将所有该接收到的全部接收下来，不该接收到的全部放弃，这也是基于整个网络的广播范围；二是针对控制系统的数据，提高系统测控管理的需求，现代CAN总线具备了如下主要技术特点：

（1）采用多主式和主从式结构，强化CAN总线协议支持网络任何节点发送信息的工作，满足现代化的CAN总线沿用ISO/OSI模式设置双绞线，同时控制通信的传输速度达1MBPS/40M，满足网络全局广播方式，及收发数据标识符标定优先发送测控传输数据的优化速率长度10km/5kbps，设置节点满足不同优先级，为主从式结构发送节点通信功能的完整性，系统通信正确的系统调度策略，可以优化控制CAN总线内最大可连接110台计算机。

（2）CAN总线采用分布式、集散系统的测控系统，保障CAN总线与视觉机器传感器挂载总线网络系统的使用长、短帧架构,从而控制每个帧对应的CRC检测技术措施,因此数字错误率低极,而且传递时限极短，点对点、全域播报等各种方式的信息传递只需报文滤波即可。

（3）测控CAN系统围绕多主方式的模式，依次结合不同的节点信息，分成不同的优先级网络，在任何时间内，网络上的任何一个环节都可以将消息主动发送到Internet上的节点上，满足测控系统与视觉机器进行检测自动化、智能化、高度集成化的发展趋势。

2.2.2 SJA1000的CAN总线接口设计

CAN总线界面技术原理图3中显示，SJA1000将上位机PC-CAN端口与现场微处理器相数字，并将其作为集成电路中的总线连接芯片。

图3：CAN总线接口原理图

围绕CAN控制器中的微处理器80C196KC，主要将“80C196KC”与“SJA1000”中的（ALE、RD、WR）依次相连，通过相连后，聚焦最小的测控系统节点。80C196KC可由地址总线选出SJA1000，并可由GAL译码来选取，或透过直接读取外部数据存储的方式来存取SJA1000。该集成电路的主要工作原理是,利用CAN总线收到了来源于上位机的消息并完成各种数据信息组态，接着下传到下位机的控制电路中完成侦测工作，一旦下位机的上载消息在芯片中收到，会产生微处理器触发SJA1000中断现象，然后控制中断程序，接收的每一帧消息数据进行分析，有效纠正CAN总线上传到上位机环节的误码、错码。通过研究测控系统与机器视觉的工作原理，设置CAN总线的传输通信协议标准，设置PCA82C250保障线路抗干扰时间的功能，增强通信的具体时间，需要控制射频，避免RF的干扰，有效预防热防护，同时控制CAN总线两端的电阻124Ω，为进一步提高网络间的抗干扰的可靠性功能，从而设计各节点电源模块的特性方案，实现通路电阻协同发展的CAN总线整体结构设计。

3 CAN测控系统的软件设计

基于C语言设计测控系统的软件系统，按照用户的硬件结构融合资源信息，编辑相应模块化需求的功能。保障完整性表达子系统，控制 C语言应用功能，访问物理地址的硬件操作特点，确保控制总线的节点，通过采集数据体现通信采集与结构化程序设计的开发环境。全面提升了软件设计程序保障测控系统的各项程序，提升了主监控程序管理数据采集，及相应的显示控制程序、键盘扫描管理程序等，满足CAN总线的通讯处理功能：

（1）网络系统主监控程序：主要负责人机交互各功能模块、以及机器、调度管理、与用户之间的组态、系统初始化程序、设备自动检测系统程序、键盘输入或扫描程序、显示初始化控制以及默认值输出控制程序，有效调度和管理工作网络系统预设值处理与输出监控进程等。

（2）数据采集及处理程序：负责对数据采集及各种参数变量信号预处理的控制操作。

（3）全面保障显示控制的程序，在完成控制选择测试参数显示操作后，通过显示量程选择、误差范围，有效保障设备当前运行的状态，显示控制键盘扫描与提示操作，有效保障自动检测故障报警显示参数等。

（4）CAN通信程序：为了进行整体CAN通信是控制CAN总线的监控程序，由专门的电子通信子程序，处理相应的数据传送、端口设置，设备选择以及初始化等功能。

3.1 CAN通信程序设计

3.1.1 程序流程

结合不同设定的初始化结果，控制传输数据处理提取数据存储区域所需的数据，构成信息帧传送给CAN控制器，再发送到缓冲区域，图4显示了整个CAN数据通信程序的步骤。

图4：CAN通信程序流程

进行屏蔽寄存器或调试总线定时的时序寄存器，全面控制输出寄存器的初始化参数等，接受程序仅需从接收到缓冲区读出信息痕迹，并保留数据在存储区(datamemory)内，将CAN连接数据通信编程分为三部分:CAN初始化、数据接收、数据传输与发送。控制寄存期完成CAN初始化模式，设置CAN通信参数控制时分寄存器，保证指定的CAN网络通信基础设备接收代码，控制寄存器的基础参数。

3.1.2 程序设计

为了提高汽车CAN系统正常工作的电压范围值10.2～15.0V，保障测控系统的工作电压要求，设置系统软件模块功能检测节点通信协议处理信息传输的实效性，从而满足CAN测控系统检测线路的短路、断路以及引发通信信号的失真，没有提高CAN系统检测故障的安全性，从而设置相应的数据通信程序设计编程语句，程序设计如图5所示。

图5：CAN通信程序设计

4 结语

综上所述，基于多参测控制系统按照相应的“多量一表、一表多用”的设计思想理念，对测控系统，综合测控平台的数据进行测量、显示与处理,通过准确设置参数进行控制测控系统装置的人机互动技术。通过CAN总线构成的数据通讯接口，使得硬件组成更为简化，并与工业局域网络行成通信测量数据的方式，结合测控系统数据的实际需求，在现场调整测试通道，测试对象，测试精度，测试量程等组态方式。结合实际情况选择项目的方式，按照实际需求选择不同的传感器，对应实现调整温度与湿度、电流与电压、流量与速度等方面的各种参数值，从而满足现代化测控系统总线控制技术的通信需求。