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過程分析儀器CAN網絡通信設計

作者: 時間:2011-10-14 來源:網絡 收藏

引言

本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/155622.htm

  現(xiàn)代流程工業(yè)的控制中,分析檢測具有在線、多組分、實時檢測的特點,對在穩(wěn)定、可靠、快速、準確等方面有著嚴格的要求。而廣泛使用的工業(yè)色譜儀采用色譜分離原理,分析周期長達數(shù)分鐘至數(shù)十分鐘,難以實現(xiàn)的直接質量控制。拉曼光譜儀和激光調制光譜儀等新技術目前價格昂貴,關鍵技術尚在研究階段,難以普及。利用技術成熟的單檢測器單組分過程,通過分析傳感器組合技術和嵌入式計算機技術,實現(xiàn)多組分實時檢測和建立簡便快捷的通信網絡系統(tǒng)已成為近期國內外分析儀器研發(fā)的熱點之一。

  基于單片機(80C196)或微處理器(DSP、ARM 等)的多組分氣體分析儀采用功能強大的CPU,可實時快速測定各種燃燒設備的各項熱工參數(shù)。根據(jù)測量數(shù)據(jù),通過自動調節(jié)裝置調整風量,保持適當?shù)目諝猓剂媳龋谷剂舷到y(tǒng)達到最佳運行狀態(tài),以獲得最高的燃燒效率和最低的燃料消耗。儀器還可以測定CO、SO2、NO、NO2、煙氣黑度等參數(shù),并配有液晶屏、鍵盤等外設。

  (Controll Area Network)是國際上應用最廣泛的現(xiàn)場總線之一,使用了一種串行多控制方通信協(xié)議,可以有效地支持分布式實時控制,并且具有很高的安全性和高達1Mbps的通信速率。

  一個包含PC 機和n-1(n≤110)個智能節(jié)點的 總線網絡結構圖如圖1 所示。


圖1 n 個節(jié)點的 網絡結構圖

  信息的傳輸采用CAN 通信協(xié)議,傳輸介質采用雙絞線,如果需要進一步提高系統(tǒng)的抗干擾能力,還可以在控制器和傳輸介質之間加接光電隔離,電源采用DC-DC 變換器等措施。

  1 分析儀器CAN 網絡應用層協(xié)議的制定

  CAN 的國際標準中只定義了物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的規(guī)范,由于本項目構建的CAN 總線網絡節(jié)點數(shù)目不多,所有節(jié)點都由項目組自行,不需要與國際標準設備進行接口,所以,這里根據(jù)本項目的具體情況,制定了一個簡易的CAN 應用層協(xié)議。

  根據(jù)廠方要求,網絡初步規(guī)劃應至少可容納16 個節(jié)點。上位機收集各分析儀器的信息,包括氣體組分分析含量、出錯信息和被測氣體的一些參數(shù),如溫度、壓力、流量等,也返回一些控制信息給智能節(jié)點。在每個分析周期從節(jié)點的氣體組分分析結果送往主節(jié)點,主節(jié)點待收到所有待測組分含量后,將所有信息一并送往上位機。網絡中的任一臺分析儀器均可做為主節(jié)點或從節(jié)點,甚至在沒有上位機的情況下也可以做為上位機。

  在CAN 系統(tǒng)中,以11 位(標準幀)或29 位(擴展幀)的標識符來標識數(shù)據(jù)的含義,標識符決定了信息的優(yōu)先權和等待時間,同時也影響信息濾波的適用性。因而,合理、高效的信息標識符ID 分配方案是充分發(fā)揮CAN 總線性能的前提條件。

  分析儀器主控制器之一F2812 DSP 片上共有32 個郵箱,在SCC 模式下0-15 郵箱可用,在eCAN 模式下,32 個郵箱全部可用,可以很方便地實現(xiàn)主節(jié)點對從節(jié)點信息的接收和存儲。故推薦采用主控制器為F2812 的分析儀器作為該網絡中的主節(jié)點,選擇eCAN 模式,使用標準標識符(11 位),對其進行如表1 所示的靜態(tài)分配策略,即可滿足上位機和主節(jié)點識別幀來源和幀意義的要求。

  2 程序

  2.1 上位機端初始化

  上位機端主要完成對各分析平臺分析結果的采集、顯示,使用PC 機加CAN 通訊卡KPCI-8110。KPCI-8110 上集成了獨立的CAN 控制器SJA1000。SJA1000 用于移動目標和一般工業(yè)環(huán)境中的區(qū)域網絡控制(CAN),在使用前要先對其進行初始化。

  上位機顯示界面采用適合快速開發(fā)的可視化面向對象高級語言VB 來編寫。KPCI-8110CAN 適配卡提供.dll 驅動和.lib 庫函數(shù),通過在VB 程序中調用相關的驅動函數(shù)就可以實現(xiàn)CAN 適配卡的配置和數(shù)據(jù)的讀寫。

  上位機端接收數(shù)據(jù)的流程如圖2 所示。


圖2 上位機接口函數(shù)使用流程圖

  數(shù)據(jù)接收到上位機之后保存在一個大容量的內存緩沖池內,用戶只需實時通過函數(shù)CAN_ReadDataNum(mindex) 查詢緩沖池內的數(shù)據(jù)量, 再通過函數(shù)CAN_ReadBlockData(mindex,num,obyte)及時讀走保存即可。其中obyte 為接收數(shù)據(jù)起始指針。

  CAN_ClearBlock(mindex,num,obyte)為清空從obyte 指針開始的緩沖池空間。

  注意:由于SJA1000 CAN 控制器每個地址存儲8 位數(shù)據(jù),而F2812 內置CAN 控制器每個地址存儲16 位數(shù)據(jù),而且標準數(shù)據(jù)幀的標識符也不是從字節(jié)的起始位開始的,所以定義標識符的時候要按照不同控制器的要求來定義。例如F2812 內置CAN 控制器定義數(shù)據(jù)幀標識符為344 0000(bit28-bit18 為標識符位),SJA1000 獨立控制器對應的標識符應為1A20(bit15-bit5 為標識符位)。

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