CAN總線隔離器的設(shè)計與應(yīng)用
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CAN(Controller Area Network)，即控制器局域網(wǎng)，是應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一，CAN總線以其實時性強，可靠性高，結(jié)構(gòu)簡單，互操作性好，價格低廉等優(yōu)點，可應(yīng)用于高速網(wǎng)絡(luò)和低成本的線路網(wǎng)絡(luò)。這里提出一種CAN總線隔離器的通訊系統(tǒng)，將其應(yīng)用于某飛行器到地面的通訊網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)飛行器和地面的速度隔離，從而使飛行器和地面之間能夠穩(wěn)定實時通信。該系統(tǒng)設(shè)計在分析CAN總線2．0B協(xié)議的基礎(chǔ)上，采用結(jié)構(gòu)化方法獨立設(shè)計飛行器和地面雙方的通信協(xié)議。底層模塊的硬件設(shè)計是以C8051F040高速型單片機為核心，其內(nèi)部集成CAN協(xié)議控制器，因而只需增加CAN收發(fā)器就可實現(xiàn)CAN智能節(jié)點設(shè)計，比傳統(tǒng)的由單片機與CAN協(xié)議控制器共同組成的CAN節(jié)點更簡單，可靠，易操作。而CAN總線應(yīng)用層協(xié)議由用戶自行定義編寫，使其更符合該系統(tǒng)設(shè)計要求。目前整個系統(tǒng)運行良好，性能穩(wěn)定，通信冗余度好，符合工業(yè)現(xiàn)場使用要求。
2 基于C8051F040的CAN智能節(jié)點設(shè)計
圖1是基于C8051F040的CAN總線硬件接口原理電路圖。通過C8051F040內(nèi)部所集成的CAN控制器，為了增強系統(tǒng)的抗十?dāng)_能力，在CAN控制器與TJA1040之間接入光電耦合器6N137，從而實現(xiàn)TJA1040與外界CAN通信。事實上，集成收發(fā)器TJA1040本身具有瞬間抗干擾能力，可保護總線，降低射頻干擾，以實現(xiàn)熱保護功能。因此，在干擾不嚴重的廊用場合，無需增加光電隔離，使得系統(tǒng)達到最大通信速率或距離。如果使用光電隔離器，應(yīng)盡量選用高速光電隔離器，以減少CAN總線有效回路信號傳輸?shù)难訒r時間。由于CAN隔離器需通過CAN總線采集輸入輸出模塊的數(shù)據(jù)信息，干擾較大，為了系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性，需加光電隔離器。通過CAN2．0B兼容CAN2．0A協(xié)議的連接通訊測試，光電耦合器6N137上升時間為30 ns(典型值)，隔離電壓為3 000 V，其支持最大頻率值超過30 MHz。
賬 為實現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性，該系統(tǒng)設(shè)計采用冗余設(shè)計，利用雙通道光耦HCPL2631隔離并產(chǎn)生控制信號，控制兩個單刀雙擲開關(guān)MAX4635，從而實現(xiàn)CAN智能節(jié)點的切換。
3 CAN總線隔離器設(shè)計
該系統(tǒng)設(shè)計的CAN總線隔離主要由發(fā)送和接收兩部分組成。發(fā)送和接收部分都由數(shù)據(jù)指令配置、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)傳輸3個單元組成，如圖2所示。其中發(fā)送部分：上位機指令配置完后，通過FPGA傳輸給單片機，單片機利用自身所帶的CAN總線，經(jīng)隔離處理后到達總線驅(qū)動器，然后通過CAN總線輸出數(shù)據(jù)。而接收部分正好相反。該系統(tǒng)設(shè)計將飛行器速度設(shè)置為500 kHz，地面速度設(shè)置為50 km／s，從而更好模擬飛行器和地面的通信。
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