基于CAN總線的橋梁健康檢測(cè)系統(tǒng)的研究

摘要：設(shè)計(jì)一款應(yīng)用于橋梁健康檢測(cè)的基于CAN總線2．OB協(xié)議的分布式數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)了帶有CAN總線通信接口的數(shù)據(jù)采集與處理底層模塊以及具有實(shí)時(shí)監(jiān)控與控制功能的上位機(jī)監(jiān)控模塊。底層模塊的硬件設(shè)計(jì)以C8051F060高速型單片機(jī)為核心，內(nèi)部集成A／D采集和D／A輸出子模塊以及CAN總線通訊模塊。
關(guān)鍵詞：CAN總線；數(shù)據(jù)采集；監(jiān)控系統(tǒng)；總線通訊

0 引言
隨著交通建設(shè)事業(yè)的蓬勃發(fā)展，一些大跨度和超大跨度橋梁的相繼建成，人們對(duì)這些大型重要橋梁的安全性、耐久性與正常使用功能日漸關(guān)注。同時(shí)，既有的許多橋梁逐漸進(jìn)入了養(yǎng)護(hù)維修階段，橋梁管理者對(duì)橋梁的養(yǎng)護(hù)也日益重視。
傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般采用RS 485作為組網(wǎng)方式，而RS 485本身存在總線效率低、系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性差、通訊的可靠性低、后期維護(hù)成本高、網(wǎng)絡(luò)工程調(diào)試復(fù)雜、傳輸距離不理想、單總線可掛節(jié)點(diǎn)少、應(yīng)用不靈活等的局限性。本系統(tǒng)是基于CAN總線的分布式數(shù)據(jù)采集與通訊系統(tǒng)，解決了RS 485網(wǎng)絡(luò)的固有問(wèn)題。CAN總線屬于總線式串行通信網(wǎng)絡(luò)，采用獨(dú)特的非破壞性總線仲裁技術(shù)，擁有強(qiáng)有力的錯(cuò)誤處理能力和很高的傳輸可靠性，而且它的工作方式為多主方式，各節(jié)點(diǎn)均可在任意時(shí)刻主動(dòng)向網(wǎng)絡(luò)上的其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，不分主從，且無(wú)需站地址等節(jié)點(diǎn)信息。CAN節(jié)點(diǎn)在嚴(yán)重錯(cuò)誤的情況下有自動(dòng)關(guān)閉輸出功能，使總線上其他節(jié)點(diǎn)的操作不受影響。因而CAN總線具有突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性。

1 橋梁檢測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成及功能
橋梁檢測(cè)系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)傳輸三個(gè)部分構(gòu)成(見(jiàn)圖1)。整個(gè)系統(tǒng)由多個(gè)底層模塊和一臺(tái)接有CAN總線通信板卡的上位機(jī)組成，采用主從結(jié)構(gòu)，通過(guò)接口卡來(lái)實(shí)現(xiàn)雙向通訊，由此可以及時(shí)得知工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的各種數(shù)據(jù)和運(yùn)行參數(shù)，從而保證了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)遠(yuǎn)程測(cè)控的實(shí)時(shí)性。

橋梁健康檢測(cè)需要采集的信號(hào)主要有應(yīng)變信號(hào)、加速度信號(hào)、位移信號(hào)和反力信號(hào)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要通過(guò)底層模塊采集由分布在橋上的傳感器所感應(yīng)的各種微變信號(hào)并對(duì)它們進(jìn)行初級(jí)處理、打包等操作，然后通過(guò)CAN總線的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)傳給上位機(jī)進(jìn)行處理，從而使得上位機(jī)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和發(fā)送命令。