基子CAN總線的分布式網(wǎng)架健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1 采集卡硬件電路的設(shè)計(jì)

1．1 CAN總線分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。本系統(tǒng)由上位監(jiān)控PC機(jī)、

1．2．2 A／D模塊設(shè)計(jì)

A／D芯片選用12位高速采集芯片AD574。在本設(shè)計(jì)中，A／D模塊的功能是將外部模擬信號(hào)通過AD574轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后并行輸入到AT89C51，然后AT89C51將其打包，并行輸出至CAN總線通信控制器SJA1000，經(jīng)總線收發(fā)器至CAN總線。其監(jiān)控電路采用DS1232，它具有電源監(jiān)控、手動(dòng)復(fù)位和看門狗功能，還能同時(shí)輸出高低電平的兩路復(fù)位信號(hào)，分別輸出至AT89C51和SJA1000的復(fù)位端，以滿足本次設(shè)計(jì)的要求。

2 軟件設(shè)計(jì)

本健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)要求軟件部分具有現(xiàn)場(chǎng)數(shù)字信號(hào)顯示、檢測(cè)并驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)設(shè)備等功能。在本設(shè)計(jì)中主要完成兩部分任務(wù)：第一是PC機(jī)部分的上位機(jī)顯示，主要通過集成開發(fā)環(huán)境軟件設(shè)計(jì)出上位機(jī)監(jiān)視顯示界面，其重點(diǎn)在于PC機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)節(jié)點(diǎn)間的通信；第二是現(xiàn)場(chǎng)節(jié)點(diǎn)控制設(shè)計(jì)，即設(shè)備驅(qū)動(dòng)功能的實(shí)現(xiàn)，目的是能接收上位機(jī)的控制信號(hào)，使現(xiàn)場(chǎng)節(jié)點(diǎn)按既定的工作方式工作。

根據(jù)系統(tǒng)的工作要求，工作重點(diǎn)包括CAN總線通信程序、看門狗的初始化、A／D采樣控制程序、執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制程序和控制算法等，主要流程如圖4所示。限于篇幅，這里著重介紹SJA1000初始化程序設(shè)計(jì)、發(fā)送程序設(shè)計(jì)、接收程序設(shè)計(jì)以及A／D轉(zhuǎn)換程序的設(shè)計(jì)。

2．1 SJA1000初始化設(shè)計(jì)

初始化流程圖如圖5所示。AT89C51上電或復(fù)位后，調(diào)用復(fù)位程序給SJA1000的復(fù)位端(RST)提供復(fù)位信號(hào)，使SJA1000進(jìn)入復(fù)位模式。SJA1000的初始化只有在復(fù)位模式下才可以進(jìn)行。初始化程序主要完成以下寄存器的設(shè)計(jì)：(1)通過對(duì)SJA1000的時(shí)鐘分頻寄存器定義，判斷是使用BassicCAN模式還是使用PeliCAN模式；是否使能CLOCKOUT及輸出時(shí)鐘頻率；是否使用旁路CAN輸入比較器；TX1輸出是否采用專門的接收中斷。(2)通過寫驗(yàn)收碼寄存器和驗(yàn)收屏蔽寄存器定義接收?qǐng)?bào)文的驗(yàn)收碼，以及對(duì)報(bào)文和驗(yàn)收碼進(jìn)行比較的相關(guān)位定義驗(yàn)收屏蔽碼。(3)通過寫總線定時(shí)寄存器定義總線的位速率、位周期內(nèi)的采樣點(diǎn)和一個(gè)位周期內(nèi)的采樣數(shù)量。(4)通過寫輸出寄存器定義CAN總線輸出管腳TX0、TX1的輸出模式和輸出配置。(5)清除SJA1000的復(fù)位請(qǐng)求標(biāo)志，進(jìn)入正常工作模式，這樣SJA1000方可進(jìn)行報(bào)文的發(fā)送和接收。

2.2 發(fā)送和接收程序設(shè)計(jì)

單片機(jī)將要發(fā)送的報(bào)文送到SJA1000的發(fā)送緩沖區(qū)，然后將SJA1000命令寄存器的發(fā)送請(qǐng)求標(biāo)志位(TR)置位，發(fā)送過程由SJA1000獨(dú)立完成。在新報(bào)文寫入發(fā)送緩沖區(qū)之前，必須檢查狀態(tài)寄存器的發(fā)送緩沖器的狀態(tài)標(biāo)志位(TBS)，若為“1”，則發(fā)送緩沖器被釋放，可將新的報(bào)文寫入發(fā)送緩沖器；否則，發(fā)送緩沖器被鎖定，新的報(bào)文不能被寫入，發(fā)送程序可以采用中斷方式和查詢方式。在本次設(shè)計(jì)中，采用的是查詢方式。

報(bào)文的接收也是由SJA1000獨(dú)立完成的。收到的報(bào)文通過接收濾波器存放在FIFO中，第一條報(bào)文進(jìn)入接收緩沖器，由狀態(tài)寄存器的接收緩沖器狀態(tài)標(biāo)志位(RBS)和接收中斷標(biāo)志位(RI)標(biāo)出。單片機(jī)從接收緩沖器取走一條報(bào)文后，要通過置位SJA1000的命令寄存器來釋放接收緩沖器。在本次設(shè)計(jì)中，接收程序的設(shè)計(jì)采用的是中斷方式。

2．3 A／D轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)

在本次設(shè)計(jì)中采用的是12位逐次逼近型A／D轉(zhuǎn)換器AD574。以查詢方式設(shè)計(jì)程序，通過連續(xù)查詢A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志位判斷轉(zhuǎn)換是否結(jié)束。當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，將數(shù)據(jù)送人CPU中進(jìn)行處理，并將處理后的數(shù)據(jù)保存至6264芯片。

基于CAN總線設(shè)計(jì)的高速分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有一定的使用價(jià)值，而且價(jià)格低廉、可靠性高。同時(shí)系統(tǒng)還具有可擴(kuò)展性，在需要多通道采集的情況下只需添加少量的采樣保持芯片即可。通過對(duì)該總線系統(tǒng)的通信能力進(jìn)行測(cè)試，并將上述系統(tǒng)置于強(qiáng)干擾環(huán)境中進(jìn)行連續(xù)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)使用的通信速率完全可以保證數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)可靠傳輸，其通信效果完全滿足要求，同時(shí)上位機(jī)和底層節(jié)點(diǎn)也能夠保證相互間的協(xié)調(diào)工作。