基于DSPIC30F3013的CAN總線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)方案

引言

　　在工業(yè)控制中，為了保證系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，需要檢測(cè)周圍的環(huán)境變量（如溫度、氣壓、濕度等）。通常的做法是將分布在各處的傳感器采集到的信號(hào)通過各自的線路連接到監(jiān)控中心，這種方式在有效地完成檢測(cè)任務(wù)的同時(shí)也造成了線路資源的極大浪費(fèi)。因此，提出了簡化線路布局的要求。CAN（控制器局域網(wǎng)）是串行通信協(xié)議，能有效支持高安全等級(jí)的分布實(shí)時(shí)控制，同時(shí)在理論上，CAN總線網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)近乎沒有限制。基于此，本設(shè)計(jì)將一種基于數(shù)字信號(hào)控制器的CAN總線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)作為一個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)，每一個(gè)需要監(jiān)控的區(qū)域放置一個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)，各個(gè)節(jié)點(diǎn)通過CAN總線與監(jiān)控中心實(shí)施通信。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。

　　1 硬件構(gòu)成

　　該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由兩部分構(gòu)成：控制部分，包括前端信號(hào)的抗混疊濾波器和用于信號(hào)采集的12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器；CAN總線接口電路部分，由MCP2515CAN協(xié)議控制器和MCP2551高速CAN收發(fā)器構(gòu)成。系統(tǒng)接3路信號(hào)，TEM、PRE、RH分別為溫度、氣壓、相對(duì)濕度。

　　1．1 控制部分

　　dsPIC30F3013是Microchip公司生產(chǎn)的傳感器系列數(shù)字信號(hào)控制器。該控制器采用16位（數(shù)據(jù)）改良的哈佛結(jié)構(gòu)，并帶有增強(qiáng)型指令集，包含對(duì)DSP的有力支持。工作速度最高可達(dá)30MIPS，內(nèi)部集成10通道12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，最大轉(zhuǎn)換速度為200 ksps。

　　工控系統(tǒng)中，由于各類噪聲的存在，需要在信號(hào)采集端加上抗混疊濾波電路，如圖2所示。

　　抗混疊使用Sallen Key二階低通濾波器。由于環(huán)境變量均為緩變量，濾波器帶寬設(shè)置為30Hz。電路中R1、R2、C1、C2的值確定了抗混疊濾波器的特征頻率f0，同時(shí)也保證了在10ksps模數(shù)轉(zhuǎn)換速率下12位的分辨率。為了使在整個(gè)通帶范圍內(nèi)信號(hào)均能很好地通過，需要調(diào)整SallenKey濾波器的品質(zhì)因數(shù)Q。Q值由式（1）決定：

　　Sallen Key濾波器的幅頻特性顯示，當(dāng)品質(zhì)因數(shù)在0．7～0．9之間時(shí)，頻率特性達(dá)到最佳。本Q值選定為0．8。

　　使用dsPIC30F3013的12位ADC模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。對(duì)3路環(huán)境信號(hào)進(jìn)行循環(huán)掃描，每完成12個(gè)采樣／轉(zhuǎn)換過程產(chǎn)生一個(gè)中斷。中斷過程中完成4次平均值數(shù)字濾波及相應(yīng)參數(shù)的格式調(diào)整，然后，通過SPI接口傳送到CAN協(xié)議控制器。

　　1.2 CAN總線接口電路部分

　　CAN總線接口電路如圖3所示。