基于CAN總線的環(huán)境測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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在當(dāng)今社會，人們的物質(zhì)生活水平面日益提高，對商品的質(zhì)量要求越來越高。這樣，商品的存儲環(huán)節(jié)的工作變得愈顯重要，這關(guān)系到商品的質(zhì)量保持的時間長短與否。而對存儲最基本的要求就是存儲區(qū)內(nèi)的溫度、濕度要求等?，F(xiàn)在的存儲環(huán)境條件檢測大多是靠機(jī)械式儀表來進(jìn)行，而且是利用人工定時進(jìn)行記錄數(shù)據(jù)，結(jié)果是數(shù)據(jù)精度低、不夠?qū)崟r。有一些大型倉庫是采用了電子檢測設(shè)備，但也是主要進(jìn)行局部檢測，不能覆蓋整個倉庫區(qū)域。且當(dāng)檢測位置多、檢測數(shù)據(jù)類型多時，檢測裝置的安裝和與主機(jī)的通信都顯得過于復(fù)雜。這樣，筆者就考慮使用CAN總線技術(shù)，把所有的檢測裝置用一根線連起來，就避免了每一單個檢測裝置都單獨(dú)與主機(jī)相連的繁瑣，降低了成本，同時也充分利用了主機(jī)的資源。而CAN總線技術(shù)也能保證不同類型的數(shù)據(jù)信號在總線上安全的進(jìn)行傳輸。
1 CAN總線簡介
CAN總線能在極端惡劣的環(huán)境下運(yùn)作，具有抗瞬間干擾的能力，其控制器接口有降低射頻干擾的斜率控制；有較強(qiáng)的檢錯能力。CAN節(jié)點(diǎn)可在不要求所有節(jié)點(diǎn)及其應(yīng)用層改變?nèi)魏诬浖蛴布那闆r下被接于CAN網(wǎng)絡(luò)中。由于采用了許多新技術(shù)及獨(dú)特的設(shè)計(jì)，CAN總線與一般的通信總線相比，它的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實(shí)時性和靈活性。其特點(diǎn)如下：
· CAN為多主方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任意一個節(jié)點(diǎn)均可在任意時刻主動地向網(wǎng)絡(luò)上其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，而不分主從，通信方式靈活。
· 在報文標(biāo)識符上，CAN上的節(jié)點(diǎn)分成不同的優(yōu)先級，可滿足不同的實(shí)時要求。
· CAN采用非破壞性總線仲裁技術(shù)。CAN節(jié)點(diǎn)只需通過對報文的標(biāo)識符濾波即可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)、一點(diǎn)對多點(diǎn)及全局廣播等幾種方式傳送接收數(shù)據(jù)。
· 報文采用短幀結(jié)構(gòu)，傳輸時間短，受干擾概率低，保證了數(shù)據(jù)出錯率極低。
· CAN的每幀信息都有CRC校驗(yàn)及其他檢錯措施，具有極好的檢錯效果。
· CAN通信介質(zhì)可為雙絞線、同軸電纜或光纖，可通過標(biāo)準(zhǔn)插接件方便地連接。
· CAN節(jié)點(diǎn)在錯誤嚴(yán)重的情況下，具有自動關(guān)閉總線的功能，切斷它與總線的聯(lián)系，以使總線上其它節(jié)點(diǎn)的操作不受影響。
2 測控系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)
環(huán)境參數(shù)測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)為基于CAN總線的分布式測量控制顯示系統(tǒng)，主要用于倉庫等大型空間內(nèi)的各種環(huán)境參數(shù)的測量、控制與顯示，使環(huán)境參數(shù)達(dá)到物品存儲的要求。
2.1 系統(tǒng)組成
環(huán)境參數(shù)測控系統(tǒng)包括4個主要的子系統(tǒng)，系統(tǒng)框圖如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
(2) 數(shù)據(jù)傳輸通信子系統(tǒng)。由裝在上位機(jī)上的CAN總線通信適配卡、裝在前端調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)上的通信卡和數(shù)據(jù)傳輸通信介質(zhì)組成。
(3) 測量傳感器子系統(tǒng)。由電量傳感器和CCD傳感器組成。
(4) 調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制子系統(tǒng)。由調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、力傳感器和調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)前端機(jī)組成。
2.2 系統(tǒng)工作原理
環(huán)境參數(shù)測控系統(tǒng)利用傳輸信號簡單、通信速率高、實(shí)時性強(qiáng)的CAN總線將一臺上位機(jī)與一臺前端機(jī)和眾多的傳感器連接起來，完成存儲空間內(nèi)的環(huán)境參數(shù)測量，在經(jīng)過主機(jī)處理后，再把控制信號傳給執(zhí)行前端機(jī)，以控制環(huán)境參數(shù)的變化。通信介質(zhì)可采用雙絞線，也可采用75Ω同軸電纜。
電量傳感器和CCD傳感器主要完成環(huán)境中各參數(shù)的測量任務(wù)。它包括CCD攝像機(jī)、信號采集板、A/D傳感器、高速緩存等。調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要完成對環(huán)境參數(shù)的調(diào)節(jié)作用，也就是根據(jù)主機(jī)的信號進(jìn)行相應(yīng)的操作，使各環(huán)境參數(shù)保持在預(yù)先規(guī)定的范圍內(nèi)。它主要由大功率繼電器、傳感器、電流控制裝置、可調(diào)整支架等組成。主機(jī)采用高性能工控機(jī)，具有高抗擾工業(yè)級電源，硬盤及機(jī)箱防磁、防塵。作為測量控制通信中心，主機(jī)主要完成測控系統(tǒng)有關(guān)參數(shù)的設(shè)置、測試通信的分段標(biāo)被測參數(shù)的整理計(jì)算、參數(shù)顯示、打印輸出、數(shù)據(jù)存盤及控制調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)進(jìn)行環(huán)境參數(shù)的調(diào)節(jié)動作。如此機(jī)接入了網(wǎng)絡(luò)，也可實(shí)現(xiàn)與其它計(jì)算機(jī)的聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。
3 測控系統(tǒng)主要分系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.1 數(shù)據(jù)傳輸通信子系統(tǒng)
此系統(tǒng)由裝在主機(jī)中的CAN總線通信卡，裝在調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的通信卡和數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)組成。在本系統(tǒng)中，方案設(shè)計(jì)為PCI-CAN控制通信卡，CAN控制器卡集成兩路電氣隔離的CAN通道，使工控機(jī)方便地連接到CAN總線上，實(shí)現(xiàn)CAN總線協(xié)議的連接通信。CAN控制器卡整體結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。
圖2 CAN控制器卡整體結(jié)構(gòu)框圖
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