基于CAN 總線的信息采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

      摘要：為解決某型衛(wèi)星信息采集系統(tǒng)中陀螺組合數(shù)據(jù)等的實(shí)時(shí)通訊問(wèn)題，提出了利用CAN 總線實(shí)現(xiàn)整個(gè)信息采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)。與一般信息采集系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)下位機(jī)采用TMS320F2812 型DSP，利用其eCAN 模塊作為數(shù)據(jù)發(fā)送模塊，上位機(jī)采用工控機(jī)，其中ADLINK PCI/cPCI-7841 CAN 總線接口卡作為數(shù)據(jù)接收模塊，并在工控機(jī)中實(shí)時(shí)處理接收到的數(shù)據(jù)，更可靠地完成了信息采集及實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)信息采集實(shí)時(shí)性強(qiáng)、準(zhǔn)確穩(wěn)定。

　　CAN（Controller Area Network）即控制器局域網(wǎng)，主要用于各種設(shè)備檢測(cè)及控制的一種現(xiàn)場(chǎng)總線。20 世紀(jì)80 年代初，德國(guó)BOSCH 公司為解決現(xiàn)代汽車中眾多的控制與測(cè)試儀器之間的數(shù)據(jù)交換， 開(kāi)發(fā)了一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議，即CAN 總線。

　　CAN 總線是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)， 它為分布式控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各節(jié)點(diǎn)之間實(shí)時(shí)、可靠的數(shù)據(jù)通信提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。CAN 屬于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線的范疇， 與一般的通信總線相比，CAN 總線的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性，通信速率可達(dá)1 Mb/s。

　　目前，CAN 總線不僅應(yīng)用于汽車領(lǐng)域，而且應(yīng)用于自動(dòng)控制、航空航天、機(jī)械工業(yè)、農(nóng)用機(jī)械、機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、醫(yī)療器械及傳感器等領(lǐng)域。

　　由于CAN 被越來(lái)越多不同領(lǐng)域采用和推廣， 導(dǎo)致要求各種應(yīng)用領(lǐng)域通信報(bào)文的標(biāo)準(zhǔn)化。為此，1991 年9 月PHILIPSSEMICONDUCTORS 制定并發(fā)布了CAN 技術(shù)規(guī)范（VERSION2.0）。該技術(shù)規(guī)范包括A 和B 兩部分。2.0A 給出在CAN 技術(shù)規(guī)范1.2 中定義的CAN 報(bào)文格式，能提供11 位地址；而2.0B給出了標(biāo)準(zhǔn)的和擴(kuò)展的2 種報(bào)文格式，能提供29位地址。此后，1993 年11 月ISO 正式頒布了道路交通運(yùn)載工具———數(shù)字信息交換———高速通信控制器局部網(wǎng)（CAN）國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（ISO11898），為控制器局部網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化推廣鋪平了道路。

　　根據(jù)某型衛(wèi)星信息采集系統(tǒng)的導(dǎo)航數(shù)據(jù)的通信需求，且為保證信息采集的實(shí)時(shí)可靠， 文中應(yīng)用CAN 總線完成整個(gè)信息采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

　　1 信息采集系統(tǒng)設(shè)計(jì):

　　由于衛(wèi)星的運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，采集的陀螺組合數(shù)據(jù)等會(huì)有相應(yīng)的誤差，因此需要對(duì)導(dǎo)航數(shù)據(jù)的采集進(jìn)行遙測(cè)，對(duì)導(dǎo)航計(jì)算機(jī)的總線狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。本系統(tǒng)根據(jù)某型衛(wèi)星的通信需要，利用CAN 總線完成整個(gè)信息采集及實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。信息采集系統(tǒng)的框圖如圖1 所示。

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　　1.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì):

　　由于TI 公司的TMS320F2812 型DSP 在軍事上已有應(yīng)用， 且根據(jù)各種性能的比較， 本系統(tǒng)采用TMS320F2812 型DSP 作為導(dǎo)航計(jì)算機(jī)，進(jìn)行下位機(jī)的數(shù)據(jù)發(fā)送，其中eCAN 模塊是TMS320F2812 DSP 片上的增強(qiáng)型CAN 控制器， 其性能較之已有的DSP 內(nèi)嵌CAN 控制器有較大的提高， 數(shù)據(jù)傳輸更加靈活方便，數(shù)據(jù)量更大，可靠性更高，功能更加完備。

　　上位機(jī)采用工控機(jī)， 其中由ADLINK 的PCI/cPCI-7841CAN 總線接口卡進(jìn)行數(shù)據(jù)接收。該卡可同時(shí)操作兩個(gè)獨(dú)立的CAN 網(wǎng)絡(luò)，可編程傳輸速率可高達(dá)1 Mb/s，通過(guò)直接內(nèi)存映射能夠快速訪問(wèn)CAN 控制器，PCI 總線即插即用， 其總線控制器為SJA1000，電氣接口為82C250。

　　信息采集系統(tǒng)的信息通信利用CAN 總線完成， 其CAN總線接口電路如圖2 所示， 其中獨(dú)特之處是在收發(fā)器PCA82C250 的輸出引腳CANH 和CANL 之間并聯(lián)一個(gè)終端電阻R 為120 Ω，解決了遠(yuǎn)近端阻抗不匹配的影響。

　　如圖1 所示，由TMS320F2812 DSP 的eCAN 模塊發(fā)送陀螺組合數(shù)據(jù)及溫度值等， 上位機(jī)的PCI/cPCI-7841 型CAN 總線接口卡進(jìn)行數(shù)據(jù)接收，從而完成整個(gè)信息采集及監(jiān)測(cè)過(guò)程。

　　1.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì):

　　系統(tǒng)軟件主要完成基于CAN 總線的數(shù)據(jù)通信， 并在接收數(shù)據(jù)之后按要求對(duì)采集的導(dǎo)航數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)換成實(shí)際所需數(shù)據(jù)類型，對(duì)陀螺組合的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

　　本系統(tǒng)CAN 總線通信報(bào)文格式采用CAN2.0B 擴(kuò)展模式，通信數(shù)據(jù)格式主要是對(duì)CAN 總線協(xié)議中的（仲裁場(chǎng)ArbitrationField）和（數(shù)據(jù)場(chǎng)Data Field）進(jìn)行定義，要求數(shù)據(jù)傳輸速率為500 Kb/s。協(xié)議幀格式如圖3 所示。

　　系統(tǒng)的接收軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖4 所示。

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　　在使用CAN 接口卡之前首先要對(duì)卡進(jìn)行波特率、傳輸報(bào)文格式等參數(shù)的初始化。

　　1） 初始化CAN 總線的傳輸報(bào)文格式為提供29 位地址的CAN2.0B 擴(kuò)展模式；2） 初始化CAN 總線的波特率為500 Kb/s。

　　利用PCI/cPCI -7841CAN 接口卡的CanOpen-Driver （） 函數(shù)打開(kāi)CAN 端口， 用CanConfigPort （） 函數(shù)進(jìn)行初始化，用CanSendMsg（）函數(shù)發(fā)送數(shù)據(jù)包，用Can-RcvMsg（）函數(shù)接收數(shù)據(jù)包，用CanCloseDriver （） 函數(shù)關(guān)閉端口[3]。創(chuàng)建接收線程，接收數(shù)據(jù)之后按要求對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。應(yīng)用MFC 制作通信界面。注意，線程函數(shù)只能是靜態(tài)成員函數(shù)，或者是在類外面聲明的一個(gè)函數(shù)。

　　初始化程序如下：

　　PORT_STRUCT setPort;long handle[2];HANDLE rcvEvent0;HANDLE rcvEvent1;setPort.mode = 1; // 0 : 11-bit ; 1 : 29-bit CAN networksetPort.accCode = 0; // Only ID = accCode can pass thefiltersetPort.accMask = 0x7FF; // Don't care bitsetPort.baudrate = 2; // 0：125 Kb/s; 1：250 Kb/s; 2：500 Kb/s;3：1 Mb/s//open porthandle[0] = CanOpenDriver（0, 0）;handle[1] = CanOpenDriver（0, 1）;CanConfigPort（handle[0], &setPort）;CanConfigPort（handle[1], &setPort）;//get the receive event handleCanGetReceiveEvent（handle[0], &rcvEvent0）;CanGetReceiveEvent（handle[1], &rcvEvent1）;系統(tǒng)軟件界面如圖5 所示。

　　2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果:

　　經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該信息采集系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)通信后不變，確保了信息采集的可靠、準(zhǔn)確。

　　3 結(jié)束語(yǔ):

　　由于基于CAN 總線的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性，同時(shí)由于TMS320F2812 DSP 的eCAN 模塊使數(shù)據(jù)傳輸更加靈活方便，數(shù)據(jù)量更大，可靠性更高，功能更加完備，用該DSP 進(jìn)行下位機(jī)的數(shù)據(jù)發(fā)送，PCI/cPCI CAN 接口卡進(jìn)行數(shù)據(jù)接收，從而完成信息采集，并對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)處理，對(duì)陀螺組合的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，這對(duì)衛(wèi)星等的導(dǎo)航有著重要意義。