基于can總線設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)

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1、萬(wàn)方數(shù)據(jù)研究與應(yīng)用化工自動(dòng)化及儀表，20lO，37(6)：79—8lContmlandInstrumentsinChemicalIndustry基于CAN總線設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)黃明，梁旭，岳洋(大連交通大學(xué)．遼寧大連116028)摘要：介紹目前國(guó)內(nèi)較為流行的CAN總線的技術(shù)特點(diǎn)，然后從通信模塊的硬件連接、軟件設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫(kù)三方面對(duì)數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行描述。系統(tǒng)采用Philips公司的PCA82C250、SJAl000作為接口器件，由于應(yīng)用了無(wú)線收發(fā)芯片nR眄E5，使得系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)模塊方便地接入或撤出CAN總線。實(shí)際運(yùn)行表明，該系統(tǒng)能夠滿足數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控的要

2、求，具有良好的工程應(yīng)用價(jià)值。關(guān)鍵詞：CAN-Bus；數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控；nRF9E5中圖分類號(hào)：TP216文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：l000—3932(2010)06刪)79旬3l引言現(xiàn)場(chǎng)總線是一種開放式、數(shù)字化、多點(diǎn)通信的控制局域網(wǎng)絡(luò)，是當(dāng)今自動(dòng)化領(lǐng)域中最具有應(yīng)用前景的技術(shù)之一。CAN總線作為其中的一種，是現(xiàn)場(chǎng)總線中新的應(yīng)用熱點(diǎn)。CAN總線支持分布式控制和實(shí)時(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)，具有通信速率高、開放性好、報(bào)文短、糾錯(cuò)能力強(qiáng)、系統(tǒng)成本低等特點(diǎn)【l’2】。本文講述了單片機(jī)與CAN控制器的接口方法，以及如何利用CAN總線的技術(shù)特點(diǎn)，搭載無(wú)線控制芯片nRF9E5，結(jié)合PC端

3、的軟件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的多點(diǎn)采集與監(jiān)控，以及短距離的元線控制。為實(shí)現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)不同環(huán)境的控制，提供了完善的數(shù)據(jù)分析與監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，方案如圖l所示。當(dāng)蘺蘺也歲也歲2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)通過(guò)cAN總線實(shí)現(xiàn)PC主控機(jī)與各控制節(jié)點(diǎn)的通信連接，PC主控機(jī)負(fù)責(zé)整個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、杳看、保存，PC主控機(jī)對(duì)這些現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理后下達(dá)給指定節(jié)點(diǎn)，命令指定節(jié)點(diǎn)完成規(guī)定操作。各個(gè)控制節(jié)點(diǎn)，除接收主控機(jī)發(fā)來(lái)的命令和數(shù)據(jù)外，也可獨(dú)立工作來(lái)控制現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行器工作，并在需要的控制節(jié)點(diǎn)處安排了人機(jī)交互界面，以方便現(xiàn)場(chǎng)工作人員控制操作設(shè)備工作p—o。另外，系統(tǒng)采用無(wú)線控制芯片nRF9E5通過(guò)串口與

4、CAN節(jié)點(diǎn)相連，可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)達(dá)100一200m的無(wú)線控制。3Rs232-CAN轉(zhuǎn)換模塊硬件設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換模塊通過(guò)cAN總線從各節(jié)點(diǎn)模塊得到數(shù)據(jù)后，會(huì)根據(jù)不同的節(jié)點(diǎn)發(fā)送不同的數(shù)據(jù)幀給Pc機(jī)，PC機(jī)采用VB的Mscomm控件進(jìn)行處理，根據(jù)需要可以向節(jié)點(diǎn)發(fā)送帶有節(jié)點(diǎn)ID號(hào)的指令幀。圖2虛框中為RS232-CAN轉(zhuǎn)換模塊的設(shè)計(jì)框圖。姆堂(：AN杉!制器RS232一f：AN轉(zhuǎn)接膏廳習(xí)?cAN總線圖2Rs232一cAN轉(zhuǎn)換模塊微處理器此處選用的是A偈9S52單片機(jī)，它使用由SJAl000提供的芯片，時(shí)鐘頻率可達(dá)24MHz，具有三個(gè)定時(shí)／計(jì)數(shù)器，足以滿足cAN-Bus在最高速率1Mb

5、ps下的應(yīng)用。SJAl000是Philips公司早期CAN控制器PcA82c200的替代品，它的功能更強(qiáng)，完全兼容了PCA82C200及其工作模式，即BasiccAN模式；具有擴(kuò)展的接收緩沖器，64字節(jié)的FIFO結(jié)構(gòu)；支持CAN2．0B；支持ll位和29位識(shí)別碼；位速收稿日期：20lOJD5一14(修改稿)基金項(xiàng)目：遼寧省計(jì)劃項(xiàng)目“生物柴油生產(chǎn)廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)”資助暴_{鬻萬(wàn)方數(shù)據(jù)·80·化工自動(dòng)化及儀表第37卷率可達(dá)lMbi∥s；支持PeliCAN模式及其擴(kuò)展功能；具有可編程的cAN輸出驅(qū)動(dòng)配置；增強(qiáng)了溫度范圍(一40一+125℃)。SJAl000引腳AD0一

6、AD7和A鴨9S52的L／O腳Po．0一P0．7相接，作為數(shù)據(jù)／地址總線；SJAl000的片選信號(hào)腳／cs由微控制器的P2．7口控制，AT89S52的ALE對(duì)應(yīng)SJAl000的AIJE。由于在該系統(tǒng)中要用到相同的時(shí)鐘頻率，所以我們讓時(shí)鐘信號(hào)引腳CLKOuT和單片機(jī)的XTALl腳相連，達(dá)到頻率一致的目的。sJAl000的TxO、RX0引腳與收發(fā)器82C250的TxD、RxD引腳連接用來(lái)數(shù)據(jù)通信。CAN收發(fā)器采用Philips的P82c250／251，可以在低至5l(bps的傳輸速率下工作，滿足遠(yuǎn)距離傳輸數(shù)據(jù)時(shí)的低速率要求。采用高速光耦來(lái)實(shí)現(xiàn)收發(fā)器與控制器之間的電氣

7、隔離，保護(hù)控制系統(tǒng)電路，以滿足在最高速率lMbps下的電氣響應(yīng)。CAN總線具有諸多優(yōu)點(diǎn)，但仍然是有線布線方式搭建?？紤]到工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境惡劣，有困難或無(wú)法布線的情況，本系統(tǒng)采用挪威NordicVIsI公司無(wú)線單片機(jī)nRF9E5，完全去掉通信設(shè)備之間的物理連接，不僅簡(jiǎn)化了施工難度和系統(tǒng)復(fù)雜度，還可以大大地降低成本。nRF9E5的805l內(nèi)核是增強(qiáng)型的5l單片機(jī)內(nèi)核，內(nèi)帶四路輸入lO位80KspsA／D轉(zhuǎn)換器，載波檢測(cè)防止數(shù)據(jù)碰撞。本系統(tǒng)通過(guò)nRF9E5串口與cAN節(jié)點(diǎn)串口連接，將nR眄E5掛載到CAN總線節(jié)點(diǎn)上，采用內(nèi)置的NordicVLSIshockBu瑪t技術(shù)實(shí)

8、現(xiàn)與遠(yuǎn)處的nRF9E5節(jié)