基于雙層CAN總線的聲納數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)設(shè)計
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2．2 電源監(jiān)測與隔離電路
電源是通信系統(tǒng)的能量保證，電源電路的可靠性和穩(wěn)定性對系統(tǒng)能否正常工作起著至關(guān)重要的作用。為最大限度減小噪聲和干擾，光耦部分采用的兩個電源VCC與VDD必須完全隔離，否則采用光耦也就失去了意義。
系統(tǒng)采用ICL7665對5 V電源進行監(jiān)測，當電源電壓在4．8～5．2 V之間時，OUT1和OUT2均輸出高電平；當電源電壓高于5．2 V時，OUT1輸出低電平，OUT2輸出高電平；當電源電壓低于4．8 V時，OUT1輸出高電平，OUT2輸出低電平。ICL7665的輸出信號通過光電耦合器TLP281接入PIC18F4580的I／O口，實現(xiàn)對電源電壓的監(jiān)控，使電源電壓誤差4％。TLP281通過電光和光電傳遞信號，在電氣上隔離信號的發(fā)送端和接收端。這種隔離作用能有效抑制噪聲，消除接地回路的干擾。電源監(jiān)測與隔離電路原理圖如圖4所示。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/156678.htm
2．3 軟件設(shè)計
通信程序主要包括節(jié)點初始化程序、數(shù)據(jù)發(fā)送程序、數(shù)據(jù)接收程序以及CAN總線出錯處理程序等。為便于移植和資源共享，系統(tǒng)軟件設(shè)計采用C語言實現(xiàn)，軟件遵循模塊化設(shè)計思想，采用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方案，使其具有良好的擴展性。
在CAN通信過程中，初始化包括設(shè)置SPI接口的數(shù)據(jù)傳輸速率、CAN通信的波特率、MCP2510的接收過濾器和屏蔽器以及發(fā)送和接收中斷允許標志位等。內(nèi)部和外部CAN控制器在接收數(shù)據(jù)時采用中斷方式，發(fā)送數(shù)據(jù)時采用查詢方式。與內(nèi)部CAN控制器不同的是，讀、寫MCP2510的發(fā)送和接收緩沖器必須通過SPI接口協(xié)議的讀寫命令來實現(xiàn)。寫指令首先被發(fā)送到MCP2510的SI引腳，并在SCK的上升沿鎖存每個數(shù)據(jù)位，然后發(fā)送地址和數(shù)據(jù)。指令執(zhí)行完畢后，數(shù)據(jù)被寫進指定的地址單元中，再通過SPI接口協(xié)議的寫命令來設(shè)置發(fā)送位以啟動發(fā)送。讀操作時，首先將讀指令和地址發(fā)送到MCP2510的SI引腳，并在SCK的上升沿鎖存每個數(shù)據(jù)位。同時把存貯在這個地址單元中的數(shù)據(jù)在SCK的下降沿輸出到SO引腳。當執(zhí)行讀寫操作時，CS引腳應(yīng)始終保持在低電平。外部擴展CAN總線軟件設(shè)計的流程圖，如圖5所示。
3 系統(tǒng)測試
CAN總線協(xié)議有很好的錯誤校驗措施，當硬件檢測到數(shù)據(jù)在傳送過程中發(fā)生錯誤時，會自動重新發(fā)送數(shù)據(jù)，當某一節(jié)點的錯誤嚴重時，總線會自動關(guān)閉該節(jié)點，且不影響其他節(jié)點的數(shù)據(jù)傳送。
為了驗證系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集及通信可靠性，分別對CAN總線上位機與各中間控制器節(jié)點、中間控制器與各采集單元節(jié)點進行實時仿真測試。仿真通信介質(zhì)采用100 m長屏蔽電纜，采用多種數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)，選用總線速率為20 kB／s，傳送數(shù)據(jù)域長度為8 bit的數(shù)據(jù)幀。分別進行上位機與節(jié)點的單幀和多幀通信。從主控狀態(tài)顯示情況來看，無數(shù)據(jù)傳送出錯和數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象，性能穩(wěn)定，驗證系統(tǒng)具有一定的可靠性。
4 結(jié)束語
本文結(jié)合CAN總線在航海領(lǐng)域的應(yīng)用狀況，在研究CAN總線技術(shù)和PIC單片機功能的基礎(chǔ)上，設(shè)計了一種基于雙層CAN總線的聲納數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。本系統(tǒng)通過結(jié)合PIC18F4580內(nèi)置CAN控制器及外擴展CAN控制器的方式，以具有雙CAN總線接口的單片機中間控制器為核心，采用分級、分區(qū)域組合的思想實現(xiàn)兩級、多區(qū)域數(shù)據(jù)信息的采集。系統(tǒng)充分融合了CAN總線傳輸距離遠，傳輸速率高，抗干擾能力強的特點，通過實驗檢測，文中所提出的設(shè)計方案可行，完全滿足聲納數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)高穩(wěn)定性、高可靠性的要求。系統(tǒng)不僅適用于船舶聲納數(shù)據(jù)的采集，而且可對CAN總線在航空領(lǐng)域的應(yīng)用提供參考。
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