基于CAN總線的智能控制器設(shè)計(jì)

2.4 系統(tǒng)數(shù)字信號(hào)輸出電路

針對(duì)此模塊設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)包括4路數(shù)字量輸出，產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)由處理器產(chǎn)生頻率信號(hào)經(jīng)過(guò)主控芯片I/O輸出。對(duì)此本設(shè)計(jì)考慮到兩點(diǎn)：將產(chǎn)生的二進(jìn)制0或1直接輸出到執(zhí)行器前，會(huì)受到外部干擾，此處采用了光電隔離處理，選用了H11A817A作為光電隔離器件，集電極輸出電流為50 mA;再者由于數(shù)字輸出口的驅(qū)動(dòng)能力較低，所以在此選用高耐壓，大電流達(dá)林頓陣列，由7個(gè)硅NPN達(dá)林頓管組成的ULN2003AD，該器件電流增益高，灌電流可達(dá)500mA，工作電壓較大，具有較寬的溫度范圍，所以選取該器件來(lái)提高數(shù)字輸出端口的驅(qū)動(dòng)能力。

該電路的工作原理：對(duì)于第一路數(shù)字量輸出來(lái)說(shuō)，第一種情況若DO0端輸出電壓信號(hào)為低電平時(shí)，則H11A817A的發(fā)光二極管導(dǎo)通發(fā)光，致使光敏三極管端導(dǎo)通，輸出信號(hào)接在光敏三極管集電極，隔離后得到高電平信號(hào)。第二種情況若DO0端輸出高電平。光敏三極管不導(dǎo)通。最終得到低電平信號(hào)。

3 測(cè)試系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

為了使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)需要的功能，還必須有軟件的支持。在此主要用C語(yǔ)言編寫(xiě)單片機(jī)的軟件程序，軟件部分主要完成對(duì)傳感器信號(hào)A/D，D/A轉(zhuǎn)換處理，CAN總線的通信等工作。該控制器實(shí)現(xiàn)是通過(guò)微處理器把信號(hào)調(diào)理電路輸出的信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以便于進(jìn)一步處理、傳輸?shù)?。所有功能都在這個(gè)主循環(huán)里面實(shí)現(xiàn)，只需調(diào)用這個(gè)主循環(huán)以外所定義的功能函數(shù)。根據(jù)不同的值執(zhí)行與之對(duì)應(yīng)的處理程序，A/D，D/A在系統(tǒng)初始化后，啟動(dòng)并不斷轉(zhuǎn)換采樣通道并根據(jù)采樣值不斷更新顯示，當(dāng)有中斷發(fā)生時(shí)執(zhí)行中斷服務(wù)程序。

對(duì)于整個(gè)設(shè)計(jì)框架，主程序尤為重要，系統(tǒng)開(kāi)啟時(shí)，主程序調(diào)用各個(gè)模塊的功能子函數(shù)進(jìn)行初始化，主函數(shù)將各個(gè)子程序連接起來(lái)，處理各個(gè)事件，等到程序運(yùn)行結(jié)束后，再還原系統(tǒng)環(huán)境。本系統(tǒng)的軟件部分主要包括：STM32自帶ADC寄存器設(shè)置，AD轉(zhuǎn)換程序，CAN通訊收發(fā)程序，DA轉(zhuǎn)換程序等?？偭鞒倘鐖D6所示。

4 通訊設(shè)計(jì)

制定iCAN協(xié)議的思路源于為中國(guó)中小型CAN應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)提供一種簡(jiǎn)單、可靠、穩(wěn)定的應(yīng)用層協(xié)議。在充分汲取了DeviceNet協(xié)議和 CANopen協(xié)議之精萃的基礎(chǔ)上，優(yōu)先保障通信數(shù)據(jù)的可靠性與實(shí)時(shí)性，以相對(duì)簡(jiǎn)單的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，從而有效降低了硬件實(shí)現(xiàn)成本，這就是iCAN協(xié)議的巨大優(yōu)勢(shì)。系統(tǒng)iCAN所具備的特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靈活構(gòu)建、低成本，而且由于采用CAN總線還具有良好的可靠性和穩(wěn)定性，同時(shí)iCAN系統(tǒng)具有易于組態(tài)，安裝、運(yùn)行、維護(hù)簡(jiǎn)便的特點(diǎn)。

iCAN協(xié)議規(guī)范中，I/O數(shù)據(jù)單元分為7個(gè)不同的空間，占用0x00—0xdf數(shù)據(jù)空間：數(shù)字量輸入單元DI、數(shù)字量輸出單元DO、模擬量輸入單元 AI、模擬量輸出單元AO、串行接口0單元、串行接口1單元以及保留部分。iCAN協(xié)議中資源節(jié)點(diǎn)占用256字節(jié)空間：對(duì)于任意I/O數(shù)據(jù)需訪問(wèn)指定資源節(jié)點(diǎn)地址，但對(duì)于配置資源中的IO配置單元要通過(guò)資源節(jié)點(diǎn)地址以及子地址的方式訪問(wèn)，如圖7所示說(shuō)明報(bào)文處理流程。

5 結(jié)論

本設(shè)計(jì)的CAN控制器具備運(yùn)行速度快、體積、性能可靠、功耗低等特性，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)輸出以及CAN控制器與上位機(jī)通訊等功能。在模擬量與數(shù)字量的采集基礎(chǔ)上，CAN控制節(jié)點(diǎn)上也有很大余量。本設(shè)計(jì)主要是針對(duì)當(dāng)前工業(yè)控制的需求和現(xiàn)有工業(yè)設(shè)備接口單一、傳輸距離有限、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)化程度較低等多方面的缺點(diǎn)而開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的，設(shè)計(jì)出了這款接口種類多、體積小、可靠性高、易操作的新型CAN智能控制器設(shè)備。達(dá)到預(yù)期效果。采用 STM32F103RC平臺(tái)控制板進(jìn)行軟件模擬測(cè)試，數(shù)據(jù)正常采集輸出。