采棉機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)CAN應(yīng)用層協(xié)議設(shè)計(jì)

2.3 舉例

各類CAN模塊節(jié)點(diǎn)與監(jiān)控器的通信和棉花流量傳感器與監(jiān)控器的通信略有不同，舉例說明如下：

(1)流量傳感器與監(jiān)控器的通信：為了均勻地測(cè)量棉花流量，每只傳感器上置有5組近紅外發(fā)送和接收檢測(cè)單元，每組檢測(cè)單元產(chǎn)生一束16位的流量數(shù)據(jù)，經(jīng)監(jiān)控器計(jì)算處理后得到通過該傳感器的平均流量。以傳感器DO節(jié)點(diǎn)為例，解釋說明各位含義。表2所示的6個(gè)數(shù)據(jù)幀為傳感器(節(jié)點(diǎn)地址為DO)正常工作時(shí)向監(jiān)控器(節(jié)點(diǎn)地址為F5)發(fā)送的數(shù)據(jù)幀。此時(shí)源地址為DO，目標(biāo)地址為F5，其優(yōu)先級(jí)為00110，幀類型為01(點(diǎn)對(duì)點(diǎn)式)，因此幀ID為Ox0601 F5DO。該表示方法采用右對(duì)齊模式，可以清晰地分辨是源節(jié)點(diǎn)DO向目標(biāo)節(jié)點(diǎn)F5發(fā)送數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)幀l、2、3為一組，代表傳送的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流量；數(shù)據(jù)幀4、5、6幀為一組，代表傳送的實(shí)時(shí)基準(zhǔn)調(diào)定數(shù)值。數(shù)據(jù)幀1數(shù)據(jù)值固定，用于表示后續(xù)兩幀為流量數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)幀2的第3位和第4位數(shù)據(jù)(表中下劃線部分)分別表示一組檢測(cè)單元的低和高位數(shù)值，通過CAN總線傳送給監(jiān)控器，然后轉(zhuǎn)換為|J進(jìn)制數(shù)字顯示。同理，數(shù)據(jù)幀2的第5位和第6忙數(shù)據(jù)分別表示另一組檢測(cè)單元的低和高位數(shù)值；以此類推，數(shù)據(jù)幀2的第7、8位，數(shù)據(jù)幀3的第2、3位，第4、5位分別為另外4個(gè)檢測(cè)譯元的流量數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)幀4、5、6同上類似，只是其代表傳感器實(shí)時(shí)調(diào)定數(shù)值，不再贅述。

(2)其他CAN模塊與監(jiān)控器的通信：以監(jiān)控器向自動(dòng)對(duì)行模塊A0發(fā)送命令為例，源節(jié)點(diǎn)地址為F5，目標(biāo)節(jié)點(diǎn)地址為A0，優(yōu)先級(jí)為00011，幀類型為00(廣播式)，故幀ID為Ox0300AOF5。為了使廣播信息能被AO模塊唯一接收，必須通過特殊功能寄存器設(shè)置屏蔽碼。因?yàn)镃AN控制器采用左對(duì)齊方式，所以設(shè)置CANIDTl為Oxl8，CANIDT2為0x05，CANIDT3為0x07，CANIDT4為0xA8。這樣，A0模塊就僅能接收ID為0x0300AOF5的廣播數(shù)據(jù)幀。同理，當(dāng)A0模塊向監(jiān)控器發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)．源地址為A0，目標(biāo)地址為F5，優(yōu)先級(jí)為00011，故幀ID為0x0300F5A0。監(jiān)控器可以接收來自任何CAN節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，鑒別出該幀ID，并對(duì)相應(yīng)數(shù)據(jù)幀進(jìn)行操作。

3 試驗(yàn)

將圖l所示的各子系統(tǒng)采用Atmel公司的AT89C51系列單片機(jī)分別設(shè)計(jì)成基于CAN總線的電路模塊，然后通過CAN總線實(shí)現(xiàn)中央控制器與各電路模塊的信息通信。試驗(yàn)結(jié)果表明：基于該CAN應(yīng)用層協(xié)議的采棉機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)可以在250kb／s速率下實(shí)現(xiàn)各模塊之間以及各模塊與中央控制器之間的實(shí)時(shí)無誤通信。

監(jiān)控器軟件設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)管理基于美國NI公司的虛擬儀器技術(shù)。監(jiān)控器基本上接收來自總線環(huán)上所有CAN節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，因此必須進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)管理，否則將導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。本系統(tǒng)采用生產(chǎn)者／消費(fèi)者模式對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)施有效管理。圖2所示的生產(chǎn)者循環(huán)，通過調(diào)用庫函數(shù)采集CAN節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，當(dāng)接收函數(shù)返回值為1時(shí)，說明收到CAN數(shù)據(jù)，隨即把該數(shù)據(jù)裝進(jìn)隊(duì)列，然后由消費(fèi)者循環(huán)進(jìn)行處理。圖3所示的消費(fèi)者循環(huán)，將生產(chǎn)者循環(huán)采集到的數(shù)據(jù)簇取出，再將該數(shù)據(jù)簇按名稱解除捆綁，提取29位幀ID和8字節(jié)的數(shù)據(jù)幀。

將上述經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證的各CAN模塊就近分布于采棉機(jī)上各數(shù)據(jù)采集端，信息顯示觸摸屏置于采棉機(jī)駕駛室內(nèi)，組成一整套采棉機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)，并于2011年9月中旬在新疆農(nóng)八師136兵團(tuán)棉田內(nèi)進(jìn)行了工程實(shí)踐。以5 km／h的速度，收獲成熟棉花約6．67 hm2。結(jié)果表明：①自動(dòng)對(duì)行子系統(tǒng)可以在無人駕駛的情況下，根據(jù)棉壟與傳感器的位置關(guān)系，實(shí)現(xiàn)糾偏自調(diào)整。②棉花測(cè)產(chǎn)子系統(tǒng)、參數(shù)采集子系統(tǒng)和狀態(tài)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)可分別采集到棉花產(chǎn)量、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速以及各開關(guān)量狀態(tài)等信息，并實(shí)時(shí)不失碼地傳輸給中央控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理(棉花測(cè)產(chǎn)子系統(tǒng)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3所示，顯示值為儀表顯示得到，實(shí)測(cè)值為棉花稱量值)。③巡航速度自調(diào)節(jié)子系統(tǒng)可以根據(jù)棉花在線產(chǎn)量以及模糊規(guī)則實(shí)時(shí)調(diào)整車輛行走速度至最佳作業(yè)速度，提高工作效率。因此，基于該CAN應(yīng)用層協(xié)議設(shè)計(jì)的大型六行采棉機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)是行之有效的。

4 結(jié)束語

基于CAN總線的采棉機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)理念，可靠性高，維護(hù)便利。其應(yīng)用層協(xié)議制定靈活方便，簡潔清晰，擴(kuò)展幀和數(shù)據(jù)幀的定義符合智能采棉機(jī)數(shù)據(jù)通信的實(shí)際狀況。通信協(xié)議已在4MZ一6A型六行采棉機(jī)試驗(yàn)樣機(jī)中得到成功應(yīng)剛，實(shí)踐證明：按此規(guī)則定義的應(yīng)用層協(xié)}義不僅能滿足采棉機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)際需要，而且具有極強(qiáng)的移植性、擴(kuò)展性、通用性，可推廣至其他大型農(nóng)業(yè)機(jī)械或者工程機(jī)械的智能監(jiān)控系統(tǒng)中。