基于CAN總線的雙容水箱控制系統(tǒng)

　　3 系統(tǒng)的硬件設計

　　由系統(tǒng)總體結構圖(圖1)可見，系統(tǒng)硬件主要包括3個CAN智能站:CAN通信適配器(#3 CAN智能站)、智能傳感器節(jié)點(#1 CAN智能站)和智能執(zhí)行器節(jié)點(#2 CAN智能站)。各個智能站的設計相似，下面以智能傳感器節(jié)點為例進行介紹。其硬件結構圖如圖2所示。

圖2 智能傳感器節(jié)點的硬件結構圖

　　這里要重點介紹的是CAN通信電路。這部分電路主要由CAN的協(xié)議芯片SJA1000、CAN的收發(fā)芯片82C250和光電隔離電路構成。

　　(1) CAN控制器

　　CAN控制器是CAN通信的核心芯片，主要功能是實現(xiàn)CAN總線協(xié)議和與微處理器接口。本文的CAN控制器采用PHILIPS的SJA1000，它是一個獨立的CAN控制器，支持CAN2.0B協(xié)議，可以實現(xiàn)CAN總線物理層和數據鏈路層的所有功能。SJA1000有兩種工作模式可以選擇，BasicCAN 模式和PeliCAN模式。本次設計中采用PeliCAN模式，它在BasicCAN 模式的基礎有如下的擴展:可讀/寫訪問的錯誤計數器，可編程的錯誤報警限制，最近一次錯誤代碼寄存器，對每一個CAN 總線錯誤的中斷，支持熱插拔，具有只聽模式，可單次發(fā)送等。這些增加的功能對系統(tǒng)優(yōu)化和錯誤診斷非常重要。

　　(2) CAN收發(fā)器

　　CAN收發(fā)器采用PCA82C250，它是CAN控制器和物理總線的接口，可以提高總線驅動干擾能力，增加通信抗干擾能力，并可保護SJA1000免遭破壞。它可以支持多達110個節(jié)點，并能在1Mbps的傳輸速率下工作于惡劣的工作條件下。82C250提供對總線的差動發(fā)送能力和對CAN控制器的差動接收能力，其差分接收器共模抑制比寬，抗電磁干擾能力強。它內部有總線保護電路和限流電路，并具有低電流待機工作方式和降低射頻干擾的斜率控制。

　　(3) 光電耦合器

　　光電耦合器是為了將網絡和系統(tǒng)內部隔離起來，以提高其抗干擾性能。

　　CAN通信部分的硬件電路圖如圖3所示。

圖3CAN通信電路原理圖

　　4 系統(tǒng)的軟件設計

　　基于CAN總線的測控系統(tǒng)的軟件分為下位機部分和上位機部分，下位機軟件完成采集、控制、數據傳輸等功能，采用模塊化設計方法，主要包括以下幾個模塊:通用CAN通信模塊、控制算法模塊、RS232通信模塊、數據采集和輸出模塊、自檢和故障處理模塊。上位機軟件主要是完成監(jiān)控畫面的組態(tài)和與適配卡的通信。

　　軟件的編寫根據不同的情況采用不同的語言。單片機部分采用C51語言編寫，使用Keil C51集成開發(fā)環(huán)境。組態(tài)軟件采用"組態(tài)王6.5"，它是目前比較流行的一種用于建立工控對象人機接口的智能軟件包，支持Microsoft Windows95/98/NT中文操作系統(tǒng)，可以很方便的開發(fā)出功能完善、界面友好的組態(tài)軟件。上位機的通信和調度軟件采用高級語言Visual Basic 6.0編寫，它支持面向對象的程序設計，有豐富的控件資源，可以大量節(jié)約開發(fā)的時間。

　　下面詳細介紹CAN通信模塊和上位機通信程序的設計。

　　4.1 通用CAN通信模塊的設計

　　通用CAN通信模塊的功能是完成CAN控制器的初始化設置;控制各節(jié)點之間的數據交換;檢測各個節(jié)點和總線的狀態(tài);進行故障處理。其程序流程圖如圖4所示。