基于CAN總線多視覺傳感器測控系統(tǒng)的設(shè)計

4多視覺傳感器的控制設(shè)計

視覺傳感器的控制電路主要包括視頻切換、電源供給和CAN通訊接口三個部分。每個傳感器里有兩個CCD相機，即能同時采集兩路視頻輸入，但任一時刻傳感器只能輸出一路視頻信號，這里采用MAXIM公司的視頻復用放大器max4313和max4315進行多路視頻信號的切換傳輸，傳感器內(nèi)部用單片機控制max4313進行二選一視頻切換，系統(tǒng)中多個傳感器之間通過多個八選一視頻切換芯片max4315的級連來實現(xiàn)多視覺傳感器的切換選擇。多路視頻切換開關(guān)電路能很好實現(xiàn)這一功能，P89C668單片機的P2口的三跟地址線控制max4315的三個地址端決定切換哪一路通道的視頻信號。max4313 和max4315是低功耗高速多路視頻復用放大器，具有通道切換速度快（40ns）、切換瞬變低（10mVp-p）、差分增益誤差低（0.06％）、相位誤差小（0.02度）等良好的視頻特性，工作在＋4～＋10.5V的單電源（雙電源正負2V～正負5.25V），本例中工作在正負5V的雙電源下，為了減少干擾與傳感器內(nèi)部空間安裝方便，電源電路與控制電路分開制作，分別放在投射器二邊。由于視頻信號頻率較高，頻帶較寬，因此當兩路視頻信號相距較近要注意干擾問題，時，容易產(chǎn)生串擾，為了盡量減小串擾，電路設(shè)計時應(yīng)注意以下幾點：要把數(shù)字模塊與視頻切換模塊在一個板子上分成二個區(qū)域，以及盡可能減少視頻引線的長度并注意使用75歐姆匹配電阻，視頻引線要使用帶屏蔽層的視頻同軸電纜（75歐姆阻抗）。

5CAN總線通訊

CAN總線是一個多主站現(xiàn)場總線，各節(jié)點都有權(quán)向其他節(jié)點發(fā)送信息，其協(xié)議簡單，實時性強，可靠性及抗干擾能力好，總線利用率高，硬件成本低。主要特點如下：

1）CAN總線的任一節(jié)點在任一時刻都主動向網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)而不分主從，通過優(yōu)先級確定總線為哪一節(jié)點所占用，通信靈活。
2）CAN總線上的節(jié)點可通過設(shè)置分為不同的優(yōu)先級，用來滿足不同的實時性要求。
3）CAN總線采用非破壞性總線仲裁，當多個節(jié)點同時向總線發(fā)送數(shù)據(jù)時，優(yōu)先級低的節(jié)點主動停止發(fā)送數(shù)據(jù)，退出競爭，而優(yōu)先級高的節(jié)點將擁有總線使用權(quán)，繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)。
4）CAN總線具有點對點，一點對多點及全局廣播等多種數(shù)據(jù)通訊傳送方式。
5）節(jié)點間通訊位速率與節(jié)點間距離有關(guān)，總線最遠通訊距離為10km，此時通訊速率為5kbps，最大通訊速率能達到1Mbps（通訊距離40m內(nèi)）。
6）可根據(jù)報文的ID決定接收或屏蔽該報文，發(fā)送的報文遭到破壞后可自動重發(fā)。
7）可靠的錯誤處理和檢錯機制，節(jié)點在錯誤嚴重的情況下具有自動退出總線的功能。
8）報文不包含源地址和目標地址，僅用報文標志符來來指示功能信息和優(yōu)先級信息。

5.1CAN節(jié)點硬件接口

CAN總線接口硬件部分主要由微控制器、CAN控制器和CAN收發(fā)器構(gòu)成。CAN控制器實現(xiàn)了CAN通訊中物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的功能，提供了與微控制器和總線的物理線路接口，這樣用戶只需編寫符合自己通訊和控制要求的應(yīng)用層協(xié)議即可。本系統(tǒng)中微控制器使用Philips公司的8位增強型單片機 P89C668，CAN控制器和總線驅(qū)動器用的分別是Philips公司的SJA1000、PCA82C250來構(gòu)成典型的CAN通訊節(jié)點。
電路的核心部分是P89C668單片機，它以80C51為內(nèi)核，具有ISP（在系統(tǒng)編程）和IAP（在應(yīng)用編程）功能的片內(nèi)Flash存儲器，片內(nèi)BootROM包含底層FLASH編程子程序，以實現(xiàn)通過串行口下載升級程序，擁有8K字節(jié)RAM（可外擴到64K）和64K字節(jié)FLASH，還有 4個中斷優(yōu)先級、8個中斷源和4個8位I/O口，可方便地進行各種片內(nèi)操作和片外擴展。CAN控制器相對于微控制器來說相當于一個存儲器I/O映象設(shè)備，SJA1000片內(nèi)有模式寄存器、狀態(tài)寄存器、命令寄存器、中斷寄存器和收、發(fā)寄存器等。單片機就是通過讀寫這些寄存器來實現(xiàn)對SJA1000的控制，芯片的TX0、TX1、RX0、RX1引腳用于CAN總線的接口，SJA1000的12M晶振由P89C668的外部晶振產(chǎn)生電路同時提供；PCA82C250是控制器與物理總線的接口，可提供對總線的差動發(fā)送和接收功能，其TXD、RXD引腳分別接收和發(fā)送經(jīng)驅(qū)動后的信號，再由 CANH、CANL接至總線傳輸介質(zhì)（這里采用雙絞線）上，同時還要注意CANH、CANL之間要加上120歐姆的終端匹配電阻才能保證總線的正常通訊。

5.2CAN節(jié)點的軟件設(shè)計

CAN總線智能節(jié)點的軟件設(shè)計主要包括三個部分：CAN節(jié)點初始化、報文發(fā)送和報文接收。CAN節(jié)點的通訊實質(zhì)上就是對CAN控制器內(nèi)部各寄存器進行讀寫，由于這些寄存器或發(fā)送、接收緩沖器均有確定的地址，CPU可通過外設(shè)訪問指令對它們進行讀寫操作。系統(tǒng)上電復位后，CPU對SJA1000的各個控制寄存器寫入相應(yīng)控制字信息，以完成CAN控制器的初始化。本例中，系統(tǒng)軟件采用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法，程序具有較好的模塊性和可移植性，對于不同的檢測系統(tǒng)和應(yīng)用環(huán)境，可以方便地進行程序重組。編程語言采用單片機C語言KeilC51，它具有較高的效率，可讀性好，能夠有效減輕系統(tǒng)軟件編程的工作量。