《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于CAN總線的信息采集系統(tǒng)設(shè)計
電子設(shè)計工程
王成卉,曾連蓀 上海海事大學
摘要: 為解決某型衛(wèi)星信息采集系統(tǒng)中陀螺組合數(shù)據(jù)等的實時通訊問題,提出了利用CAN總線實現(xiàn)整個信息采集系統(tǒng)設(shè)計。與一般信息采集系統(tǒng)相比,該系統(tǒng)下位機采用TMS320F2812型DSP,利用其eCAN模塊作為數(shù)據(jù)發(fā)送模塊,上位機采用工控機,其中ADLINK PCI/cPCI-7841 CAN總線接口卡作為數(shù)據(jù)接收模塊,并在工控機中實時處理接收到的數(shù)據(jù),更可靠地完成了信息采集及實時監(jiān)測。實驗結(jié)果表明,該系統(tǒng)信息采集實時性強、準確穩(wěn)定。
Abstract:
Key words :


摘要:為解決某型衛(wèi)星信息采集系統(tǒng)中陀螺組合數(shù)據(jù)等的實時通訊問題,提出了利用CAN總線實現(xiàn)整個信息采集系統(tǒng)設(shè)計。與一般信息采集系統(tǒng)相比,該系統(tǒng)下位機采用TMS320F2812型DSP,利用其eCAN模塊作為數(shù)據(jù)發(fā)送模塊,上位機采用工控機,其中ADLINK PCI/cPCI-7841 CAN總線接口卡作為數(shù)據(jù)接收模塊,并在工控機中實時處理接收到的數(shù)據(jù),更可靠地完成了信息采集及實時監(jiān)測。實驗結(jié)果表明,該系統(tǒng)信息采集實時性強、準確穩(wěn)定。
關(guān)鍵詞:CAN總線;PCI/cPCI7841;TMS320F2812 DSP;信息采集;監(jiān)測

   
CAN(Controller Area Network)即控制器局域網(wǎng),主要用于各種設(shè)備檢測及控制的一種現(xiàn)場總線。20世紀80年代初,德國BOSCH公司為解決現(xiàn)代汽車中眾多的控制與測試儀器之間的數(shù)據(jù)交換,開發(fā)了一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議,即CAN總線。
    CAN總線是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r控制的串行通信網(wǎng)絡(luò),它為分布式控制系統(tǒng)實現(xiàn)各節(jié)點之間實時、可靠的數(shù)據(jù)通信提供了強有力的技術(shù)支持。CAN屬 于工業(yè)現(xiàn)場總線的范疇,與一般的通信總線相比,CAN總線的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實時性和靈活性,通信速率可達1 Mb/s。目前,CAN總線不僅應(yīng)用于汽車領(lǐng)域,而且應(yīng)用于自動控制、航空航天、機械工業(yè)、農(nóng)用機械、機器人、數(shù)控機床、醫(yī)療器械
及傳感器等領(lǐng)域。
    由于CAN被越來越多不同領(lǐng)域采用和推廣,導致要求各種應(yīng)用領(lǐng)域通信報文的標準化。為此,1991年9月PHILIPSSEMICONDUCTORS制定 并發(fā)布了CAN技術(shù)規(guī)范(VERSION 2.0)。該技術(shù)規(guī)范包括A和B兩部分。2.0A給出在CAN技術(shù)規(guī)范1.2中定義的CAN報文格式,能提供ll位地址:而2.0B給出了標準的和擴展的 2種報文格式,能提供29位地址。此后,1993年11月ISO正式頒布了道路交通運載工具——數(shù)字信息交換——高速通信控制器局部網(wǎng)(CAN)國際標準 (ISO11898),為控制器局部網(wǎng)標準化、規(guī)范化推廣鋪平了道路。
    根據(jù)某型衛(wèi)星信息采集系統(tǒng)的導航數(shù)據(jù)的通信需求,且為保證信息采集的實時可靠,文中應(yīng)用CAN總線完成整個信息采集系統(tǒng)設(shè)計。

1 信息采集系統(tǒng)設(shè)計
    由于衛(wèi)星的運行環(huán)境復(fù)雜,采集的陀螺組合數(shù)據(jù)等會有相應(yīng)的誤差,因此需要對導航數(shù)據(jù)的采集進行遙測,對導航計算機的總線狀態(tài)進行監(jiān)測。本系統(tǒng)根據(jù)某型衛(wèi)星的通信需要,利用CAN總線完成整個信息采集及實時監(jiān)測。信息采集系統(tǒng)的框圖如圖l所示。

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1.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計
    由于11公司的TMS320F2812型DSP在軍事上已有應(yīng)用,且根據(jù)各種性能的比較,本系統(tǒng)采用TMS320F2812型DSP作為導航計算機,進行下位機的數(shù)據(jù)發(fā)送,其中eCAN模塊是TMS320F2812 DSP片上的增強型CAN控制器,其性能較之已有的DSP內(nèi)嵌CAN控制器有較大的提高,數(shù)據(jù)傳輸更加靈活方便,數(shù)據(jù)量更大,可靠性更高,功能更加完備。
    上位機采用工控機,其中由ADLINK的PCI/cPCI-784lCAN總線接口卡進行數(shù)據(jù)接收。該卡可同時操作兩個獨立的CAN網(wǎng)絡(luò),可編程傳輸速率可高達l Mb/s,通過直接內(nèi)存映射能夠快速訪問CAN控制器,PCI總線即插即用,其總線控制器為SJAl000,電氣接口為82C250。
    信息采集系統(tǒng)的信息通信利用CAN總線完成,其CAN總線接口電路如圖2所示,其中獨特之處是在收發(fā)器PCA82C250的輸出引腳CANH和CANL之間并聯(lián)一個終端電阻R為120 Ω,解決了遠近端阻抗不匹配的影響。

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    如圖1所示,由TMS320F2812 DSP的eCAN模塊發(fā)送陀螺組合數(shù)據(jù)及溫度值等,上位機的PCI/cPCI-784l型CAN總線接口卡進行數(shù)據(jù)接收,從而完成整個信息采集及監(jiān)測過程。
1.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計
    系統(tǒng)軟件主要完成基于CAN總線的數(shù)據(jù)通信,并在接收數(shù)據(jù)之后按要求對采集的導航數(shù)據(jù)進行處理,轉(zhuǎn)換成實際所需數(shù)據(jù)類型,對陀螺組合的狀態(tài)進行監(jiān)測。
    本系統(tǒng)CAN總線通信報文格式采用CAN2.0B擴展模式,通信數(shù)據(jù)格式主要是對CAN總線協(xié)議中的(仲裁場Arbitration Field)和(數(shù)據(jù)場Da-ta Field)進行定義,要求數(shù)據(jù)傳輸速率為500 Kb/s。協(xié)議幀格式如圖3所示。

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    系統(tǒng)的接收軟件設(shè)計流程圖如圖4所示。

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    在使用CAN接口卡之前首先要對卡進行波特率、傳輸報文格式等參數(shù)的初始化。
    1)初始化CAN總線的傳輸報文格式為提供29位地址的CAN2.0B擴展模式;
    2)初始化CAN總線的波特率為500 Kb/s。
    利用PCI/ePCI-7841CAN接口卡的CanOpenDriver()函數(shù)打開CAN端口,用CanConfigPort()函數(shù)進行初始化,用 CanSendMsg()函數(shù)發(fā)送數(shù)據(jù)包,用CanRcvMsg()函數(shù)接收數(shù)據(jù)包,用CanCloseDriver()函數(shù)關(guān)閉端口翻。創(chuàng)建接收線程, 接收數(shù)據(jù)之后按要求對數(shù)據(jù)進行處理。應(yīng)用MFC制作通信界面。注意,線程函數(shù)只能是靜態(tài)成員函數(shù),或者是在類外面聲明的一個函數(shù)。
    初始化程序如下:
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    系統(tǒng)軟件界面如圖5所示。

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2 實驗結(jié)果
    經(jīng)過實驗驗證,該信息采集系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過通信后不變,確保了信息采集的可靠、準確。

3 結(jié)束語
    由于基于CAN總線的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實時性和靈活性,同時由于TMS320F2812DSP的eCAN模塊使數(shù)據(jù)傳輸更加靈活方便,數(shù)據(jù)量更大,可靠性更高,功能更加完備,用該DSP進行下位機的數(shù)據(jù)發(fā)送,PCI/cPCI CAN接口卡進行數(shù)據(jù)接收,從而完成信息采集,并對采集的數(shù)據(jù)進行相應(yīng)處理,對陀螺組合的狀態(tài)進行監(jiān)測,這對衛(wèi)星等的導航有著重要意義。

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