基于CAN總線的信息采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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(shí)時(shí)通訊問(wèn)題，提出了利用CAN總線實(shí)現(xiàn)整個(gè)信息采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)。與一般信息采集系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)下位機(jī)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(jī)采用工控機(jī)，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(jī)中實(shí)時(shí)處理接收到的數(shù)據(jù)，更可靠地完成了信息采集及實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)信息采集實(shí)時(shí)性強(qiáng)、準(zhǔn)確穩(wěn)定。
關(guān)鍵詞：CAN總線；PCI／cPCI7841；TMS320F2812 DSP；信息采集；監(jiān)測(cè)

    CAN(Controller Area Network)即控制器局域網(wǎng)，主要用于各種設(shè)備檢測(cè)及控制的一種現(xiàn)場(chǎng)總線。20世紀(jì)80年代初，德國(guó)BOSCH公司為解決現(xiàn)代汽車中眾多的控制與測(cè)試儀器之間的數(shù)據(jù)交換，開(kāi)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(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)，它為分布式控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各節(jié)點(diǎn)之間實(shí)時(shí)、可靠的數(shù)據(jù)通信提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。CAN屬 于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)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(shí)時(shí)性和靈活性，通信速率可達(dá)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(dòng)控制、航空航天、機(jī)械工業(yè)、農(nóng)用機(jī)械、機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、醫(yī)療器械
及傳感器等領(lǐng)域。
    由于CAN被越來(lái)越多不同領(lǐng)域采用和推廣，導(dǎo)致要求各種應(yīng)用領(lǐng)域通信報(bào)文的標(biāo)準(zhǔn)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(bào)文格式，能提供ll位地址：而2．0B給出了標(biāo)準(zhǔn)的和擴(kuò)展的 2種報(bào)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(yùn)載工具——數(shù)字信息交換——高速通信控制器局部網(wǎng)(CAN)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) (ISO11898)，為控制器局部網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)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(dǎo)航數(shù)據(jù)的通信需求，且為保證信息采集的實(shí)時(shí)可靠，文中應(yīng)用CAN總線完成整個(gè)信息采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

1 信息采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)
    由于衛(wèi)星的運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，采集的陀螺組合數(shù)據(jù)等會(huì)有相應(yīng)的誤差，因此需要對(duì)導(dǎo)航數(shù)據(jù)的采集進(jìn)行遙測(cè)，對(duì)導(dǎo)航計(jì)算機(jī)的總線狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。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(gè)信息采集及實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。信息采集系統(tǒng)的框圖如圖l所示。

1．1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
    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(dǎo)航計(jì)算機(jī)，進(jìn)行下位機(jī)的數(shù)據(jù)發(fā)送，其中eCAN模塊是TMS320F2812 DSP片上的增強(qiáng)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(jī)采用工控機(jī)，其中由ADLINK的PCI／cPCI-784lCAN總線接口卡進(jìn)行數(shù)據(jù)接收。該卡可同時(shí)操作兩個(gè)獨(dú)立的CAN網(wǎng)絡(luò)，可編程傳輸速率可高達(dá)l Mb／s，通過(guò)直接內(nèi)存映射能夠快速訪問(wèn)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(dú)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(gè)終端電阻R為120 Ω，解決了遠(yuǎn)近端阻抗不匹配的影響。

    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(jī)的PCI／cPCI-784l型CAN總線接口卡進(jìn)行數(shù)據(jù)接收，從而完成整個(gè)信息采集及監(jiān)測(cè)過(guò)程。
1．2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
    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(duì)采集的導(dǎo)航數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)換成實(shí)際所需數(shù)據(jù)類型，對(duì)陀螺組合的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
    本系統(tǒng)CAN總線通信報(bào)文格式采用CAN2．0B擴(kuò)展模式，通信數(shù)據(jù)格式主要是對(duì)CAN總線協(xié)議中的(仲裁場(chǎng)Arbitration Field)和(數(shù)據(jù)場(chǎng)Da-ta Field)進(jìn)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。

    系統(tǒng)的接收軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖4所示。

    在使用CAN接口卡之前首先要對(duì)卡進(jìn)行波特率、傳輸報(bào)文格式等參數(shù)的初始化。
    1)初始化CAN總線的傳輸報(bào)文格式為提供29位地址的CAN2．0B擴(kuò)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(kāi)CAN端口，用CanConfigPort()函數(shù)進(jìn)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(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)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(gè)函數(shù)。
    初始化程序如下：
   
    系統(tǒng)軟件界面如圖5所示。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
    經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該信息采集系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)通信后不變，確保了信息采集的可靠、準(zhǔn)確。

3 結(jié)束語(yǔ)
    由于基于CAN總線的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性，同時(shí)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(jìn)行下位機(jī)的數(shù)據(jù)發(fā)送，PCI／cPCI CAN接口卡進(jìn)行數(shù)據(jù)接收，從而完成信息采集，并對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)處理，對(duì)陀螺組合的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，這對(duì)衛(wèi)星等的導(dǎo)航有著重要意義。