CAN總線在測控系統(tǒng)中的應用研究

摘要：在測控系統(tǒng)中應用CAN總線，充分利用CAN總線的優(yōu)點，使系統(tǒng)龐大，應用環(huán)境復雜的測控系統(tǒng)中分系統(tǒng)之間的信息交換可靠地進行，提高整個測控系統(tǒng)可靠性。提出了3種CAN總線節(jié)點實現(xiàn)方法，在比較各種實現(xiàn)方法的基礎上，選擇了DSP芯片的方法。在某雷達設備改造中，分系統(tǒng)之間的通信采用CAN總線，CAN總線的靈活性、高穩(wěn)定性、強的抗干擾能力都得到了充分的體現(xiàn)。
關鍵詞：CAN總線；測控系統(tǒng)；DSP；DSP芯片

0 引言
    CAN總線是德國Bosch公司為現(xiàn)代汽車電子應用率先推出的一種多主機局域網(wǎng)現(xiàn)場總線，在汽車制造、工業(yè)控制、醫(yī)療器械、建筑和環(huán)境控制等領域中已得到廣泛應用，成為自動化領域最具有應用前景的現(xiàn)場總線之一。
    當前，工業(yè)現(xiàn)場設備過程控制已經(jīng)進入了一個新的階段，現(xiàn)場總線技術的普遍應用和基于嵌入式微處理器的智能化設備是主要特征。

1 CAN總線優(yōu)點
    CAN總線之所以在各行各業(yè)得到了廣泛的應用，是因為它具有許多的突出優(yōu)點，主要有如下幾個方面：短幀結構，傳輸時間短，受干擾概率低，適于復雜環(huán)境；每幀信息都采用CRC校驗及其他檢錯措施，數(shù)據(jù)出錯率極低；通信介質選擇靈活，可以是雙絞線、同軸電纜或光纖；不會出現(xiàn)因個別節(jié)點出問題而影響整個總線正常工作；任一節(jié)點可在任一時刻主動發(fā)送，這是CAN總線靈活通信方式的基礎；信息以標識符分為不同的優(yōu)先級，可滿足不同的實時性要求；速率最高可達1Mb／s，最遠可達10km；節(jié)點數(shù)可達110個。

2 CAN總線在測控系統(tǒng)應用設想
2．1 總體設想
    目前，測控系統(tǒng)突出的特點是數(shù)字化、模塊化、小型化和智能化等。通常情況下，測控系統(tǒng)可分為如下幾個分系統(tǒng)：發(fā)射分系統(tǒng)、高頻接收分系統(tǒng)、基帶分系統(tǒng)、伺服分系統(tǒng)、時頻分系統(tǒng)、監(jiān)控分系統(tǒng)等。作為測控系統(tǒng)的一部分，這些分系統(tǒng)之間需要進行通信，甚至分系統(tǒng)內部也需要交換信息。作為抗干擾能力特別強的CAN總線，非常適合這樣的應用環(huán)境和場合。圖1為CAN總線在測控系統(tǒng)的應用框圖。

2．2 CAN總線節(jié)點設計與實現(xiàn)
    CAN總線節(jié)點設計主要依據(jù)是CAN總線協(xié)議，每個節(jié)點必須實現(xiàn)CAN協(xié)議規(guī)定的各種功能。目前，CAN總線的實現(xiàn)方法主要有3種：一種是用專用器件實現(xiàn)，這些器件主要有SJA1000和PCA82C250。其中，SJA1000器件完成CAN協(xié)議的所有功能，PCA82C250器件完成CAN總線物理層電平轉換的功能。另一種方法是用于大規(guī)模集成電路上集成的CAN接口模塊，這些芯片有DSP芯片和ARM芯片等，可以用這些芯片實現(xiàn)CAN控制器功能，完成CAN協(xié)議規(guī)定的各種要求，這種方法也需要PCA82C250等器件完成CAN總線物理層電平轉換功能。第三種方法是用現(xiàn)場可編程邏輯器件來實現(xiàn)，如FPGA芯片。這種方法需要用戶實現(xiàn)CAN協(xié)議要求的功能，難度比較大，但這種方法的最大優(yōu)點是靈活，可以根據(jù)用戶要求有針對性地實現(xiàn)所需要的功能。圖2為用DSP芯片實現(xiàn)的一個CAN總線節(jié)點。

2．3 在某雷達伺服系統(tǒng)中的應用
    某雷達伺服系統(tǒng)改造中使用了CAN總線完成伺服分系統(tǒng)內部的信息交換。該伺服系統(tǒng)由伺服控制分系統(tǒng)(ACU)、天線驅動分系統(tǒng)(ADU)和軸角編碼分系統(tǒng)(PDU)組成。其中，天線驅動分系統(tǒng)分為方位驅動和俯仰驅動2個部分，框圖如圖3所示。

    ACU是整個伺服系統(tǒng)的控制中心，也是整個伺服系統(tǒng)信息中心。它收集其他分系統(tǒng)的各種數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理后，再發(fā)往其他分系統(tǒng)。ACU的CAN節(jié)點由一塊CAN接口卡實現(xiàn)，方位和俯仰驅動部分CAN節(jié)點由DSP芯片實現(xiàn)，軸角編碼分系統(tǒng)CAN節(jié)點由FPGA和SJA1000芯片實現(xiàn)。

3 結語
    CAN總線作為一種抗干擾能力強的現(xiàn)場總線，具有許多良好的性能。通常情況下，伺服系統(tǒng)的電磁環(huán)境復雜，對信號造成很大干擾，嚴重時，使系統(tǒng)無法正常工作，CAN總線應用于伺服系統(tǒng)，使整個系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性得到極大的改善。