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基于CAN总线的多通道数据采集系统设计宋全伟;甄国涌;刘东海【摘要】针对多路模拟信号的远程采集,设计了一种基于CAN总线的多路数据采集存储系统.该系统由两台采集装置和一台转存装置组成.以C8051F060单片机作为采集装置的核心控制器实现A/D转换、模拟开关切换、数据编帧及CAN总线控制等功能,以FPGA作为转存装置的核心控制器实现CAN数据传输控制和数据的存储上传等功能.经验证,该系统工作稳定,抗干扰能力强,采集精度为0.2‰,CAN 总线在距离100m的情况下传输速率可达500 kbit/s.【期刊名称】《电子器件》【年(卷),期】2015(038)005【总页数】5页(P1076-1080)【关键词】CAN;C8051F060;数据采集存储;FPGA【作者】宋全伟;甄国涌;刘东海【作者单位】中北大学电子测试技术国家重点实验室,太原030051;中北大学电子测试技术国家重点实验室,太原030051;太原市华纳方盛科技有限公司,太原030051【正文语种】中文【中图分类】TP274.2EEACC：7210Gdoi：10.3969/j.issn.1005-9490.2015.05.021数据采集技术是信息科学的一个重要分支，它在自控、雷达、遥感及通信等领域有着广泛的应用，在现代工业生产及科学研究中的地位日益突出［1］。
对数据采集系统的精度要求、速度要求和可靠性日益增高。
但是在很多情况下，采集装置距离传感器现场较远，传感器模拟信号需要远距离传输，易受外界干扰和传输线的影响，引起信号失真［2］。
而就近将模拟信号转化为数字信号再进行传输，可以避免线路干扰。
因此，本文设计出了一个基于CAN总线传输的高精度数据采集系统。
将采集数据通过CAN总线传输100 m的距离并存储。
系统的可靠性已通过大量实验验证，并已在实际的应用中发挥了重要作用。
1 系统总成系统由两台采集装置和一台转存装置组成。
每台采集装置采用C8051F060作为主控制器，实现9路信号实时采样和编帧控制。
基于单片机的CAN总线数据采集设计与实现随着现代汽车电子技术的迅速发展，CAN（控制器局域网）总线已成为汽车电子系统中应用最广泛的数据通信协议。
CAN总线可以以高速、高效、可靠的方式在汽车电子控制单元之间传输数据，从而实现多个控制单元的共享信息，提高了汽车电子系统的整体性能。
一、硬件设计本文所使用的CAN总线数据采集硬件设计方案如下：1、主控板：采用AVR单片机ATmega328P作为主控处理器，具有较高的运算速度和存储容量，可以满足CAN总线数据采集的需求。
2、CAN控制器芯片：采用MCP2515作为CAN控制器芯片，可以实现CAN总线的接收和发送功能，支持CAN2.0B协议。
3、CAN总线收发器：采用SN65HVD230作为CAN总线收发器，可以实现CAN总线信号的转换和隔离，提高信号的传输可靠性。
4、电源管理模块：采用LM2596S作为电源管理模块，可以对输入的直流电压进行降压稳压，提供可靠的电源供应。
1、CAN总线接收程序设计CAN总线接收程序主要包括初始化、中断服务程序和数据处理三个部分。
具体实现步骤如下：（1）初始化部分：包括IO口配置、CAN控制器芯片初始化、CAN总线收发器初始化等。
（2）中断服务程序部分：当CAN总线接收到数据时，会触发中断服务程序。
中断服务程序主要包括数据接收和数据处理两个部分。
数据接收部分将CAN控制器芯片接收到的数据存储在缓冲区中；数据处理部分根据接收到的数据进行数据解析和数据存储操作。
（3）数据处理部分：根据接收到的CAN总线数据进行数据解析和数据存储操作。
具体实现包括数据解析、存储数据、显示数据等步骤。
将CAN总线接收到的数据从十六进制转换为十进制数值，并保存到内存中，最终将数据显示在液晶屏上。
（2）数据处理部分：CAN总线发送程序需要存储要发送的数据，并将数据转换为CAN 总线所需要的格式。
具体实现包括数据存储、数据转换等步骤。
（3）数据发送部分：将处理好的数据通过CAN控制器芯片发送到CAN总线上。
基于CAN总线的数据采集器的设计
李新军
【期刊名称】《电子元器件应用》
【年(卷),期】2007(9)3
【摘要】介绍了一种通用CAN节点数据采集器的设计方法,该数据采集器采用12位精度的模数转换器,具有4路模拟量输入和2路输出;其开关量为四路输入和四路输出,并有1个可作为通用CAN总线接口的CAN通信口用于自动控制系统中的数据采集口,并以CANOPEN协议进行通信.
【总页数】4页(P28-30,35)
【作者】李新军
【作者单位】武汉理工大学信息工程学院,湖北,武汉,430070
【正文语种】中文
【中图分类】TP3
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4.基于AT90CAN128的CAN总线的分采集器设计 [J], 黄兆富;马尚昌
5.基于CAN总线的车载数据采集器的设计 [J], 付伟;秦树人;邱建伟
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CAN总线节点设计
简介
CAN总线是一种基于总线的通信系统，它允许在有限的带宽中实现大
量低速I/O。
CAN总线可以用于连接各种设备，如控制器、传感器、执行
器等，而它的架构可以支持多路文件传输。
CAN通信系统最常用于设计汽
车电子系统，该系统可以允许多种终端设备工作在不同的节点上，从而实
现复杂的汽车电子系统的结构化管理。
本文将介绍CAN总线节点的设计，
包括CAN总线的结构、CAN总线消息格式以及CAN总线节点设计要素。
CAN总线是一种广泛使用的系统，它由一组多个总线节点组成，用于
传输控制、监视和数据通信信号。
CAN总线的架构类似于星型结构，但
是它不是点对点的连接，而是一个多端点的共享总线。
每个节点都是一
个独立的硬件单元，它可以发送和接收数据。
传输的速率可以在10Kbps
到1Mbps之间进行调整，这取决于总线的长度和电缆类型。
CAN总线的消息是以帧格式传输的，帧包括控制字段、数据长度代码、标识符和数据字段等。
控制字段可以用来标识消息类型，如请求、通知、
应答等。
数据长度代码是用来指示数据字段长度的，标识符是用来标识特
定消息的，而数据字段则包含了数据。
摘要数据采集系统在实际中有广泛应用，本文以一个数据采集系统的开发项目为背景，主要完成该系统通信协议的设计，下位机主辅MCU程序的开发。
在理解数据采集系统设计方案的基础上，借鉴一些CAN应用协议的相关规定完成了整个系统通信协议的设计。
完成了主MCU程序的开发，主要实现了以下功能：数据采集，接收上位机发送的命令，将需要实时显示的数据传送给上位机，将需要保存的数据导入辅MCU，将辅MCU传上来的数据传送给上位机。
完成了辅MCU程序的开发，主要功能包括：接收主MCU的命令，将主MCU导入的需要保存的数据存储在PSRAM，将存储在PSRAM中的数据传给主MCU。
关键词：数据采集下位机 CAN PSRAM插图清单图1.1 典型的基于PC的数据采集系统 (13)图2.1 数据采集系统整体结构 (16)图2.2 框图 (19)图3.1 根据ISO11898的额定总线电平 (26)图3.2 典型CAN网络结构 (27)图3.3 两种CAN数据帧 (28)图4.1 数据采集系统整体流程图 (31)图4.2 主MCU的整体软件流程图···················图4.3 “开始数据采集”命令流程图···················图4.4 “开始数据采集”命令流程图···················表格清单表3.1 部分串行总线比较 (22)表4.1 通信协议 (33)表4.2 通道选择的协议 (33)表4.3 触发方式的选择协议 (34)表4.4 控制命令选择协议 (34)表4.5 预触发时间选择协议··················表4.6 肯定的回告如表··················表4.7 否定的回告如表··················目录第一章绪论 (13)1.1 数据采集系统概述 (13)1.2 设计目的 (14)1.3 小结 (15)第二章数据采集系统整体方案 (16)2.1 系统整体设计 (16)2.2 USB控制器特性 (18)2.3 TMS470特性 (20)2.4 小结 (21)第三章相关技术 (22)3.1 常用通信总线简介 (22)3.1.1通用异步接收器传输总线(UART) (22)3.1.2 同步外设接口(SPI) (23)3.1.3 控制器区域网络(CAN) (24)3.2 小结 (28)第四章下位机软件设计 (30)4.1系统软件整体结构 (30)4.2 通信协议 (31)4.2.1 设计思路 (32)4.2.2 通信协议格式 (32)4.2.2.1 通道选择 (33)4.2.2.2 触发方式 (33)4.2.2.3 控制命令 (34)4.2.2.4 预触发时间 (34)4.2.2.5 回告 (35)4.2.2.6 主辅MCU间通信格式 (35)4.3 下位机软件设计 (36)4.3.1 主MCU软件 (36)4.3.2 辅MCU软件 (39)4.4 小结 (43)第五章总结 (44)参考文献 (45)附录 (47)第一章绪论1.1 数据采集系统概述现今，在实验室研究、测试以及工业自动化领域中，绝大多数科研人员和工程师使用配有PCI、PXI/CompactPCI、USB、IEEE1394、并行或串行接口的基于PC的数据采集系统。
基于CAN总线内测系统串口数据采集节点设计
陈永社;石秀华;李世超;赵军荣
【期刊名称】《弹箭与制导学报》
【年(卷),期】2008(028)005
【摘要】随着水下航行器自动化水平的不断提高,数据采集量、分析量急剧增多,这对内测系统的实时性和可靠性提出了更高的要求.针对采用传统一主总线的缺陷,文中提出了一种新的基于CAN总线的水下航行器内测系统,该系统能有效解决传统系统的实时性和可靠性问题.重点阐述了该系统中串口节点的结构和软硬件设计.【总页数】3页(P264-266)
【作者】陈永社;石秀华;李世超;赵军荣
【作者单位】西北工业大学航海学院,西安,710072;西北工业大学航海学院,西安,710072;西北工业大学航海学院,西安,710072;西北工业大学航海学院,西
安,710072
【正文语种】中文
【中图分类】TJ610.6
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1.基于CAN总线的数据采集节点的设计 [J], 于成毅;裴东兴;梁志剑
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诚
5.基于AT90CAN128的CAN总线数据采集节点设计 [J], 陈春艳
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基于CAN总线的数据采集节点的设计于成毅;裴东兴;梁志剑【摘要】CAN总线以其自身的技术特点和良好的性能在现代测控领域得到了广泛的应用,本文介绍了一种基于CAN总线的数据采集节点的设计方案,给出了系统总体设计和节点的基本结构,详细说明了以MSP430F449单片机、SJA1000为核心的节点的硬件及软件设计.可在CAN总线上挂载多个数据采集节点,解决了多个节点之间的通信问题.研究表明该方案具有硬件结构简单、成本低廉、采集精度高、抗干扰能力强等优点,实现了数据采集系统的网络化.【期刊名称】《电子测试》【年(卷),期】2010(000)011【总页数】5页(P62-66)【关键词】CAN总线;数据采集;传感器;SJA1000【作者】于成毅;裴东兴;梁志剑【作者单位】中北大学电子测试技术国家重点实验室,山西,太原,030051;中北大学电子测试技术国家重点实验室,山西,太原,030051;中北大学电子测试技术国家重点实验室,山西,太原,030051【正文语种】中文【中图分类】TP302.10 引言CAN(Controller Area Network),即控制器局域网[1-2]是应用最广泛的现场总线之一，与一般的通信总线相比，CAN总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。
由于CAN总线的自身特点，其应用范围已不再局限于汽车行业，而广泛应用于机械工业、机器人、楼宇自动化、传感器等领域。
在数据采集系统中离不开传感器，传统的传感器与上位机的点对点的模拟通道连接方式,抗干扰能力差、精度低[3]。
本文提出了一种基于CAN总线的数据采集节点的设计方案，将传感器采集到的数据以数字量的形式输出，通过CAN网络可方便地与上位机相连，从而简化了系统结构，提高了精度。
同时，可在CAN总线上挂载多个数据采集节点，实现数据采集节点的网络化，适合传感器分布比较分散的数据采集系统[4]。
1 系统总体设计CAN总线为多主方式工作，网络上任意一点可以在任意时刻主动地向网络上发送信息，而不分主从，但在实际应用中经常把它设计成主从方式[5]。
龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 基于CAN总线信号采集系统电路设计 作者：王晓鹏 来源：《数字技术与应用》2017年第06期
摘要：CAN是Controller Area Network的简称，CAN-BUS称为控制器局域网总线技术，本文采用CAN总线2.0B协议，硬件设计采用C8051F040单片机作为核心，CAN总线控制器为飞利浦公司的SJA1000，可以采集温度、电流、开关量等多种信号，由CAN总线传输到上位机后，该上位机实现操作员与底层节点之间的信息交互。
关键词：现场总线；CAN总线；C8051F040；SJA1000 中图分类号：TP366 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）06-0200-01 1 简介 CAN总线的帧可以分为四种类型，总线上传输的大多数都是数据帧，数据帧负责携带数据从发送器到接收器；CAN总线发送数据时，该节点的CPU把将要发送的数据和标识发送给CAN芯片，则该芯片进入准备状态。Cygnal公司的51系列单片机C8051F040是集成在芯片上的混合信号系统单片机，该单片机是目前8位单片机控制系统的发展方向。芯片上有1个12位多通道ADC、2个12位DAC、2个电压比较器、1个电压基准、1个32kB的FLASH存储器、具有与MCS-51指令集完全兼容的高速CIP-51内核，峰值速度可达25MIPS，使用ADC来采集温度，电流等模拟信号，将结果存储在单片机中，待总线空闲时发送给上位机。SJA1000 是一种独立控制器，用于移动目标和一般工业环境中的区域网络控制，工作模式为PeliCAN， 该模式支持具有很多新特性的CAN 2.0B 协议。
2 CAN总线硬件电路设计 2.1 CAN总线接口电路 C8051F040连接SJA1000需要提供数据线、地址线和控制信号。SJA1000支持与3.3V供电的C8051F040直接连接，这时要将Mode引脚接高电平。CAN总线接口电路图如下图1。
本科生课程设计（论文） I 目 录 第1章 绪论 .......................................................... 1 1.2该课题研究的主要内容内容 ..................................... 1 第2章 课程设计的方案 ................................................ 2 2.1 概述 ......................................................... 2 2.2 系统组成总体结构 ............................................. 2
第3章 系统硬件设计 .................................................. 3 3.1 单片机的最小系统 ............................................. 3 3.2 传感器的选型及信号调理电路 ................................... 4 3.2.1 多路开关 ............................................... 6 3.3 CAN通信接口电路 ............................................. 6 3.3.1 CAN总线控制器 ......................................... 6 3.3.2 CAN总线控制器 ......................................... 6 3.3.3 光电隔离 ............................................... 7 3.4 系统的总图 ................................................... 8
第4章 软件设计 ...................................................... 9 4.1 程序流程图 ................................................... 9 4.2 系统程序 ..................................................... 9
第5章 课程设计总结 ................................................. 13 参考文献 ............................................................ 14 本科生课程设计（论文）
1 第1章 绪论 1.1 研究背景及其目的意义 近年来，数据采集及其应用受到了人们越来越广泛的关注，数据采集系统也有了迅速的发展，它可以广泛的应用于各种领域。 20世纪90年代至今，在国际上技术先进的国家，数据采集系统已成功的运用到军事、航空电子设备及宇航技术、工业等领域。由于集成电路制造技术的不断提高，出现了高性能、高可靠的单片机数据采集系统（DAS）。数据采集技术已经成为一种专门的技术，在工业领域得到了广泛的应用。该阶段的数据采集系统采用模块式结构，根据不同的应用要求，通过简单的增加和更改模块，并结合系统编程，就可扩展或修改系统，迅速组成一个新的系统。 尽管现在以微机为核心的可编程数据采集与处理采集技术的发展方向得到了迅速的发展，而且组成一个数据采集系统只需要一块数据采集卡，把它插在微机的扩展槽内并辅以应用软件，就能实现数据采集功能，但这并不会对基于单片机为核心的数据采集系统产生影响。相较于数据采集板卡成本和功能的限制，单片机具多功能、高效率、高性能、低电压、低功耗、低价格等优点，而双单片机又具有精度较高、转换速度快、能够对多点同时进行采集，因此能够开发出能满足实际应用要求的、电路结构简单的、可靠性高的数据采集系统。这就使得以单片机为核心的数据采集系统在许多领域得到了广泛的应用。
1.2该课题研究的主要内容内容 本文介绍的是16路数据采集系统的设计与应用，这个系统的基础是数据采集系统。本文首先根据设计的要求，使采集系统在功能上具体化，细致化，实现16数据采集系统的设计要求。本系统可实现16路输入模拟信号的采集，然后根据需求将模拟信号中的任一路进行模数转化，这样就实现数据采集功能的要求。 本文采用MSP430作为核心控制部件，本系统由传感器、信号调理电路、多路切换电路、A/D转换、单片机、CAN收发器、CAN控制器这几个部件组成。 本科生课程设计（论文）
2 第2章 课程设计的方案 2.1 概述 CAN总线为多主方式工作，网络上任意一点可以在任意时刻主动的向网络上发送信息，而不分主从，但实际应用中经常把它设计成主从方式。本设计采用分布式模块化体系统结构，主要由上位机、多个数据采集点、CAN总线网络组成。上位机作为整个数据采集系统的主节点，用于接收系统运行中传感器传输的信息。本设计中采用的分布式数据采集系统有利于增加或减少数据采集节点，对原有的CAN网络或节点不会产生影响。
2.2 系统组成总体结构 数据采集点的关键技术在于传感器与CAN接口一体化。数据采集点的硬件主要由微处理器、信号调整电路、传感器及CAN接口电路等。传感器输出的模拟信号经信号调整电路后输送给微处理器，并通过A/D转化成数字信号，进行必要的数据处理。微处理器根据上位机的命令将数据经CAN接口电路传输到CAN总线上或将采集到的信号储存在微处理器的储存器中，以满足某些特殊场合传感器数据部能及时传回的情况，方便时候分析和方波再现。由上述分析微处理器是数据采集的核心，负责采集数据和CAN控制器的初始化，通过控制CAN控制器实现数据通信的接受和发送等通信功能。本设计才用的单片机是MSP430F149。
传感器信号调理A/D转换CAN控制器微处理器光电隔离
CAN
收发器
图2.1系统结构框图 本科生课程设计（论文）
3 第3章 系统硬件设计 3.1 单片机的最小系统 单片机按内部数据通道的宽度，可分为4位、8位、16位及32位单片机。它们被应用在不同领域里，8位单片机由于功能强大，被广泛的应用在工业控制、智能接口、仪表仪器等各个领域。美国德州仪器公司（TI）于1996年推出的MSP430系列单片机是16位超低功耗、具有精简指令集的混合信号处理器，内部集成了多种模拟电路模块、数字电路模块，能够满足多种实际应用。 微处理器是整个数据采集节点的核心，负责采集数据和CAN控制器的初始化，通过控制CAN控制器实现数据的发送和接收等通信任务。本设计的微处理器采用TI公司的MSP430F149型单片机，该型单片机体积小，功耗低，具有丰富的片上模块：48个可独立编程的I／O、l2位ADC、3个16位定时器、60KB的Flash存储器、2KB的RAM，完全满足设计要求。MSP430F149单片机最小系统如图3.1所示。
234
432C130pF
DVcc1P6.32P6.43P6.54P6.65P6.76NC7XIN8XOUT/TCLK9NC10NC11P1.0/TACLK12P1.1/TA013P1.2/TA114P1.3/TA215P1.4/SMCLK16
AVcc64DVss63AVss62P6.261P6.160P6.059RST/NMI58TCK57TMS56TD155TD0/TD154XT2IN53XT2OUT52P5.7/TB outH51P5.6/ACLK50P5.5/SMCLK49P1.5/TA017P1.6/TA118P1.7/TA219P2.0/ACLK20P2.1/TAINCLK21P2.2/CAOUT/TA022P2.3/CA0/TA123P2.4/CA1/TA224P2.5/Rosc25P2.626P2.7/TA027P3.0/STE028P3.1/SIMO029P3.2/SOMI030P3.3/UCLK031P3.4/UTXD032P3.5/URXD033P3.634P3.735P4.0/TB036P4.1/TB137P4.2/TB238P4.339P4.440P4.541P4.642P4.7/TBCLK43P5.044P5.145P5.246P5.347P5.4/MCLK48MSP430F149S18MHzC1C2C3R132.768K3.3V
图3.1 MSP430F149单片机最小系统 本科生课程设计（论文）
4 3.2 传感器的选型及信号调理电路
测量0~100℃温度信号的传感器用AD590集成温度传感器，测量范围：-50～150℃，该器件精度较高，全温度范围内，非线性误差仅为±0．3℃，可充当一个高阻抗、恒流调节器，调节系数为1μA／K，即该器件在273．15 K(0℃)时输出273．15 μA电流，温度每升高1℃电流增加1μA；反映温度的是电流信号，因此需要将电流转换成电压信号后进行信号放大和电平抬升。 AD590是集成温度传感器，输出为电流，相当于恒流源，若要对此进行放大需先转换为电压，可在其回路串入电阻，根据欧姆定律，电阻上电压的大小可反映电流的大小，也就是温度的高低。下图是温度传感器AD590的信号调理电路。
图3.1温度调理电路 压力传感器选择TEYB，测量范围0~35MPa。用一个恒压源或横流源激励电桥产生一个电信号。这种信号通常很微弱，并且受到噪声、失调和增益误差的影向。在对电桥的输出信号数字化处理之前，必须将其进行放大和失调处理以便和数模转换器的测量范围想拼配。然后在滤除噪声。要精确的从高工模电压检测出微弱的差分电压，放大器要有高的共模抑制比。压力传感器的调理电路如图
