基于单片机的CAN总线数据采集设计与实现

基于CAN总线的数据采集记录装置设计

【摘要】该数据采集记录装置的使用对象为某型号自行榴弹炮，在分析设计要求之后，决定采用基于ARM7内核的LPC2294处理器，在深入研究了以太网、TCP/IP协议和CAN总线的基础上，实现了两路CAN总线和以太网的通信互联。后经测试证明，系统成功的实现了CAN总线和以太网互联的要求，并且具有较高的可靠性和实用性。

【关键词】CAN总线；以太网；ARM内核

1.绪论

现场总线作为生产现的场数据通信与控制的网络技术，在测量控制领域随着信息技术的发展已得到广泛的应用。现在的工业现场总线控制网络技术已经被认为是一种比较的成熟的技术，同时也被认为是目前最具有前途的一种现场总线之一。然而，CAN现场总线作为一种面向工业底层控制的通信网络，其局限性也是显而易见的。首先，它不能与Internet互连，不能实现远程信息共享。其次，它不易与上位控制机直接接口。因此，我们在本文中引入以太网技术。

以太网是在上个世纪70年代为连接多个实验室而开发出的一种局域网技术，随着互联网技术和计算机的迅猛发展，以太网已成为当今世界上应用范围最广、最为常见的一种网络技术。他在工业控制中的优势是显而易见的：首先，基于TCP/IP协议的以太网是一种标准开放式的网络，由其组成的系统兼容性和互操作性好，资源共享能力强，可以很容易的实现将控制现场的数据与信息系统上的资源共享；其次，数据的传输距离长、传输速率高，而且很容易与Internet连接[1]。

本设计利用基于ARM7内核的LPC2294处理器，在深入分析了以太网、TCP/IP协议和CAN总线的基础上，实现了两路CAN总线和以太网的通信互联。

2.系统硬件结构设计

本设计使用的处理器是PHIIPS公司推出的LPC2294，他是一款基于支持实时仿真和跟踪的ARM7TDMI内核，功能强大且功耗低。其显著的优点是非常适合于通讯网关、协议转换器以及其它各种类型的应用。设计中围绕LPC2294内核，进行了最小系统和相应的扩展器件电路设计，设计里包括了复位电路、晶振电路、电源电路等关键电路。

３０　基于Ｖｘｗｏｒｋｓ平台的ＣＡＮ总线数据采集系统的实现　

基于ＶｘＷｏｒｋｓ平台的ＣＡＮ总线数据采集系统的实现　

黄　超　傅建纲哈尔滨工程大学自动化学院　（１５０００１）　艾德峰　谷　勇　海军驻太原地区航空军事代表室（０３０００６）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅ　ｒ　ｉｎｔ　ｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｈａｒｄｗａｒｅ　ｓｔ　ｒｕｃｔｕ　ｒｅ　ａｎｄ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ＣＡＮ　ｂｕｓ　ｄａｔａ　ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄ　ｓｈｏｗ　ｔｈｅ　ｄ　ｒｉｖｅ　ｏｆ　ＣＡＮ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｗａｙ　ｏｆ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｅｒ　ｒｏｒ　ａｎｄ　ＳＯ　ｏｎ　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＶｘＷｏ　ｒｋｓ，ＣＡＮ　ｂｕｓ，ＳＪＡ１　０００　摘　要　本文介绍了基于ＶｘＷｏｒｋｓ平台的ＣＡＮ总线数据采集系统的硬件架构和软件设计，给出了ＣＡＮ控制器ＳＪＡ１０００在　Ｖｘｗｏｒｋｓ平台下的驱动以及通信方法、故障检测等具体应用。　关键词：ＶｘＷｏｒｋｓ，ＣＡＮ总线，ＳＪＡ１０００　随着信息技术的发展，水面及水下舰艇内部各设备间通讯　信息量逐渐增大，传统的串口传输已成为数据传输的瓶颈。而本　系统采用的基于ＶｘＷｏｒｋｓ平台的ＣＡＮ总线架构，具有高实时　性、高传输速率、高可靠性的特点，完全适合于舰艇上设备间的　大数据量实时传输。本采集系统的功能是采集船上各个设备数　据，通过ＣＡＮ总线将这些数据发给主机，用户可以通过主机对　船上各个设备状态进行实时监控和实时分析，给操控人员带来　了极大的方便。　１　系统硬件设计　系统硬件采用基于ＰＣ／１０４架构的板卡，具有低功耗、节省　空间的特点，外壳采用了军用加固技术，具有水密性和抗冲击　性。系统框图如图１所示。　ｌ　１－机　ｌ　Ｉ　ＣＡ　舢　１　申　［］　Ｊ　ｆ　Ｊ　ｆ　Ｉ　Ｊ　ｃ　接ｒ　Ｉ　ｌ　ＣＡ　接ｔ　１　１　ｌ　ｌ　ＣＡ　接　：　：　：　：　从机－ｌ　ｌ￣Ｉ￣Ｌ　２　Ｉ　Ｉ　１　Ｉ从机　：　：　：　：　采集模块　１　ｌ　采集模块　ｌ　ｌ　ｌ　ｌ　采集模块　图１　系统结构框图　系统中共有一个主机和９个从机，可以同时采集船上９个　不同舱室的设备数据，如有需要还可以增加从机数量。从机采用　增强型的８０４８６的处理器，它的采集模块由八串口卡和３个采　集转换卡组成，可采集模拟量、开关量、脉冲量等船上各个设备　的数据，并通过ＣＡＮ总线发送给主机。采集模块保留了传统的　串行接口，保证了与老设备的兼容性。主机采用Ｐ１１１处理器，保　证了大数据量处理的实时性。主机和从机上的ＣＡＮ卡皆为ＩＳＡ　接Ｌ］，卡上有两个独立的ＣＡＮ控制芯片，型号为ＳＪＡ１０００　整　个ＣＡＮ系统采用总线形接法，如果其中一个节点出现故障不会　影响其他节点。每个ＣＡＮ卡上的两个控制器分别与ＣＡＮ总线　网相连，一个出现故障时可马上切换至另一个，保证了线路传输　的可靠性。　２系统软件设计　系统的软件平台为嵌入式实时操作系统ＶｘＷｏｒｋｓ，它具有　高实时性、高可靠性、可裁减性特别适用于现场采集控制系统。　整个软件的核心在于对ＣＡＮ总线控制器的编程和操作。　２．１　ＳＪＡ１０００的初始化　ＳＪＡ１０００具有两种工作模式，即ＢａｓｉｃＣＡＮ模式和Ｐｅｌｉ—　ＣＡＮ模式。在ＢａｓｉｃＣＡＮ模式下支持ＣＡＮ２．０Ａ协议，在Ｐｅｌｉ—　ＣＡＮ模式下支持２．０Ｂ协议，功能更加强大。因此本系统将　ＳＪＡ１０００没置成在ＰｅｌｉＣＡＮ模式下工作。内部框图如图２。　

CAN总线单片机实现通信网络设计

1 概述

电流环形式因较RS-485/RS-422总线形式连线复杂等原因已基本退出历史舞台。而RS-485总线接线形式较RS-422总线接线形式少了二极通信线且抗干扰能力增强，从而使接线形式更为简单、造价更低，因此，RS-485总线基本上独霸了以单片机为核心的分布式多机测控系统通信物理层的应用。但随着科技的发展，RS-485总线的总线效率低、系统实时性差、通讯可靠性低、后期维护成本高、网络工程调试复杂、传输距离不理想、单总线可挂接节点少、应用不灵活等缺点慢慢地暴露出来，因此，迫切需要寻找一种新型、简单有效的通信物理层接口芯片来替代RS-485总线物理层接口电路进行网络通信，这对提高多机互连的分布式测控系统的可靠性具有重大意义。

与其他现场总线相比，CAN部迟疑不决在通信能力、可靠性、实时性、灵活性、易用性、传输距离和成本等方面有着明显的优势，成为控制等领域最有前途的现场总线之一。对于CAN总线的物理层接口，现有大多是CAN总线物理层接口电路与CAN总线控制器连接构成的CAN总线通信网络。经笔者的深入分析和实践证明：CAN总线物理层接口电路(符合ISO11898标准)也可与单片机直接连接构成一个高可靠、低成本、简单实用、多机互连的分布式测控系统。

2 CAN与RS-485物理层特性比较

CAN总线在物理层个有专用接口电路，该类接口电路具有特色。

CAN总线与RS-485总线物理层特性的相同点有：

·二线制、半双工串行通信;

·差分传送、平衡接收;

·传输介质为双绞线;

·需终端匹配电阻器;

·通信电路可在5V电源条件下工作。

CAN总线与RS-485总线相比，CAN总线通信物理层接口电路(以PCA82C250为例)具有如下优点：

·完全符合ISO11898国际标准;

CAN总线通讯基于51单片机应用第一章 前 言

1.1 概述

控制器局域网（CAN－Controller Area Network）属于现场总线（Fieldbus）的范畴，是众多的属于现场总线标准之一，它适用于工业控制系统，具有通信速率高、可靠性强、连接方便、性能价格比高等诸多特点。它是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络，以其短报文帧及CSMA/CD-AMP（带有信息优先权及冲突检测的载波监听多路访问）的MAC（媒介访问控制）方式而倍受工业自动化领域中设备互连的厚爱。CAN的应用范围遍及从高速网络到低成本的多线路网络，它可以应用于汽车系统、机械、技术设备和工业自动化里几乎任何类型的数据通信。

随着计算机硬件、软件及集成电路技术的迅速发展，同时消费类电子产品、计算机外设、汽车和工业应用等的需求不断增加。高速、高可靠和低成本的通信介质的要求也随之提高。现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一，它为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持。

微处理器中常用的串行总线是通用异步接收器传输总线(UART)、串行通信接口(SCI)、同步外设接口(SPI)、内部集成电路(I2C)和通用串行总线(USB)，以及车用串行总线，包括控制器区域网(CAN)和本地互连网(LIN)等。这些总线在速度、物理接口要求和通信方法学上都有所不同。

在计算机数据传输领域内，长期以来使用的通信标准，尽管被广泛使用，但是无法在需要使用大量的传感器和控制器的复杂或大规模的环境中使用。控制器局部网CAN(CONTROLLER AERANETW0RK)就是为适应这种需要而发展起来的。随着汽车电子技术的发展，消费者对于汽车功能的要求越来越多，汽车上所用的电控单元不断增多，电控单元之间信息交换的需求，使得电子装置之间的通讯越来越复杂，同时意味着需要更多的连接信号线，这就促进了车用总线技术的发展。CAN