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基于Can总线瓦斯智能传感器的通信应用研究[摘要]目前制约煤炭发展的主要问题是煤矿安全问题。
而瓦斯事故又是煤矿安全中的重中之重。
煤矿瓦斯气体监测的系统是保证煤矿生产安全的必备设备，本文针对矿井瓦斯监控的特点，分析了当前流行的现场总线特点，提出基于can总线煤矿瓦斯气体监测的网络系统。
着重介绍智能传感器的中央处理单元所用单片机为at89s51作为can总线煤矿瓦斯智能节点，研究设计can总线通信接口与智能节点的接口设计等。
通过研究设计表明智能节点具有简单明了、体积小、性能高、成本低廉、抗干扰能力强等特点，能够满足煤矿瓦斯气体监测的网络系统要求。
[关键词]传感器；can总线；网桥；单片机现场总线是应用于过程自动化和制造自动化中的，实现现场智能化设备与高层设备之间互联的，全数字、串行、双向的通信网络，通过该技术可以实现跨网络的分布式控制。
现场总线是当今自动化领域发展的热点之一，被誉为自动化领域的计算机局域网，其作为工业数据通信网络的基础，沟通了生产过程现场设备之间及其与更高控制管理层之间的联系。
现场总线不仅是一个基层网络，而且还是一种开放式、新型全分布式的控制系统。
现场总线是以智能传感器、控制、计算机、数据通信等为主要内容的综合技术具有节省硬件数量和投资、节省安装费用、节省维护开销、使用户具有高度的系统集成主动权以及提高了系统的准确性和可靠性等优点。
所以其受到世界范围的关注而成为自动化技术发展的热点，并将导致自动化系统结构与设备的深刻变革。
目前，现场总线种类众多而且没有统一的标准，根据瓦斯监测监控系统要求，在众多现场总线中，以下几种比较适合矿井应用：（1）rs-485总线rs-485总线协议是目前工业现场常用的总线之一。
该总线数据信号采用差分传输方式，最大传输距离约为1.2km（速率100kb／s），最大传输速率为10mb／s。
rs-485工作模式为半双工，同一时刻总线上只能有一个节点发送数据，不能实现多主结构，如果有两个以上节点同时发送数据，总线将会因“短路”而出现问题。
基于CAN总线的火灾智能监控系统设计作者：尚姝钰刘金桂来源：《数字技术与应用》2012年第11期摘要：基于CAN总线和智能控制技术，设计了一种基于CAN总线的火灾实时监控报警系统。
本设计采用主从式结构。
主节点具有液晶显示功能；从节点负责温度、气体浓度采集并具有联动灭火功能。
本系统与传统火灾监控系统相比具有突出的可靠性、实时性和灵活性，具有较高的应用价值。
关键词：火灾报警 CAN总线实时监控 SJA1000中图分类号：TP277 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2012）11-0026-01随着我国经济的发展，建筑物的火灾隐患也日益增多。
传统火灾探测报警系统大多是采用RS485通信方式，用一种温度传感器监测现场环境。
本文研究的基于CAN总线的火灾智能监控系统与RS485总线相比，可靠性、实时性都有提升，同时也解决了总线控制、冲突检测、等方面的问题。
CAN总线是一种多主方式的串行通讯总线，具有高通讯速率、高抗电磁干扰性的特点，并且能够检测出可能产生的错误，保证了实时通讯的可靠性。
CAN总线在可靠性和实时性方面都有着RS485总线无法比拟的优点。
1、系统的总体设计该系统采用温度传感器、烟雾传感器采集的两种信息参数，作为火灾发生的早期信号复合判断标准。
当产生烟雾但火势还不明显的时候，温度传感器探测到现场的环境温度升高，当烟雾浓度超过感烟探测器的阈值时，控制器接收到信号，并进行灭火动作执行，即控制喷头喷水。
为了增强数据传输的可靠性和实时性，本系统采用CAN总线作为通信方式，设计以下主节点、从节点的系统模块。
主节点模块主要负责接收各个从节点的信息数据，并发送各种对应的显示信息，同时定时检测各从节点的工作情况。
从节点模块主要负责监测现场的火灾信号，若发现火灾早期信号就向主节点发送火警的信息并控制相应执行设备工作；若无火灾信号，则定时向主节点发送从节点对应的验证信号。
系统结构框图如图1所示。
其中，主节点的控制器可以向液晶显示屏传输监控数据，并进行报警，由时钟芯片记录火灾时间信息，EEPROM存储历史信息数据。
手把手教你设计CAN总线系列讲座(2)—CAN总线智能节点的设计在远程测控系统中，都要通过传感器或其他测量装置获取环境或相关的输入参数，传送到处理器，经过一定的算法，做出相应的控制决策，启动执行机构对系统进行控制，基于CAN总线的测控系统将单个测控设备变成网络节点，将控制系统中所需的基本控制、运行参数修改、报警、显示和监控等功能分散到各个远程节点中。
因此总线上的节点应该具有总线通信功能和测控功能，这必然离不开微处理器。
我们把具有这类功能的节点叫智能节点。
1 CAN网络节点结构和SJA1000的应用结构图一般把每个CAN模块分成不同的功能块。
这里以分布式恒温控制节点构成的CAN图1 CAN总线控制网络结构图控制网络为例（如图1所示），分析一下基于CAN总线的分布式网络节点的结构。
CAN节点由微处理器、CAN控制器SJA1000、光耦6N137模块和CAN驱动器82C50构成。
CAN控制器SJA1000执行在CAN规范里规定的完整的CAN协议，用于报文的缓冲和验收过滤，负责与微控制器进行状态、控制和命令等信息交换；在SJA1000下层是CAN收发器PCA82C50，它为CAN控制器和总线接口，它控制从CAN控制器到总线物理层或相反的逻辑电平信号，提供对总线的差动发送和对CAN控制器的差动接收功能。
光耦6N137起隔离作用。
图2 SJA1000的结构图所有这些CAN模块都由微处理器控制，它负责执行应用的功能，负责控制执行器（比如加热设备）、读传感器（比如温度）和处理人机接口。
如图2是SJA1000的应用结构图。
在CAN规范里，CAN核心模块控制CAN帧的发送和接收。
接口管理逻辑负责连接外部微处理器，该控制器可以是单片机、DSP或其他器件。
经过SJA1000复用的地址/数据总线访问寄存器和控制读写选通信号。
SJA1000的发送缓冲器能够存储一个完整的报文（扩展的或标准的）。
当微处理器初始化发送接口管理逻辑，CAN核心模块就会从发送缓冲器读CAN报文。
基于CAN总线技术的温度传感器设计与研发作者：赵子乾来源：《中国科技纵横》2013年第02期【摘要】本文对CAN总线技术及温度传感器的原理及特性做了深入的研究，并结合这两种先进工业技术设计了一套温度控制系统，设计实验并验证了该系统的优越性及可行性。
【关键词】 CAN总线智能温度传感器1 引言当今，国内温度测控系统主要存在系统响应时间过长、实时性较差、测控精度较低且易受环境因素影响等不足。
温度传感器是指能够感受到被测对象的温度，并将其转化为可用的输出信号的一种传感器。
温度传感器是温度测量系统的核心部分，由于温度测量在生活中的普遍应用，温度传感器的使用数量在各种传感器的应用中占据首位，约占总体数量的50%左右。
温度传感器随温度而引起的物理参数变化有以下几种：膨胀系数、电容值、电阻值、电动势能、磁性能、频率、光学特性及热噪声等。
CAN是控制器局域网络（Controller Area Network，CAN）的简称，是由研发和生产汽车电子产品著称的德国BOSCH公司开发了的，并最终成为国际标准（ISO11898）。
CAN总线技术进入我国以来，在经历了引进、使用阶段后，自2000年以来，国内许多相关厂商对该总线技术进行了不懈的研究与开发，取得了一定的成果，目前，国内CAN总线技术已经在汽车控制、数控机床、医疗器械和楼宇自动化等众多领域得到了应用，是受到广泛关注的总线技术之一。
将CAN总线技术同温度传感器技术相结合，可以使温度传感器的可靠性，安全性和高精度性等方向得到更大的提升。
2 温度传感器系统的设计本课题的研究目的是设计多个基于CAN总线的温度测量系统建立，以便构成多点温度测量网络系统，主要的核心问题是对环境温度参数的采集、计算和反馈以及各个CAN节点整体和相互间数据的传递。
由于系统中使用了温度传感器，而且还要实现各节点远距离通信，因此对核心控制系统的选择就有了特殊的要求。
对本项目来说，考虑到硬件电路的设计简单可靠，成本上也必须有所兼顾。
基于的C A N总线智能传感器节点设计SANY标准化小组 #QS8QHH-HHGX8Q8-GNHHJ8-HHMHGN#基于82527的CAN总线智能传感器节点设计摘要：介绍一种以8051微控制器和82527独立CAN总线控制器为核心组成的CAN总线智能传感器节点的设计方法，并给出其硬件原理图和初始化程序。
关键词：CAN总线 82527 单片机数据采集智能节点引言CAN（Controller Area Network，控制局域网）属于工业现场总线，是德国Bosch公司20世纪80年代初作为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器间的数据交换而开发的一种通信协议。
1993年11月，ISO正式颁布了高速通信控制局域网（CAN）的国际标准（ISO11898）。
CAN总线系统中现场数据的采集由传感器完成，目前，带有CAN总线接口的传感器种类还不多，价格也较贵。
本文给出一种由8051单片机和82527独立CAN总线控制器为核心构成的智能节点电路，在普通传感器基础上形成可接收8路模拟量输入和智能传感器节点。
1 独立CAN总线控制器82527介绍82527是Intel公司生产的独立CAN总线控制器，可通过并行总线与Intel和Motrorola的控制器接口；支持CAN规程标准，具有接收和发送功能并可完成报文滤波。
82527采用CHMOS 5V工艺制造，44脚PLCC封装，使用温度为-44～+125℃，其引脚的排列和定义参见参考文献[1]。
（1）82527的时钟信号82527的运行由2种时钟控制：系统时钟SCLK和寄存器时钟MCLK。
SCLK 由外部晶振获得，MCLK对SCLK分频获得。
CAN总线的位定时依据SCLK的频率，而MCLK为寄存器操作提供时钟。
SCLK频率可以等于外部晶振XTAL，也可以是其频率的1/2；MCLK的频率可以等于SCLK或是其频率的1/2。
系统复位后的默认设置是SCLK=XTAL/2，MCLK=SCLK/2。
（2）82527的工作模式82527有5种工作模式：Intel方式8位分时复用模式；Intel方式16位分时复用模式；串行接口模式；非Intel方式8位分时复用模式；8位非分时复用模式。
本文应用Intel方式8位分时复用模式，此时82527的30和44脚接地。
（3）82527的寄存器结构[2]82527的寄存器地址为00～FFH.下面根据需要对寄存器给予介绍。
①控制寄存器（00H）：CCE——改变配置允许位，高电平有效。
该位有效时允许CPU对配置寄存器1FH、2FH、3FH、4FH、9FH、AFH写操作。
EIE——错误中断允许位，高电平有效。
该位一般置1，当总线上产生异常数量的错误时中断CPU。
SIE——状态改变中断允许位，高电平有效。
该位一般置0。
IE——中断允许位，高电平有效。
INIT——软件初始化允许位，高电平有效。
该位有效时，CAN停止收发报文，TX0和TX1为隐性电平1。
在硬件复位和总线关闭时该位被置位。
②CPU接口寄存器（02H）：RSTST——硬件复位状态位。
该位由82527写入，为1时硬件复位激活，不允许对82527访问；为0时允许对82527访问。
DSC——SCLK分频位。
该位为1，SCLK=XTAL/2；为0，SCLK=XTAL。
DMC——MCLK分频位。
该位为1，MCLK=SCLK/2；为0，MCLK=SCLK。
PWD——掉电模式使能位，高电平有效。
SLEEP——睡眠模式使能位，高电平有效。
MUX——低速物理层复用标志位。
该位为1，ISO低速物理层激活，PIN24=VCC/2，PIN11=INT#（＃表示取反）；该位为0，PIN24=INT#，PIN11=。
CEN——时钟输出允许位，高电平有效。
③标准全局屏蔽寄存器（06～07H）。
该寄存器用于具有标准标识符的报文，或XTD置0的报文寄存器。
该方式称为报文接收滤波。
当某位为1时，报文标识符的相应位必须匹配；为0时，不必匹配。
④扩展全局屏蔽寄存器（08～0BH）。
该寄存器用于扩展报文格式，或XTD置1的报文寄存器，其作用与③相同。
⑤总线配置寄存器（2FH）：COBY——旁路输入比较器标志位，高电平有效。
POL——极性标志位。
为1，如果旁路输入比较器，RX0的输入逻辑1为显性，逻辑0为隐性；为0，则反之。
DCT1——TX1输出切断控制位。
为1，TX1输出不被驱动，该模式用于1根总线的情况，2根差分导线短路；为0，TX1输出被驱动。
DCR1——RX1输入切断控制位。
为1，RX1与输入比较器的反相端断开，接至VCC/2；为0，RX1接至输入比较器反相端。
DCR0——RX0输入切断控制位。
作用与DCR1相同，此时RX0接至比较器同相端。
⑥位定时寄存器0（3FH）；SJW——同步跳转宽度位场，编程值1～3。
BRP——波特率分频位场，编程值0～63。
⑦位定时寄存器1（4FH）：SPL——采样模式标志位。
1表示每位采样3次；0表示每位采样1次。
TSEG1——时间段1位场，编程值2～15。
TSEG1——时间段2位场，编程值1～7。
波特率=XTAL/[(DSC+1)*(BRP+1)*（3+TSEG1+TSEG2）]⑧报文寄存器（把每个寄存器的第1字节地址作为基址BASE）。
◇控制寄存器0，1（BASE+0，BASET+1）MSGVAL——报文寄存器有效标志位，高电平有效。
10置位，01复位。
TXIE——发送中断允许标志位，高电平有效。
10置位，01复位。
RXIE——接收中断允许标志位，高电平有效，10置位，01复位。
INTPND——中断申请标志位，高电平有效。
10置位，01复位。
RMTPND——远程帧申请标志位，高电平有效。
10置位，01复位。
TXRQST——请求发送标志位，高电平有效。
10置位，01复位。
MSGLST——报文丢失标志位，只用于接收报文寄存器。
10表示未读报文被新报文覆盖，01表示未覆盖。
CPUUPD——CPU更新标志位，只用于发送报文寄存器。
10报文不被发送，01报文可发送。
NEWDAT——新数据标志位。
10表示向寄存器写入了新数据，01表示无新数据写入。
◇仲裁寄存器0，1，2，3（BASE+2-BASE+5）存储报文标识符。
7 6 5 4 3 2 1 0DLC DIR XTD 保留◇报文配置寄存器（BASE+6）DLC——数据长度编码，编程值0～8。
DIR——方向标志位。
1发送，0接收。
XTD——标准/扩展标识符标志位。
1扩展标识符，0标准标识符。
◇数据寄存器（BASE+7-BASE+14）82527存储报文时，8个数据字节均被写入，未用到的字节数据是随机的。
2 硬件电路设计智能节点的电路如图1所示（图中6264略去）。
在硬件设计中，由ADC0809完成对8路模拟置的转换，与8051的信息交换采用查询方式，地址BFF8～BFFFH，其时钟可由ALE二分频获得；82527完成与CAN总线的信息交换。
本设计中，旁路了输入比较器，与8051的信息交换采用中断方式，地址7F00～7FFFH，可以用82527的P1口和P2口对开关量采集或对继电器进行控制。
82C250提供82527和物理总线间的接口，提高接收和发送能力。
可根据需要扩展程序存储器。
3 软件设计本设计软件采用MCS-51汇编语言编写，程序框图如图2所示。
82527的初始化程序如下：INT：MOV DPTR，＃0FF02HMOV A，＃00HMOVX @DPTR，A ；SCLK=XTAL；MCLK=SCLK,CLKOUT无效MOV DPTR，＃0FF00HMOV A，＃41HMOVX @DPTR，A ；置位CCE，INITMOV DPTR，＃0FF2FHMOV A，＃48HMOVX @DPTR，A ；旁路输入比较器设置1位隐性，0为显性，RX1无效MOV DPTR，＃0FF3FH；MOV A，＃43H；MOVX @DPTR，A ；SJW=2，BRP=3MOV DPTR，＃0FF4FHMOV A，＃0EAHMOVX @DPTR，A ；SPL=1,TSEG1=7，TSEG2=6此时波特率为100Kbps MOV DPTR，#0FF00H；MOV A，＃01HMOVX @DPTR，A ；禁止对配置寄存器的访问MOV DPTR，＃0FF10H；MOV A，＃55H；MOVX @DPTR，A；INC DPTR；MOVX @DPTR，A；··MOV DPTR，＃0FFF0H；MOV A，＃55H；MOVX @DPTR，AINC DPTR；MOVX @DPTR,A ;报文寄存器控制位初始化MOV R0，＃06H；MOV DPTR，＃0FF06H；MOV A，＃0FFH；L1：MOVX @DPTR，A ；报文标识符需全部匹配INC DPTRDJNZ R0，L1；MOV DPTR，＃0FF16H；MOV A，＃8CH ；报文寄存器1可发送8个字节扩展报文MOVX @DPTR,A;MOV DPTR,#0FF26H;MOV A,#84H;MOVX @DPTR,A ;报文寄存器2可接收8个字节扩展报文MOV DPTR，＃0FF00H；MOV A，＃00H；MOVX @DPTR，A ；初始化结束Lonworks现场总线由美国Echelon公司于1993年推出，由于其开放的网络操作系统、标准的网络通信协议、丰富的介质接口模板、支持多种介质之间相互通信等特点，在工业控制领域得到了广泛响应。
目前已有多种支持Lonworks技术的芯片，Echelon公司的神经元芯片NeuronC31是一种集3个8位CPU及网络通信协议（LonTalk协议）为一体的芯片。
采用该芯片构成的智能节点在Lonworks现场总线控制网络中起着举足轻重的作用，它能使现场设备之间相互通信，快速地交换信息，以满足系统实时监控的要求。
但由于3150神经元芯片只提供11个通用I/O口，不能满足采集量和控制量要求较多的现场设备的要求，因此研究和开发基于神经元芯片的多点I/O的智能节点，是一项有意义的工作。
1 NeuronC3150神经元芯片的特点NeuronC芯片既是Lonworks技术的核心也是智能节点的核心，目前由Toshiba和Motorola两家公司生产，主要包括NeuronC3150和NeuronC3120两种系列。
3150芯片中包括E2PROM和RAM存储器，同3120芯片区别在于它无内部ROM，但具有访问外部存储器的接口，寻址空间可达64Kbyte。
从这一点来说，3150比3120在节点开发上具有更好的灵活性。
3150芯片内部带有3个8位微处理器：一个用于链路层的控制，另一个用于网络层的控制，第三个用于执行用户的应用程序。
该芯片还包含11个I/O口和完整的LonTalk通信协议，它同时具有通信和控制功能。
