CAN总线智能传感器节点设计

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。

1 引言can（controller area network）即控制器局域网络，最初是由德国bosch公司为解决汽车监控系统中的自动化系统集成而设计的数字信号通信协议，属于总线式串行通信网络。

由于can总线自身的特点，其应用领域由汽车行业扩展到过程控制、机械制造、机器人和楼宇自动化等领域，被公认为最有发展前景的现场总线之一。

can总线系统网络拓扑结构采用总线式结构，其结构简单、成本低，并且采用无源抽头连接，系统可靠性高。

本设计在保证系统可靠工作和降低成本的条件下，具有通用性、实时性和可扩展性等持点。

2 系统总体方案设计整个can网络由上位机（上位机也是网络节点）和各网络节点组成（见图1）。

上位机采用工控机或通用计算机，它不仅可以使用普通pc机的丰富软件，而且采用了许多保护措施，保证了安全可靠的运行，工控机特别适合于工业控制环境恶劣条件下的使用。

上位机通过can总线适配卡与各网络节点进行信息交换，负责对整个系统进行监控和给下位机发送各种操作控制命令和设定参数。

网络节点由传感器接口、下位机、can控制器和can收发器组成，通过can收发器与总线相连，接收上位机的设置和命令。

传感器接口把采集到的现场信号经过网络节点处理后，由can收发器经由can总线与上位机进行数据交换，上位机对传感器检测到的现场信号做进一步分析、处理或存储，完成系统的在线检测，计算机分析与控制。

本设计can总线传输介质采用双绞线。

图 1 can总线网络系统结构3 can总线智能网络节点硬件设计本文给出以arm7tdmi内核philips公司的lpc2119芯片作为核心构成的智能节点电路设计。

该智能节点的电路原理图如图2所示。

该智能节点的设计在保证系统可靠工作和降低成本的条件下，具有通用性、实时性和可扩展性等特点，下面分别对电路的各部分做进一步的说明。

图2 can总线智能网络点3.1 lpc2119处理器特点lpc2119是philips公司推出的一款高性价比很处理器。

符合CAN总线规范的热敏电阻传感节点设计杨中兴【摘要】热敏电阻是具有测温准确、性能良好等优点,在测控领域被大量作为测量温度的传感器使用.本文讨论热敏电阻的特性及线性化方法,并以热敏电阻作为感温元件,设计一种符合CAN总线规范的热敏电阻传感节点,以利于实现温度的大规模智能化、分布式检测和控制.【期刊名称】《传感器世界》【年(卷),期】2016(022)003【总页数】5页(P17-21)【关键词】热敏电阻;传感器;CAN总线;结点【作者】杨中兴【作者单位】辽宁建筑职业学院自动控制系,辽宁辽阳111000【正文语种】中文【中图分类】TP212一、引言热敏电阻器（Thermally Sensitive Resistor，简称Thermistor）是一类常见的敏感元件，其典型特点是对温度敏感，不同的温度下表现出不同的电阻值。

热敏电阻具有外形小、加工优秀、阻抗值大、阻抗温度系数大、相对于1℃的温度变化阻抗变化量大、信号层次高、电路简单、价格便宜等诸多优点。

在所有温敏元件中，热敏电阻占有极为重要的位置，占整个温敏元件总量的几乎40%。

[1]按照温度系数不同分为正温度系数热敏电阻器（PTC）和负温度系数热敏电阻器（NTC）。

通常所说的热敏电阻指的是负温度系数的热敏电阻器。

NTC热敏电阻是一种以过渡金属氧化物为主要原材料经高温烧结而成的半导体陶瓷元件，它具有非常大的负温度系数，电阻随环节温度变化，即在一定的测量功率下，电阻值随温度上升而迅速下降。

利用这一特性，可通过测量NTC热敏电阻的阻值来确定相应的温度，从而达到检测和控制温度的目的。

控制器局域网（Controller Area Network, CAN）是一种串行通信协议，其传输速率可达1Mbps，能够有效支持具有高安全等级的分布式实时控制。

CAN总线标准由德国BOSCH公司开发，并最终成为国际标准（ISO 11898），其应用范围非常广泛，从高速的网络到低价位的多路配线都可以使用CAN。

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。

基于单片机的智能传感器CAN总线接口硬件设计随着智能化技术的不断发展，人们越来越关注智能系统的搭建，传感器技术的应用也越来越广泛，单片机技术更是在这个背景下广受关注。

在实现智能传感器的联网和信息处理方面，CAN总线作为一种主要网络协议，已经被广泛应用。

在这种情况下，智能传感器必须具有相应的CAN总线接口设计。

本文将介绍基于单片机的智能传感器CAN总线接口硬件设计。

1、 CAN总线介绍CAN（Controller Area Network）总线是一种串行通信协议，主要用于多个控制节点之间的实时数据传输。

CAN总线的通讯速度高，误码率低，具有自适应性等特点。

CAN总线的应用包括工业控制系统、汽车电子控制系统等。

2、硬件设计原理基于单片机的智能传感器CAN总线接口硬件设计需要根据自己的实际需求进行选择。

以STM32单片机为例，STM32单片机的CAN总线接口包括CAN1和CAN2，这两个接口在硬件电路上都有Rx和Tx引脚和节点电阻。

3、硬件设计流程（1）选择STM32单片机在选取单片机的时候，需要根据实际应用场景来选择。

STM32单片机有许多系列，每个系列又有不同的型号，不同型号的单片机内置了不同的外设，需要根据实际需求进行选择。

同时，要根据芯片性价比、性能、功耗等因素进行考虑。

（2）CAN总线选择在硬件设计中，需要选择CAN总线芯片，这个芯片需要支持CAN2.0A和CAN2.0B协议，并且需要支持高速通讯。

同时，要注意芯片的封装和额定工作温度等特性。

（3） CAN总线硬件连接在硬件连接中，需要将CAN总线芯片的Rx和Tx引脚和单片机的CAN1或CAN2接口相连，同时还需添加适当的电流限制电阻和终端电阻。

（4） CAN总线软件调试最后，需要对硬件电路进行软件调试，包括使用标准的CAN总线协议进行通信、CAN总线的数据传输、接收和发送数据、调试CAN中断等。

4、总结基于单片机的智能传感器CAN总线接口硬件设计需要根据实际需求进行选择，在硬件设计中需要选择合适的单片机、CAN总线芯片，并进行正确的硬件连接。