一种基于CAN总线技术的数据采集系统设计.pdf
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1、邮局订阅号:8 2 - 9 4 63 6 0元/年 技 术 创 新 嵌 入 式 网 络 技 术 应 用 P L C技术应用2 0 0例 您的论文得到两院院士关注 一种基于 C A N总线技术的数据采集系统设计 T h eD e s i g no f D a t aA c q u i r e me n t S y s t e m B a s e dO nC a nB u sT e c h n o l o g y (海军工程大学)嵇斗王向军 J I D O U WA N GX I A N G J U N 摘要:在海洋环境中,可能需要对多种物理参数进行采集与传输。 本文在分析比较多种远程数据传输方式
2、的基础上,提出一种 基于C A N总线技术的远程数据采集系统的硬件和软件设计方案。 使用该系统对水下物理场进行了数据采集实验, 结果表明 该系统通信速率高、 传输距离远、 可靠性好且性价比高。 关键词: C A N ;现场总线;数据采集 中图分类号: T N 9 1 9 . 5文献标识码: B A b s t r a c t :I no c e a ne n v i r o n m e n t , i t i sd e m a n d e dt oc o l l e c t a n dt r a n s m i t v a r i o u sp a r a m e t e r sa t r e
3、 a l t i m ea n dl o n gd i s t a n c e . An o v e l h a r d w a r ea n ds o f t w a r ed e s i g np r o j e c t i o no f l o n gd i s t a n c ed a t aa c q u i r e m e n t b a s e do nC A Nb u si sp r o p o s e da f t e ra n a l y z i n gs e v e r a l o t h - e r l o n gr a n g ed a t ac o l l e c
4、t i o ns t y l e si nt h i sp a p e r . T h ee x p e r i m e n t a l r e s u l t o f s h i pe l e c t r o m a g n e t i cf i e l dc o l l e c t i o np r o v e dt h eh i g hp e r - f o r m a n c eo f t h i ss y s t e mi na s p e c t so f r a p i dd e l i v e r i n g , f a r d i s t a n c e , h i g hr
5、 e l i a b i l i t ya n df i n ep e r f o r m a n c ep r i c er a t i o . K e y w o r d s : C A N , F i e l dB u s , D a t aA c q u i r e me n t 文章编号: 1 0 0 8 - 0 5 7 0 ( 2 0 0 6 ) 1 1 -2- 0 0 3 7 - 0 3 1引言 海洋环境中, 由于测量现场离岸较远, 环境恶劣, 必须将测量装置与计算机系统分开, 构成远程数据采 集系统。远程数据采集系统的数据传输方式一般有两 种: 频率量传输和串行通信。频率量抗干
6、扰能力强, 便 于远距离传送, 但这种远程的频率测量一般仅适用于 几十赫兹以下的较低频率范围。在串行通信中,R S - 2 3 2通信标准数据传输速率慢 ( 通常异步通信速率限 制在1 9 . 2 k b p s以下) ,传送距离短 ( 一般电缆长度为 1 5 m) ,不适于用作远程数据采集系统;R S - 4 4 9、R S - 4 2 2及R S - 4 2 3等通信标准, 实时性不强;R S - 4 8 5只能 构成主从式结构系统, 通信方式也只能以主站轮询的 方式进行, 系统的实时性、 可靠性较差; 且当系统出现 多节点同时向总线发送数据时,会导致总线呈现短 路, 从而损坏某些节点的现
7、象。 C A N ( C o n t r o l l e r A r e aN e t w o r k )总线属于现场总线 的范畴, 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。C A N总线通信接口中集成了C A N协 议的物理层和数据链路层功能, 可完成对通信数据的 成帧处理。C A N协议的一个最大特点是废除了传统的 站地址编码, 而代之以对通信数据块进行编码。采用 这种方法的优点是使网络内的节点个数在理论上不 受限制, 数据块的标识码可由1 1位或2 9位二进制数 组成,因此可以定义2 1 1或2 2 9个不同的数据块, 这 种按数据块编码的方式, 还可使不同的节点同时接收
8、到相同的数据。数据段长度为8个字节, 不会占用总 线时间过长, 从而保证了通信的实时性。C A N协议采 用C R C检验并可提供相应的错误处理功能, 保证了数 据通信的可靠性。 2系统设计 远程数据采集系统要求传感器与测量装置位于测 量现场, 计算机系统在岸上或船上, 它们之间距离经常 在几百米, 有时甚至达到几公里。 因此, 连接导线少, 维 护费用低就显得尤为重要。本文中测量系统针对磁场 (3分量) 、 电场(3分量) 、 倾角参数(2分量) , 用C A N来 构建远程水下数据采集系统, 采用3个测量节点, 分别 对上述8路传感器信号实现实时采集与传送。远程水 下数据采集系统的结构框图
9、如图如图1所示。 图1测量系统结构框图 远程数据采集系统主要由两部分组成: 岸上接收 处理部分和水下测量装置。为了延长电池的使用时 嵇斗:讲师 硕士 海军工程大学科研项目基金资助( 0 3 6 5 ) 3 7 - - 技 术 创 新 中文核心期刊微计算机信息(嵌入式与S O C) 2 0 0 6年第2 2卷第1 1 -2期 3 6 0元/年 邮局订阅号:8 2 - 9 4 6 现场总线技术应用2 0 0 例 嵌 入 式 网 络 技 术 应 用 间,从岸上来控制水下测量体部分电池电源的通断。 数据采集系统使用的是四芯纵向密封海水电缆, 两路 传输数据, 另两路控制电池电源。 2 . 1硬件电路设
10、计 传感器采用磁场三分量测量模块, 电场三分量测 量模块, 倾角2分量测量模块。信号处理电路中将各 信号进行放大和滤波,放大采用两片L M 1 4 8四运放, 滤波器是由运算放大器构成的两个有源低通滤波二 阶节的级联。单片机系统将电场三分量信号、 磁场三 分量信号和两个姿态角信号共8路信号轮流选通送 入A / D进行转换,A / D转换选用B - B公司生产的1 6 位芯片A D S 7 8 0 5, 其输入电压范围为 1 0 V, 输出1 6位 和8位可选, 这里使用1 6位并行输出, 其控制信号由 单片机的口线P 1 . 0、P 1 . 1和P 1 . 2产生,单片机系统的 结构框图如图2
11、所示。单片机采用P H I L I P S的是有再 片C A N功 能 的 微 控 制 器P 8 7 C 5 9 2, 晶 振 频 率 为 1 6 M H z,P 0口和P 2口用作数据线和地址线,P 4口和 P 5口用作1 6位模数转换器的高8位和低8位并行数 据线。P 1 . 6、P 1 . 7用于C A N总线,P 1 . 2 、P 1 . 3和P 1 . 4控 制八选一多路转换器M A X 3 0 8的通道。P C 8 2 C 2 5 0为 C A N总线收发器,是C A N控制器和物理总线间的接 口, 提供对总线的驱动发送能力 、 对C A N控制器的差 动发送能力和对C A N控制
12、器的差动接收能力。 它有很 强的抗瞬间干扰和保 护总线的能力; 有3种不同的工 作方式即高速、 斜率控制和待机。总线上的某节点掉 电不会 影响总线,在4 0m内实现高速应用可达1 M b p s。主机接收端使用P C L - 8 4 1,P C L - 8 4 1可直接插 在计算机的I S A扩展槽内, 计算机为P C L - 8 4 1分配内 存地址, 并将其作为标准内存进行读写, 内存地址可 通过跳线设置为C 8 0 0 H至E F 0 0 H中4 0个基地址中 的任一个。 是内置C A N控制器的C A N总线通信卡, 它 提供总线仲裁和错误检测并自动重发送功能, 从而避 免了数据丢失,
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