CAN總線在糧情自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用

介紹基于CAN的糧情自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，著重討論了利用CAN總線進(jìn)行通信的通信規(guī)程。
??? 關(guān)鍵詞：糧情；自動(dòng)檢測(cè)；CAN總線；通信協(xié)議?

1系統(tǒng)的構(gòu)成
1.1系統(tǒng)原理框圖
??? 智能化糧情檢測(cè)系統(tǒng)以PC兼容機(jī)(或工控機(jī))為主機(jī)；單片機(jī)通過模擬開關(guān)管理多路水分、溫度、濕度傳感器，構(gòu)成置于糧庫(kù)內(nèi)各糧倉(cāng)的分機(jī)。主機(jī)通過CAN總線與分機(jī)連接。系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。?

??? 系統(tǒng)的一臺(tái)主機(jī)可以連接1～110個(gè)分機(jī)，每個(gè)分機(jī)可以根據(jù)倉(cāng)容選擇連接1～64個(gè)水分傳感器、1～184個(gè)溫度傳感器和1～8個(gè)濕度傳感器。其中水分檢測(cè)信號(hào)經(jīng)調(diào)理電路的放大、整理、濾波、線性化等處理后，成為0～5V與糧食水分含量呈線性比例關(guān)系的直流信號(hào)，通過模擬開關(guān)選通，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后送單片機(jī)進(jìn)行信息處理；集成濕度傳感器輸出的模擬檢測(cè)信號(hào)通過模擬開關(guān)選通，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后送入單片機(jī)；數(shù)字溫度傳感器輸出的數(shù)字信號(hào)通過模擬開關(guān)選通后直接送單片機(jī)的I/O口。單片機(jī)對(duì)各路檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波等信息預(yù)處理后，通過CAN總線，將測(cè)量信息送給主機(jī)處理。主機(jī)可完成測(cè)量數(shù)據(jù)表格、二維與三維圖形、糧情預(yù)測(cè)與報(bào)警、危糧處理建議、歷史數(shù)據(jù)查詢等顯示和打印功能。?
1.2主機(jī)
??? 智能化糧情檢測(cè)系統(tǒng)的主機(jī)采用流行配置的工控機(jī)，主機(jī)安放在糧庫(kù)的監(jiān)測(cè)中心。每個(gè)主機(jī)可接多至上百個(gè)由CAN器件、單片機(jī)及其外圍電路組成的分機(jī)節(jié)點(diǎn)。上位機(jī)負(fù)責(zé)接收從分機(jī)節(jié)點(diǎn)傳來的通道數(shù)據(jù)，并且通過CAN總線向各分機(jī)節(jié)點(diǎn)發(fā)送控制信息或命令。上位機(jī)采用VC完成系統(tǒng)的界面設(shè)計(jì)與通信編程，以數(shù)據(jù)和曲線的方式輸出測(cè)量結(jié)果，并可查詢過去一年內(nèi)的溫度、濕度、水分測(cè)量值。若干上位機(jī)可以通過網(wǎng)絡(luò)連接起來，實(shí)現(xiàn)不同地區(qū)不同倉(cāng)庫(kù)的信息傳遞，以便上級(jí)管理部門統(tǒng)一調(diào)度和管理。
??? 主機(jī)與分機(jī)間的通信距離最大可達(dá)10km，分機(jī)中各傳感器的信息傳輸距離大于200m。?
1.3分機(jī)節(jié)點(diǎn)
??? 分機(jī)節(jié)點(diǎn)由CAN器件、單片機(jī)、A/D轉(zhuǎn)換器、模擬開關(guān)、傳感器及其調(diào)理電路組成。CAN控制器芯片采用PHILIPS公司的PCA82C200，它通過PCA82C250總線驅(qū)動(dòng)器接至總線。為了保證通信的順暢進(jìn)行，避免干擾信號(hào)的影響，在82C200與82C250之間接光電隔離器6N137。單片機(jī)選用MCS51系列的89C51，由它來控制模擬開關(guān)，處理由水分傳感器組在某時(shí)刻所測(cè)得的倉(cāng)庫(kù)糧食的水分含量等。另外，這里的調(diào)理電路用來將傳感器測(cè)得的交變信號(hào)進(jìn)行放大、濾波及線性化等處理，再由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。?
1.4CAN適配卡
??? CAN適配卡插于PC機(jī)內(nèi)部主板插槽上，其主要部分有CAN控制器82C200、微控制器80C31、32KB容量的雙口RAM、中斷申請(qǐng)電路及復(fù)位電路。CAN適配卡采用內(nèi)存映像的傳輸方式，負(fù)責(zé)將PC機(jī)發(fā)出的命令和控制信息傳送給報(bào)文標(biāo)識(shí)符所指定的CAN分機(jī)節(jié)點(diǎn)，將各分機(jī)節(jié)點(diǎn)傳來的數(shù)據(jù)傳輸給PC機(jī)。?
2CAN總線結(jié)構(gòu)
??? CAN簡(jiǎn)介見《儀表技術(shù)》前年第6期相關(guān)文獻(xiàn)。
??? 對(duì)于CAN器件，其驗(yàn)收碼寄存器ACR與驗(yàn)收屏蔽寄存器AMR被稱為報(bào)文濾波器。如果滿足下列條件之一，那么空閑總線上的報(bào)文即可被正確接收：(1)報(bào)文標(biāo)識(shí)符高8位與驗(yàn)收碼寄存器在驗(yàn)收屏蔽寄存器所屏蔽的位之外的各位對(duì)應(yīng)相等；(2)若驗(yàn)收屏蔽寄存器的8位全為1，那么報(bào)文可被無條件接收。
??? CAN接口電路如圖2所示。圖中PCA82C250是CAN控制器和物理總線之間的接口，提供向總線的差動(dòng)發(fā)送能力和對(duì)CAN控制器的差動(dòng)接收能力，其最高速率達(dá)1Mbps。RS為斜率電阻，通過將其接地可選擇高速工作方式。實(shí)驗(yàn)證明，其與地之間的電阻為16k左右能夠更好的完成工作。6N137為高速光電隔離器件，其速率最高為10Mbps。?
3系統(tǒng)通信協(xié)議?
3.1系統(tǒng)的通信過程
??? 系統(tǒng)的每個(gè)通道數(shù)據(jù)需要兩個(gè)字來存放，且其中第一字節(jié)存放小數(shù)點(diǎn)前兩位，另一字節(jié)存放后兩位。PC機(jī)可以點(diǎn)名某下位機(jī)所采集的測(cè)量數(shù)據(jù)；另外，下位單片機(jī)將所采到的數(shù)據(jù)經(jīng)相應(yīng)處理后也可以通過總線主動(dòng)申請(qǐng)發(fā)送，要求PC機(jī)接收。所有這些過程均采用基于多主競(jìng)爭(zhēng)的總線仲裁方式來完成。?
3.2標(biāo)識(shí)符低三位的設(shè)置
??? 82C200發(fā)送和接收緩存器均為10個(gè)字節(jié)的寄存器，它們的第一字節(jié)是標(biāo)識(shí)符的高8位，第二字節(jié)高3位為標(biāo)識(shí)符的低三位ID2～I(xiàn)D0。這三位連同標(biāo)識(shí)符的其他各位，以及緊接著的RTR位一起組成該報(bào)文的優(yōu)先權(quán)。報(bào)文標(biāo)識(shí)符低三位ID0～I(xiàn)D2在該系統(tǒng)中的含義見表1。?

3.3通信流程圖
??? (1)節(jié)點(diǎn)外部中斷流程圖
??? 節(jié)點(diǎn)外部中斷流程圖如圖3所示，初始化CAN控制器后，開放全部四個(gè)中斷，開始進(jìn)行中斷判斷。?

??? (2)節(jié)點(diǎn)接收子程序部分流程圖
??? 節(jié)點(diǎn)接收子程序部分流程圖如圖4所示。當(dāng)新報(bào)文被存貯在接收緩存器中時(shí)，CAN控制器便向微控制器申請(qǐng)接收中斷；微控制器響應(yīng)中斷后，從接收緩存器中讀取報(bào)文，并釋放接收緩存器。然后，微控制器根據(jù)該報(bào)文的內(nèi)容，進(jìn)行相應(yīng)處理。整個(gè)過程均以基于優(yōu)先權(quán)的總線仲裁方式進(jìn)行。?