CAN总线技术的认识及方案设计

在当今社会，人们的物质生活水平面日益进步，对商品的质量要求越来越高。这样，商品的存储环节的工作变得愈显重要，这关系到商品的质量保持的时间是非与否。而对存储最基本的要求就是存储区内的温度、湿度要求等。现在的存储环境条件检测大多是靠机械式仪表来进行，而且是利用人工定时进行记录数据，结果是数据精度低、不够实时。有一些大型仓库是采用了电子检测设备，但也是主要进行局部检测，不能覆盖整个仓库区域。且当检测位置多、检测数据类型多时，检测装置的安装和与主机的通讯都显得过于复杂。这样，笔者就考虑使用CAN总线技术，把所有的检测装置用一根线连起来，就避免了每一单个检测装置都单独与主机相连的繁琐，降低了本钱，同时也充分利用了主机的资源。而CAN总线技术也能保证不同类型的数据信号在总线上安全的进行传输。

1 CAN总线简介

CAN总线能在极端恶劣的环境下运作，具有抗瞬间干扰的能力，其控制器接口有降低射频干扰的斜率控制；有较强的检错能力。CAN节点可在不要求所有节点及其应用层改变任何软件或硬件的情况下被接于CAN网络中。由于采用了很多新技术及独特的设计，CAN总线与一般的通讯总线相比，它的数据通讯具有突出的可靠性、实时性和灵活性。其特点如下：

· CAN为多主方式工作，网络上任意一个节点均可在任意时刻主动地向网络上其它节点发送信息，而不分主从，通讯方式灵活。

· 在报文标识符上，CAN上的节点分成不同的优先级，可满足不同的实时要求。

· CAN采用非破坏性总线仲裁技术。CAN节点只需通过对报文的标识符滤波即可实现点对点、一点对多点及全局广播等几种方式传送接收数据。

· 报文采用短帧结构，传输时间短，受干扰概率低，保证了数据出错率极低。

· CAN的每帧信息都有CRC校验及其他检错措施，具有极好的检错效果。

· CAN通讯介质可为双绞线、同轴电缆或光纤，可通过标准插接件方便地连接。

· CAN节点在错误严重的情况下，具有自动封闭总线的功能，切断它与总线的联系，以使总线上其它节点的操纵不受影响。

2 测控系统总体方案设计

环境参数测控系统设计为基于CAN总线的分布式丈量控制显示系统，主要用于仓库等大型空间内的各种环境参数的丈量、控制与显示，使环境参数达到物品存储的要求。

2.1 系统组成

环境参数测控系统包括4个主要的子系统，系统框图如图1所示。

图1 系统结构框图

(1) 计算机子系统。由产业控制计算机、显示器和打印机等组成。

(2) 数据传输通讯子系统。由装在上位机上的CAN总线通讯适配卡、装在前端调节执行机构上的通讯卡和数据传输通讯介质组成。

(3) 丈量传感器子系统。由电量传感器和CCD传感器组成。

(4) 调节执行机构控制子系统。由调节执行机构、力传感器和调节执行机构前端机组成。

2.2 系统工作原理

环境参数测控系统利用传输信号简单、通讯速率高、实时性强的CAN总线将一台上位机与一台前端机和众多的传感器连接起来，完成存储空间内的环境参数丈量，在经过主机处理后，再把控制信号传给执行前端机，以控制环境参数的变化。通讯介质可采用双绞线，也可采用75Ω同轴电缆。

电量传感器和CCD传感器主要完成环境中各参数的丈量任务。它包括CCD摄像机、信号采集板、A/D传感器、高速缓存等。调节执行机构主要完成对环境参数的调节作用，也就是根据主机的信号进行相应的操纵，使各环境参数保持在预先规定的范围内。它主要由大功率继电器、传感器、电流控制装置、可调整支架等组成。主机采用高性能工控机，具有高抗扰产业级电源，硬盘及机箱防磁、防尘。作为丈量控制通讯中心，主机主要完成测控系统有关参数的设置、测试通讯的分段标被测参数的整理计算、参数显示、打印输出、数据存盘及控制调节机构进行环境参数的调节动作。如此机接进了网络，也可实现与其它计算机的联网，实现数据共享。

3 测控系统主要分系统设计

3.1 数据传输通讯子系统

此系统由装在主机中的CAN总线通讯卡，装在调节执行机构中的通讯卡和数据传输介质组成。在本系统中，方案设计为PCI-CAN控制通讯卡，CAN控制器卡集成两路电气隔离的CAN通道，使工控机方便地连接到CAN总线上，实现CAN总线协议的连接通讯。CAN控制器卡整体结构框图如图2所示。