CAN总线在粮情自动检测系统中的应用

CAN总线在粮情自动检测系统中的应用

介绍基于CAN的粮情自动检测系统的设计，着重讨论了利用CAN总线进行通信的通信规程。
关键词：粮情；自动检测；CAN总线；通信协议?

1系统的构成
1.1系统原理框图
智能化粮情检测系统以PC兼容机(或工控机)为主机；单片机通过模拟开关管理多路水分、温度、湿度传感器，构成置于粮库内各粮仓的分机。主机通过CAN总线与分机连接。系统构成如图1所示。?

    系统的一台主机可以连接1～110个分机，每个分机可以根据仓容选择连接1～64个水分传感器、1～184个温度传感器和1～8个湿度传感器。其中水分检测信号经调理电路的放大、整理、滤波、线性化等处理后，成为0～5V与粮食水分含量呈线性比例关系的直流信号，通过模拟开关选通，经A/D转换后送单片机进行信息处理；集成湿度传感器输出的模拟检测信号通过模拟开关选通，经A/D转换后送入单片机；数字温度传感器输出的数字信号通过模拟开关选通后直接送单片机的I/O口。单片机对各路检测信号进行数字滤波等信息预处理后，通过CAN总线，将测量信息送给主机处理。主机可完成测量数据表格、二维与三维图形、粮情预测与报警、危粮处理建议、历史数据查询等显示和打印功能。?
1.2主机
    智能化粮情检测系统的主机采用流行配置的工控机，主机安放在粮库的监测中心。每个主机可接多至上百个由CAN器件、单片机及其外围电路组成的分机节点。上位机负责接收从分机节点传来的通道数据，并且通过CAN总线向各分机节点发送控制信息或命令。上位机采用VC完成系统的界面设计与通信编程，以数据和曲线的方式输出测量结果，并可查询过去一年内的温度、湿度、水分测量值。若干上位机可以通过网络连接起来，实现不同地区不同仓库的信息传递，以便上级管理部门统一调度和管理。
    主机与分机间的通信距离最大可达10km，分机中各传感器的信息传输距离大于200m。?
1.3分机节点
    分机节点由CAN器件、单片机、A/D转换器、模拟开关、传感器及其调理电路组成。CAN控制器芯片采用PHILIPS公司的PCA82C200，它通过PCA82C250总线驱动器接至总线。为了保证通信的顺畅进行，避免干扰信号的影响，在82C200与82C250之间接光电隔离器6N137。单片机选用MCS51系列的89C51，由它来控制模拟开关，处理由水分传感器组在某时刻所测得的仓库粮食的水分含量等。另外，这里的调理电路用来将传感器测得的交变信号进行放大、滤波及线性化等处理，再由A/D转换器转换成数字信号。?
1.4CAN适配卡
    CAN适配卡插于PC机内部主板插槽上，其主要部分有CAN控制器82C200、微控制器80C31、32KB容量的双口RAM、中断申请电路及复位电路。CAN适配卡采用内存映像的传输方式，负责将PC机发出的命令和控制信息传送给报文标识符所指定的CAN分机节点，将各分机节点传来的数据传输给PC机。?
2CAN总线结构
    CAN简介见《仪表技术》前年第6期相关文献。
    对于CAN器件，其验收码寄存器 ACR与验收屏蔽寄存器AMR被称为报文滤波器。如果满足下列条件之一，那么空闲总线上的报文即可被正确接收：(1)报文标识符高8位与验收码寄存器在验收屏蔽寄存器所屏蔽的位之外的各位对应相等；(2)若验收屏蔽寄存器的8位全为1，那么报文可被无条件接收。
    CAN接口电路如图2所示。图中PCA82C250是CAN控制器和物理总线之间的接口，提供向总线的差动发送能力和对CAN控制器的差动接收能力，其最高速率达1Mbps。RS为斜率电阻，通过将其接地可选择高速工作方式。实验证明，其与地之间的电阻为16k左右能够更好的完成工作。6N137为高速光电隔离器件，其速率最高为10Mbps。?
3系统通信协议?
3.1系统的通信过程
    系统的每个通道数据需要两个字来存放，且其中第一字节存放小数点前两位，另一字节存放后两位。PC机可以点名某下位机所采集的测量数据；另外，下位单片机将所采到的数据经相应处理后也可以通过总线主动申请发送，要求PC机接收。所有这些过程均采用基于多主竞争的总线仲裁方式来完成。?
3.2标识符低三位的设置
    82C200发送和接收缓存器均为10个字节的寄存器，它们的第一字节是标识符的高8位，第二字节高3位为标识符的低三位ID2～ID0。这三位连同标识符的其他各位，以及紧接着的RTR位一起组成该报文的优先权。报文标识符低三位ID0～ID2在该系统中的含义见表1。?