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基于CAN总线的数据通信采集系统

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供稿:中国工控网 2016/7/14 10:54:09

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  • 关键词: CAN 控制器局域网
  • 摘要:由于基于CAN 总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性,同时由于TMS320F2812 DSP 的eCAN 模块使数据传输更加灵活方便,数据量更大,可靠性更高,功能更加完备,用该DSP 进行下位机的数据发送,PCI/cPCI CAN 接口卡进行数据接收,从而完成信息采集

    CAN(Controller Area Network)即控制器局域网,主要用于各种设备检测及控制的一种现场总线。20 世纪80 年代初,德国BOSCH 公司为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换, 开发了一种串行数据通信协议,即CAN 总线。

  CAN总线是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络, 它为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持。CAN 属于工业现场总线的范畴, 与一般的通信总线相比,CAN 总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性,通信速率可达1 Mb/s。

  目前,CAN 总线不仅应用于汽车领域,而且应用于自动控制、航空航天、机械工业、农用机械、机器人、数控机床、医疗器械及传感器等领域。

  由于CAN 被越来越多不同领域采用和推广, 导致要求各种应用领域通信报文的标准化。为此,1991 年9 月PHILIPSSEMICONDUCTORS 制定并发布了CAN 技术规范(VERSION2.0)。该技术规范包括A 和B 两部分。2.0A 给出在CAN 技术规范1.2 中定义的CAN 报文格式,能提供11 位地址;而2.0B给出了标准的和扩展的2 种报文格式,能提供29位地址。此后,1993 年11 月ISO 正式颁布了道路交通运载工具———数字信息交换———高速通信控制器局部网(CAN)国际标准(ISO11898),为控制器局部网标准化、规范化推广铺平了道路。

  根据某型卫星信息采集系统的导航数据的通信需求,且为保证信息采集的实时可靠, 文中应用CAN 总线完成整个信息采集系统设计。

  1 信息采集系统设计:

  由于卫星的运行环境复杂,采集的陀螺组合数据等会有相应的误差,因此需要对导航数据的采集进行遥测,对导航计算机的总线状态进行监测。本系统根据某型卫星的通信需要,利用CAN 总线完成整个信息采集及实时监测。信息采集系统的框图如图1 所示。

  


  1.1 系统硬件设计:

  由于TI 公司的TMS320F2812 型DSP 在军事上已有应用, 且根据各种性能的比较, 本系统采用TMS320F2812 型DSP 作为导航计算机,进行下位机的数据发送,其中eCAN 模块是TMS320F2812 DSP 片上的增强型CAN 控制器, 其性能较之已有的DSP 内嵌CAN 控制器有较大的提高, 数据传输更加灵活方便,数据量更大,可靠性更高,功能更加完备。

  上位机采用工控机, 其中由ADLINK 的PCI/cPCI-7841CAN 总线接口卡进行数据接收。该卡可同时操作两个独立的CAN 网络,可编程传输速率可高达1 Mb/s,通过直接内存映射能够快速访问CAN 控制器,PCI 总线即插即用, 其总线控制器为SJA1000,电气接口为82C250。

  信息采集系统的信息通信利用CAN 总线完成, 其CAN总线接口电路如图2 所示, 其中独特之处是在收发器PCA82C250 的输出引脚CANH 和CANL 之间并联一个终端电阻R 为120 Ω,解决了远近端阻抗不匹配的影响。

  

 

  如图1 所示,由TMS320F2812 DSP 的eCAN 模块发送陀螺组合数据及温度值等, 上位机的PCI/cPCI-7841 型CAN 总线接口卡进行数据接收,从而完成整个信息采集及监测过程。

  1.2 系统软件设计:

  系统软件主要完成基于CAN 总线的数据通信, 并在接收数据之后按要求对采集的导航数据进行处理,转换成实际所需数据类型,对陀螺组合的状态进行监测。

  本系统CAN 总线通信报文格式采用CAN2.0B 扩展模式,通信数据格式主要是对CAN 总线协议中的(仲裁场ArbitrationField)和(数据场Data Field)进行定义,要求数据传输速率为500 Kb/s。协议帧格式如图3 所示。

  

 

  系统的接收软件设计流程图如图4 所示。

  

 

  在使用CAN 接口卡之前首先要对卡进行波特率、传输报文格式等参数的初始化。

  1) 初始化CAN 总线的传输报文格式为提供29 位地址的CAN2.0B 扩展模式;2) 初始化CAN 总线的波特率为500 Kb/s。

  利用PCI/cPCI -7841CAN 接口卡的CanOpen-Driver () 函数打开CAN 端口, 用CanConfigPort () 函数进行初始化,用CanSendMsg()函数发送数据包,用Can-RcvMsg()函数接收数据包,用CanCloseDriver () 函数关闭端口[3]。创建接收线程,接收数据之后按要求对数据进行处理。应用MFC 制作通信界面。注意,线程函数只能是静态成员函数,或者是在类外面声明的一个函数。

  初始化程序如下:

  系统软件界面如图5 所示。

  

 

  2 实验结果:

  经过实验验证,该信息采集系统采集的数据经过通信后不变,确保了信息采集的可靠、准确。

  3 结束语:

  由于基于CAN 总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性,同时由于TMS320F2812 DSP 的eCAN 模块使数据传输更加灵活方便,数据量更大,可靠性更高,功能更加完备,用该DSP 进行下位机的数据发送,PCI/cPCI CAN 接口卡进行数据接收,从而完成信息采集,并对采集的数据进行相应处理,对陀螺组合的状态进行监测,这对卫星等的导航有着重要意义。

 

审核编辑(王雪)
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