摘 要： 提出了一種基于英飛凌微
控制器XC164CS的
CAN總線分布式智能測(cè)控節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)，給出了系統(tǒng)硬件框圖、軟件流程圖、電路原理圖，所設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)方法簡(jiǎn)單，外擴(kuò)
器件少，結(jié)構(gòu)合理，可靠性高，且節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展方便，已用于某工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，波特率為10Kbps。關(guān)鍵詞：
CAN總線；XC164CS; 英飛凌微
控制器；網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)；
CAN通信中圖分類號(hào):TP
在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，如何將采集到的數(shù)據(jù)及時(shí)安全地傳送給數(shù)據(jù)監(jiān)控與處理系統(tǒng)是工業(yè)
控制系統(tǒng)首要解決的一個(gè)實(shí)際問(wèn)題．對(duì)于這一實(shí)際問(wèn)題通常采用
現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，
控制器局域網(wǎng)（
CAN）屬于總線的范疇，它是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)．
CAN 總線與一般的通信總線相比，它的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性．由于
CAN本身的特點(diǎn)，其應(yīng)用范圍目前已不再局限于汽車行業(yè)，而擴(kuò)展到了機(jī)械工業(yè)、紡織機(jī)械、農(nóng)用機(jī)械、
機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、醫(yī)療器械、家用電器及傳感器等領(lǐng)域發(fā)展，
CAN總線已成為工業(yè)采集領(lǐng)域中的
現(xiàn)場(chǎng)總線之一。
1
CAN總線系統(tǒng)的組成模式
1.1
CAN總線特點(diǎn)（1）
CAN采用多主方式工作，不分主從。（2）在速率5kpbs以下時(shí)，
CAN的直接通信距離zui遠(yuǎn)可達(dá)10km；在通信距離為 40m 以下時(shí)，
CAN的通信速率zui高可達(dá)1mbps；
CAN上的節(jié)點(diǎn)數(shù)主要取決于總線驅(qū)動(dòng)電路，目前可達(dá)110個(gè)。（3）
CAN總線數(shù)據(jù)段長(zhǎng)度zui多為8個(gè)字節(jié)，因此可保證很短的傳輸時(shí)間，而且實(shí)時(shí)性強(qiáng)，受干擾的概率低，
CAN的每幀信息都有CRC校驗(yàn)，具有*的檢錯(cuò)效果，能夠滿足工業(yè)領(lǐng)域中對(duì)一個(gè)工作點(diǎn)的控制命令或
數(shù)據(jù)采集的要求。（4）
CAN采用非破壞總線仲裁技術(shù)，大大節(jié)省了總線沖突仲裁時(shí)間。尤其是在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載很重的情況下，也不會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)癱瘓情況。（5）
CAN總線節(jié)點(diǎn)在嚴(yán)重錯(cuò)誤的情況下，可自動(dòng)切斷與總線的，以使總線上的其他操作不受影響。
1.2
CAN總線系統(tǒng)的組成模式
CAN總線技術(shù)的
控制系統(tǒng)一般采用總線式網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其組成模式如圖１所示．主要由監(jiān)控站和若干智能測(cè)控節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，上位監(jiān)控站選用ＰＣ機(jī)，它是整個(gè)系統(tǒng)的中心，可實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的監(jiān)控、管理功能。
CAN通信卡通過(guò)串口與ＰＣ機(jī)通訊，承擔(dān)上位機(jī)和 ＣＡＮ 節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)。
２ 基于英飛凌的
CAN總線智能測(cè)控節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)
２.1 英飛凌XC164CS的特點(diǎn)
性價(jià)比高是
CAN總線智能測(cè)控節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)力求的設(shè)計(jì)目標(biāo)，所以在選用作為核心
器件的
控制器時(shí)選用片內(nèi)資源豐富的英飛凌XC164CS，XC164CS具有令人印象深刻的DSP性能和*的中斷處理，加上一種集成的外設(shè)集成高性能在片F(xiàn)LASH或 ROM存儲(chǔ)器，這些使得XC164CS成為工業(yè)和汽車應(yīng)用設(shè)備的理想選擇。其靈活的智能PWM單元簡(jiǎn)化了AC, DC或阻抗馬達(dá)的控制。高速、高分辨ADC處理復(fù)雜的模擬環(huán)境的快速和轉(zhuǎn)換。網(wǎng)絡(luò)化的方案*可以采用的通信接口來(lái)解決，如具有自動(dòng)
網(wǎng)關(guān)功能的高速Twin
CAN模塊。
2.2 基于英飛凌的
CAN總線智能測(cè)控節(jié)點(diǎn)的硬件結(jié)構(gòu)
CAN總線測(cè)控節(jié)點(diǎn)主要任務(wù)為
數(shù)據(jù)采集、處理與
CAN通信，其硬件結(jié)構(gòu)框圖如2所 示．設(shè)計(jì)中，上位機(jī)通過(guò)
CAN總線適配卡可與多個(gè)
CAN總線智能數(shù)據(jù)測(cè)控節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信息交換．
CAN 總線智能測(cè)控節(jié)點(diǎn)把采集到的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，經(jīng)過(guò)預(yù)處理后，進(jìn)入MCU處理，由
CAN收發(fā)器經(jīng)由總線與上位機(jī)進(jìn)行
CAN 協(xié)議的數(shù)據(jù)交換，上位機(jī)對(duì)檢測(cè)到的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)進(jìn)一步分析、處理或存儲(chǔ)，完成系統(tǒng)的在線檢測(cè)、計(jì)算機(jī)分析，處理完畢后，將數(shù)字量結(jié)果重新轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模擬量，用于驅(qū)動(dòng)顯示儀表、記錄設(shè)備和反饋
控制系統(tǒng)，去執(zhí)行相應(yīng)的操作。
３ 基于英飛凌的
CAN總線智能測(cè)控節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)
軟件所實(shí)現(xiàn)的功能主要包括：采集數(shù)據(jù)的誤差校正、標(biāo)度換算、系統(tǒng)自身的調(diào)零、校準(zhǔn)，系統(tǒng)的故障檢測(cè)、
CAN協(xié)議轉(zhuǎn)換、
CAN通訊等。
①上電初始化：包括A/D初始化，
CAN控制器初始化，定時(shí)器初始化，中斷優(yōu)先級(jí)設(shè)置等。
②標(biāo)度換算：每一個(gè)數(shù)字量都和不同的物理量相對(duì)應(yīng)，標(biāo)度換算就是把數(shù)字量變成物理量的過(guò)程，經(jīng)過(guò)換算的物理量是符合上、下位機(jī)通信協(xié)議的數(shù)字量。
③數(shù)字調(diào)零；數(shù)字調(diào)零手段主要是為了消除模擬開關(guān)、放大電路以及 A/D
轉(zhuǎn)換器本身的偏差，削弱各種隨時(shí)間和溫度變化的漂移的影響 。
④非線性補(bǔ)償：輸入的數(shù)字量與對(duì)應(yīng)的物理量呈非線性關(guān)系，對(duì)輸入的數(shù)字量進(jìn)行線性化處理 ，本設(shè)計(jì)采用的線性差值法。
⑤數(shù)字濾波：數(shù)字濾波是通過(guò)簡(jiǎn)單的計(jì)算或者判斷程序，對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行平滑處理，分離出有用的信號(hào)，消除或減少各種干擾和噪聲。本案將使用程序判斷濾波法、中值濾波法、算術(shù)平均濾波法、加權(quán)平均濾波法等 。
⑥溫度補(bǔ)償：測(cè)試點(diǎn)的環(huán)境溫度將直接影響測(cè)量，需要對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行溫度補(bǔ)償，首先要測(cè)出測(cè)量點(diǎn)的溫度，該溫度信號(hào)作為多路采樣開關(guān)采集信號(hào)的一路送入
單片機(jī)。測(cè)溫元件的輸出經(jīng)放大及A／D轉(zhuǎn)換送到
單片機(jī)，
單片機(jī)通過(guò)并行接口接收溫度數(shù)據(jù)，并暫存溫度數(shù)據(jù)。信號(hào)采樣結(jié)束，
單片機(jī)運(yùn)行溫度誤差補(bǔ)償程序，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行溫度補(bǔ)償
⑦系統(tǒng)自檢：上電初始化后即進(jìn)行系統(tǒng)自檢，包括CPU自檢，外部存儲(chǔ)單元的自檢等。
⑧故障診斷：故障診斷將采用以下四種方法進(jìn)行力所能及的故障診斷，有以下四種方法： a．值域判定法b．時(shí)域判定法c．功能判定法d．邏輯判定法。
4 結(jié)論
基于英飛凌的
CAN總線智能測(cè)控節(jié)點(diǎn)外圍電路少，成本低，接口豐富，可實(shí)現(xiàn)輸入多種信號(hào)，一般無(wú)需加額外擴(kuò)展接口即可滿足工業(yè)需求?？蓪?shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)通信，抗*力強(qiáng)，在復(fù)雜工業(yè)環(huán)境下，仍然可以保持正常工作。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)目zui多可達(dá)到128，可以擴(kuò)大上位機(jī)的監(jiān)控范圍。也可實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的實(shí)時(shí)控制，做到檢測(cè)和控制一體?；谟w凌的
CAN總線智能測(cè)控節(jié)點(diǎn)的體積小，可在很多對(duì)體積有特殊要求的環(huán)境中應(yīng)用。
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