基于CAN总线的双容水箱控制系统

　　3 系统的硬件设计

　　由系统总体结构图(图1)可见，系统硬件主要包括3个CAN智能站:CAN通信适配器(#3 CAN智能站)、智能传感器节点(#1 CAN智能站)和智能执行器节点(#2 CAN智能站)。各个智能站的设计相似，下面以智能传感器节点为例进行介绍。其硬件结构图如图2所示。

图2 智能传感器节点的硬件结构图

　　这里要重点介绍的是CAN通信电路。这部分电路主要由CAN的协议芯片SJA1000、CAN的收发芯片82C250和光电隔离电路构成。

　　(1) CAN控制器

　　CAN控制器是CAN通信的核心芯片，主要功能是实现CAN总线协议和与微处理器接口。本文的CAN控制器采用PHILIPS的SJA1000，它是一个独立的CAN控制器，支持CAN2.0B协议，可以实现CAN总线物理层和数据链路层的所有功能。SJA1000有两种工作模式可以选择，BasicCAN 模式和PeliCAN模式。本次设计中采用PeliCAN模式，它在BasicCAN 模式的基础有如下的扩展:可读/写访问的错误计数器，可编程的错误报警限制，最近一次错误代码寄存器，对每一个CAN 总线错误的中断，支持热插拔，具有只听模式，可单次发送等。这些增加的功能对系统优化和错误诊断非常重要。

　　(2) CAN收发器

　　CAN收发器采用PCA82C250，它是CAN控制器和物理总线的接口，可以提高总线驱动干扰能力，增加通信抗干扰能力，并可保护SJA1000免遭破坏。它可以支持多达110个节点，并能在1Mbps的传输速率下工作于恶劣的工作条件下。82C250提供对总线的差动发送能力和对CAN控制器的差动接收能力，其差分接收器共模抑制比宽，抗电磁干扰能力强。它内部有总线保护电路和限流电路，并具有低电流待机工作方式和降低射频干扰的斜率控制。

　　(3) 光电耦合器

　　光电耦合器是为了将网络和系统内部隔离起来，以提高其抗干扰性能。

　　CAN通信部分的硬件电路图如图3所示。

图3CAN通信电路原理图

　　4 系统的软件设计

　　基于CAN总线的测控系统的软件分为下位机部分和上位机部分，下位机软件完成采集、控制、数据传输等功能，采用模块化设计方法，主要包括以下几个模块:通用CAN通信模块、控制算法模块、RS232通信模块、数据采集和输出模块、自检和故障处理模块。上位机软件主要是完成监控画面的组态和与适配卡的通信。

　　软件的编写根据不同的情况采用不同的语言。单片机部分采用C51语言编写，使用Keil C51集成开发环境。组态软件采用"组态王6.5"，它是目前比较流行的一种用于建立工控对象人机接口的智能软件包，支持Microsoft Windows95/98/NT中文操作系统，可以很方便的开发出功能完善、界面友好的组态软件。上位机的通信和调度软件采用高级语言Visual Basic 6.0编写，它支持面向对象的程序设计，有丰富的控件资源，可以大量节约开发的时间。

　　下面详细介绍CAN通信模块和上位机通信程序的设计。

　　4.1 通用CAN通信模块的设计

　　通用CAN通信模块的功能是完成CAN控制器的初始化设置;控制各节点之间的数据交换;检测各个节点和总线的状态;进行故障处理。其程序流程图如图4所示。