基于CAN總線的船舶智能控制系統(tǒng)設(shè)計

武漢理工大學(xué) 現(xiàn)代教育技術(shù)中心 武漢 430063

1 分布式控制系統(tǒng)

系統(tǒng)采用現(xiàn)場總線集散系統(tǒng)FDCS(field distributed control system)結(jié)構(gòu)，由服務(wù)器，CAN智能單元，以及CAN局域網(wǎng)總線組成。服務(wù)器完成系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理與分析計算系統(tǒng)計算。CAN智能單元完成本地現(xiàn)場的數(shù)據(jù)處理、顯示、報警和控制。各個節(jié)點的數(shù)據(jù)通過CAN總線實現(xiàn)互相傳輸，見圖1。

圖1 分布式控制系統(tǒng)圖

2 智能單元的設(shè)計

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

對應(yīng)每個CAN節(jié)點要完成的控制、顯示等功能，就必須要有一個最小系統(tǒng)。根據(jù)現(xiàn)場的要求，采用SAMSUNG S3C44B0X微處理器。它使用ARM7TDMI核，工作在66 MHz，帶有8 kB CACHE,外部存儲器控制器，LCD控制器，71個通用I/O接口,SPI接口等。可以很方便地進(jìn)行最小系統(tǒng)的構(gòu)建。見圖2。

圖2 智能單元模塊

LCD、FLASH、SDRAM在S3C44B0X中都有對應(yīng)的接口引腳與控制器，實現(xiàn)方便。

2.2 鍵盤與LED

鍵盤與LED由一塊單片機89C2051統(tǒng)一控制。89C2051通過掃描方式點亮數(shù)碼管和掃描按鍵。電路框圖見圖3。

圖3 鍵盤與LED電路框

電路框圖中包括，98C2051，兩片移位寄存器74HC164，用作對鍵盤和數(shù)碼管的掃描，8個9012接5V電源用作對數(shù)碼管的驅(qū)動。89C2051通過串口接收每個數(shù)碼管要顯示的數(shù)據(jù)。同時將掃描到的按鍵，進(jìn)行編碼后，通過串口發(fā)送到S3C44B0X。

2.3 數(shù)碼管與鍵盤掃描的實現(xiàn)方法

源代碼是掃描第一個按鈕和點亮第一個數(shù)碼管。第一個數(shù)碼管的片選引腳和第一個按鍵一端的引腳都連接在第一個74HC164出來的第一個引腳。當(dāng)P3.7置高電平，讓74HC164出來的第一路得到高電平，與其相連的9013與地接通，那么第一個數(shù)碼管就被選中(數(shù)碼管選用共陰極的)。并且如果此時按下第一個按鍵，P3.4(P3.4與第一個按鍵相連)得到低電平，就掃描到這個按鍵按下。

P1 = 0XFF;

DOUT = 1; //DOUT = P3^ 7

塑料排水板伸出級配砂礫墊層不小于0.5m，施工完成后可將排水板露出端彎折埋置于砂墊層中，同時在砂墊層中埋設(shè)盲溝和集水井，井壁隨著土層的填高而隨之砌高，確保軟土地基中空隙水由塑料排水板排到級配砂礫墊層中，再由盲溝匯總到集水井，從而達(dá)到加速軟基固結(jié)的目的。

CLK = 1; //CLI = P3^ 8

CLK = 0;

P1 = dispDataBuf[0]; // dispDataBuf[8]保存了每個數(shù)碼管要顯示數(shù)據(jù)的對應(yīng)16進(jìn)制數(shù)

preTemp = P3;

dltime();

nextTemp = P3;

if((preTemp & 0x1C) == (nextTemp & 0x1C))/*去抖動 */

{

keytime ++;

if(keytime >= 10)

{

keytime = 0;

if((nextTemp & 0x1c) == 0x0c)//P3.4得到低電平

get_keyset = 1;

if((get_keyset == 1)&&((nextTemp & 0x1c) != 0x0c))//該段代碼實現(xiàn)按鍵松下后才算一次按鍵作用

{

get_keyset = 0;

sendkeynum();//通過串口發(fā)送按鍵編碼

}

}

2.4 CAN通訊模塊

S3C44B0X芯片含有SPI接口，基于此，選用MICROCHIP的MCP2510控制器、CAN驅(qū)動器PHILIPHS的TJA1050。MCP2510是一種帶有串行外圍接口SPI的獨立CAN控制器，它支持CAN技術(shù)規(guī)范V2.0A/B；并能夠發(fā)送的接收標(biāo)準(zhǔn)的和擴展的信息幀，同時具有接收濾波和信息管理的功能。MCP2510通過SPI接口與MCU進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，最高數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)5 Mb/s。S3C44B0X可通過MCP2510與CAN總線上的其它MCU單元通訊見圖4。MCP2510有配置、正常、睡眠、監(jiān)聽、反饋等五種工作模式，內(nèi)含三個發(fā)送緩沖器、兩個接收緩沖器，同時還具有靈活的中斷管理能力，這些特點使得S3C44B0X對CAN總線的操作變得非常簡便。

圖4 CAN通訊接口電路圖

S3C44B0X通過SPI接口與MCP2510相連并對其進(jìn)行控制。MCP2510的控制見表1。

表1

2.5 讀取和寫入時序說明

圖5 MCP2510讀、寫時序圖

如圖5所示，在讀操作開始時，CS 引腳將被置為低電平。隨后讀指令和8 位地址碼(A7 至A0)將被依次送MCP2510 。在接收到讀指令和地址碼之后， MCP2510 指定地址寄存器中的數(shù)據(jù)將被移出通過SO 引腳進(jìn)行發(fā)送。每一數(shù)據(jù)字節(jié)移出后， 器件內(nèi)部的地址指針將自動加一以指向下一地址。因此可以對下一個連續(xù)地址寄存器進(jìn)行讀操作。通過該方法可以順序讀取任意個連續(xù)地址寄存器中的數(shù)據(jù)。通過拉高CS 引腳電平可以結(jié)束操作。寫操作時，置CS 引腳為低電平啟動寫操作。啟動寫指令后，地址碼以及至少一個字節(jié)的數(shù)據(jù)被依次發(fā)送到MCP2510 。只要CS 保持低電平，就可以對連續(xù)地址寄存器進(jìn)行順序?qū)懖僮鳌Ｔ赟CK 引線上的上升沿，數(shù)據(jù)字節(jié)將從D0位開始依次被寫入。如果CS 引腳在字節(jié)的8 位數(shù)據(jù)尚未發(fā)送完之前跳變到高電平，該字節(jié)的寫操作將被中止，而之前發(fā)送的字節(jié)已經(jīng)寫入。

3 與服務(wù)器通訊

通過一塊RS232-CAN的控制卡與服務(wù)器相連接，這樣就組成了CAN控制的局域網(wǎng)。在服務(wù)器上通過VC+PCOMM控件實現(xiàn)對CAN轉(zhuǎn)換卡的控制。由于數(shù)據(jù)量大，而且實時性要求高，所以采用兩個線程。一個線程負(fù)責(zé)串口數(shù)據(jù)的接收和相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理，將處理后的數(shù)據(jù)送到數(shù)學(xué)模型中計算得到結(jié)果，即要發(fā)送的數(shù)據(jù)，保存到一個全局鏈表中；另外一個線程專門負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的發(fā)送。

4 結(jié)論

系統(tǒng)采用了總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在實際應(yīng)用中不但節(jié)約了大量的導(dǎo)線，更重要的是方便了布線，能在較短的時間里安裝調(diào)試完畢，非常適用于在航船舶；作為設(shè)備級網(wǎng)絡(luò)，CAN所具有的一些良好性能，使其能夠滿足船舶實時通信的要求，CAN 網(wǎng)絡(luò)在船舶的應(yīng)用也為船舶綜合通信系統(tǒng)的設(shè)計提供了一種新的方法。

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