多節點智能監測系統研究

段登 張陽 路同亞 李煒

摘 要 對于雷達監控系統通信過程穩定性差、實時性不高、維護難的問題，本文利用CAN網絡的高可靠性、傳輸距離遠等特點，從而研究了CAN總線通信體制下多節點智能監測系統的方法，采用主流的國產化器件控制器進行數據的采集、相關處理及上報，終端顯示每個測點的數據信息，同時存入數據庫。測試表明，CAN網絡系統通信能可靠地應用于雷達通信控制及其他控制領域。

關鍵詞 智能監測;CAN網絡;雷達通信控制

引言

在雷達監控系統實際工程應用中，由于相控陣、數字化等新技術在低空監視雷達系統中獲得迅速普及，同時產生了系統設備規模龐大、維修困難、故障顯著增加等等問題。而故障檢測與綜合管理對整個系統的運行起到至關重要的作用。該雷達的內部系統接口種類繁多、實時性要求高、數據處理運算量大等特點[1]。

本文中提出了利用CAN網絡來替代RS485網絡，是因CAN網絡是具有國際標準的現場網絡之一，傳輸速度快且出錯率低，其網絡上的任意一個節點都可以隨時向網絡上的其他節點發送信息而不分主從，并且可以實現點對點，一點對多點及全局廣播等幾種通信方式相結合，為數據的傳輸提供了多樣性[2-4]。

研究中將高性能的FPGA控制器和CAN網絡相結合使整個系統的性能大大提高，更易解決雷達管理系統采用RS485網絡出現的系統穩定性不好、擴展性差、維護不方便等問題，對于雷達監控系統具有一定的使用價值意義。

1系統方案設計

多節點智能監測系統主要由三部分組成：數據采集模塊、CAN網絡傳輸網絡和終端系統。

數據采集模塊主要完成的功能有以下幾步：

對采集到的溫濕度數據進行數據鎖存，A/D轉換。

對溫濕度數據分解成兩個字節存放在幀數據中，并打包。

用CAN控制器將數據整合后形成完整的幀數據報文，用收發器PCA82C200傳輸至CAN網絡上，由上位機接收并顯示。

數據采集模塊中溫濕度傳感器采用的是一款集成度高的傳感器芯片型號，SHT75，該傳感器由測濕敏及測溫元件組成，可以與16位的 A/D 轉換器實現連接連接，并快速準確地測量出相對溫度及濕度，處理反應時間快，防止干擾能力強。

2硬件設計

智能數據采集模塊的硬件由兩部分組成，即FPGA控制器XC4VSX55_FF1148及收發器PCA82C250組成。

目前，國內的低空監視雷達綜合管理平臺大多使用CPCI處理架構，并且核心的主流FPGA（可編程邏輯陣列）芯片，大部分主要來自國外公司，如Altera公司的Cyclone系列、Xilinx的S6（spartan6）系列等。因此，如果在戰事緊張時，我們的軍用雷達的核心芯片就完全會受制于國外公司的供貨，進而也就將會帶來極大的安全隱患。

針對現有的低空監視雷達綜合管理平臺的架構，提出了利用成都華微公司研發的XC4VSX55_FF1148來代替Xilinx系列FPGA芯片，這樣的做法是一方面是為了減少使用國外芯片來降低對軍用低空監視雷達的安全威脅，另一方面是為了可以增強系統的處理能力和適應能力。

系統設計中對多個測試點進行實時監測后，采集數據處理后打包進入CAN數據幀格式，經過PCA82C250收發器以高速率實時發送給終端，而終端界面則通過CAN網絡收集數據包，實時更新顯示并操作[5]。

3CAN網絡通信配置

CAN網絡有兩種協議的數據幀，擴展幀（ID.28～ID .0）和標準幀（ID28～ID.18共11位）。為了能適應系統應用后期的可擴展性，因此采用了擴展幀格式（可利用的ID資源增多）進行數據傳輸。

實際應用中CAN主節點實現了同時控制子節點及子節點數據回采，在利用CAN總線的方式上，應采用廣播和單播方式同時存在的情況。因此必須應用CAN總線協議雙濾波模式設置[6]。

在實際通信配置中應該注意明確CAN總線的核代碼的正確初始化：

（1）復位需要的脈沖高電平不少于400個時鐘（時鐘8M情況下）。

（2）進入復位模式，可以對Pelican工作模式進行相關設定。

（3）濾波器工作方式設置，驗收碼寄存器及屏蔽碼寄存器的參數設置。

（4）初始化地址參數。

（5）數據波特率參數設置（最高1M）。

（6）中斷向量設置參數。

4結束語

文中主要深入闡述了CAN網絡在多節點智能檢測系統的應用。給出較為成熟的CAN網絡系統解決方案。該系統具有低成本、易擴展、高利用率、靠性高等優點，讓雷達監控系統的維護實現難度變低，同時也避免了檢測系統產生附帶的一些弊端，具有重要的工程實踐意義。

參考文獻

[1] 段登，王為. 雷達波控系統中CAN網絡技術的研究[J]. 今日電子，2017（12）：82-85.

[2] 胡兵，劉希軍.基于CAN網絡通信網絡的溫度測控系統[J]. 西華大學學報（自然科學版），2011，30（4）：76-78.

[3] 李偉，常鏵.基于CAN網絡和虛擬儀器數據采集系統[J]. 儀表技術與傳感器2012（11）：113-115.

[4] 嚴桂，賈存良，黃文芳.基于CAN網絡與組態王的瓦斯監控系統.儀表技術與傳感器，2008（5）：52-54.

[5] 廖平，謝樂添.基于CAN網絡的煤礦井下風機監控系統實現[J].現代電子技術，2007（7）：177-180.

[6] TAO X，XU S，CHEN Z.A distributed substation automation? ?system based on fibre optical links or CAN bus.[J].Automation of Electric Power Systems，2007，21（7）：64-67.