解析CAN總線現場控制系統設計

摘 要：CAN總線多應用于現場控制，在微機化測量設備之間實現雙向串行節點數字通信的系統。利用CAN總線的控制系統具有如下特點：實現系統的全分散控制；系統具有開放性；現場設備具有智能化和功能自治性；具有互操作與互用性；具有對現場環境的適應性。

關鍵詞：CAN總線；現場控制；設計

0.引言

利用CAN總線技術設計一個較為簡單的現場火災探測系統，來說明CAN總線技術的性能和使用方便等優點，尤其是在信息通訊上的特點。基于CAN總線的現場火災探測系統采用全總線機制，軟件編程，分布式控制方案，使該系統稱為集監視、報警、控制于一體的智能控制系統，利用CAN總線技術提高了系統的準確性、可靠性，又為工程設計、施工布線提供了極大的方便。

1.系統網絡組成原理

系統中每個接點通過報警主控制器、CAN總線控制器、CAN收發器連接通訊。報警控制器接收信息并完成火災判斷、聯動等功能；CAN控制器用于各節點之間的數據傳遞；CAN收發器增強了控制器的驅動能力，保證了控制器之間的通訊距離。發送數據時，報警控制器把需要傳送的數據寫入CAN控制器的發送緩沖區，啟動發送，數據即通過CAN收發器發送到總線上；接收數據時，CAN控制器通過CAN收發器從總線上接收數據，在處理后存入接收緩沖區，并給出接收中斷信號。這時，報警控制器就可以從CAN控制器的接收緩沖區取走數據。它所需要傳輸的信息包括：火警、故障、聯動、恢復、顯示、復位、自檢、動作等多種命令。本系統采用了一套上主機巡檢加下位機搶斷的網絡協議。

2.CAN總線控制系統的硬件設計

CAN總線是一種多主總線，理論上任何一個節點都可以作為主節點。在本系統中設置于CRT相連的AT89C51和SJA1000上位節點，其他節點為底層節點。與CRT相連的AT89C51為報警控制主機，SJA1000為CAN總線控制器，82C250和CAN總線收發器。CRT通過串口與節點上的CPU通信，CPU再與CAN控制器SJA1000通信，實現信息在CAN總線上的發送與接收。電路主要由4部分構成：主控制器89C51單片機、獨立CAN總線控制器SJA1000、CAN總線驅動器82C250和告訴光電耦合器6N137。CAN總線系統只能節點采用89C51作為節點的微處理器，在CAN總線通信接口中采用SJA1000和82C250。芯片SJA1000是獨立CAN通信控制器，82C250為高性能CAN總線收發器。

為了增強CAN總線節點的抗干擾能力，SJA1000的TXO和RXO并不是直接與82C250的TXD和RXD相連，而是通過高速光耦6N137后與82C250相連，這樣就很好的實現了總線上各CAN節點間的電氣隔離。不過，應該特別說明的一點是光耦部分電路所采用的兩個電源VCC和VDD必須完全隔離，否則采用光耦也就失去了意義。電源的完全隔離可采用小功率電源隔離模塊或帶多5V隔離輸出的開關電源模塊實現。這部分雖然增加了節點的復雜，但是卻提高了節點的穩定性和安全性。

82C250和CAN總線的接口部分也采用了一定的安全和抗干擾措施。82C250的CANH和CANL引腳各自通過一個5V的電阻與CAN總線相連，電阻可以起到一定的限流作用，保護82C250免受過流的沖擊。CANH和CANL與地之間并聯了兩個30P的小電容，可以起到濾除總線上的高頻干擾和一定的防電磁輻射的能力。另外在兩根CAN總線接入端與地之間分別反接了一個保護二極管，當CAN總線有較高的負電壓時，通過二極管的短路可起到一定的過壓保護作用。

3. 89C51控制主機介紹

（1）主要特性

AT89C51是一個低電壓，高性能CMOS8位單片機，片內含4K bytes的可反復擦寫的Flash只讀程序存儲器和128 bytes的隨機存取數據存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準MSC-51指令系統，片內置通過8位中央處理器和Flash存儲單元，內置功能強大的微型計算機的AT89C51提供了高性價比的解決方案。AT89c51是一個低功耗高性能單片機，40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內含2個外中斷口，2個16位可編程序計數器，2個全雙工串行通信口，AT89C51可以按照常規方法進行編程。其將通用的微處理器和Flash存儲器結合在一起，特別是可反復擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發成本。

4. SJA1000的簡單介紹

SJA1000是一種獨立CAN控制器，它是PCA82C200 CAN控制器的替代產品。SJA1000具有BasicCAN和PeliCAN兩種工作方式，PeliCAN工作方式支持具有很多新特性的CAN2.0協議。

SJA1000在軟件和引腳上都是與它前一款PCA82C200獨立CAN控制器兼容的，在此基礎上增加了很多新功能。工作方式通過時鐘分頻寄存器中的CAN方式位來選擇。上電復位默認工作方式BasicCAN方式。

5. 82C250的簡單說明

SJA1000的一端與單片機相連，另一端與CAN總線相連。但是，為了提高單片機對CAN總線的驅動能力，可以把82C250作為CAN總線控制器和物理總線間的接口，以提供對總線的差動發送能力和對CAN控制器的差動接收能力。

6.結束語

CAN總線的控制系統的全分散控制、開放、智能化和功能自治的這些特點，和傳統控制系統的體系結構相比，具有節省硬件數量和投資，減少安裝費，降低維護開銷和用戶具有高度的系統集成自主權及提高系統準確性和可靠性等優點。與傳統的控制系統相比，CAN總線控制系統在信號標準、通信標準、系統結構和設計方法上均產生了很大的變革。

參考文獻：

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