【文章內(nèi)容簡介】 周期短。安裝費(fèi)用低，維護(hù)容易。如果增加現(xiàn)場設(shè)備或現(xiàn)場儀表，只需要并行掛接到電纜上，無需架設(shè)新的電纜。 （ 3）可靠性高 數(shù)字信號(hào)傳輸抗干擾能力強(qiáng)，精確度高，無需采用抗干擾和提高精度的措施，從而降低成本。 （ 4）可控狀態(tài) 操作員在控制室即可了解現(xiàn)場設(shè)備或現(xiàn)場儀表的工作情況，也能對(duì)其進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，還可以預(yù)測或者尋找故障。整個(gè)系統(tǒng)始終處于操作員的遠(yuǎn)程監(jiān)控狀態(tài)，提高了系統(tǒng)的可靠性，可控性和可維護(hù)性。 （ 5）可換性 用戶可以自由選擇不同控制商所提供的性能價(jià)格比 最優(yōu)的現(xiàn)場設(shè)備或者現(xiàn)場儀表，并將不同品牌的儀表互聯(lián)。即使某臺(tái)儀表發(fā)生故障，換上其他品牌的同類儀表也能照常工作，實(shí)現(xiàn)了“即接即用”。 （ 6）互操作性 用戶把不同的制造商的各種品牌的儀表集成在一起，進(jìn)行統(tǒng)一組態(tài)，構(gòu)成其所需的控制回路，而不必絞盡腦汁，為集成不同品牌的產(chǎn)品在硬件或者軟件上花費(fèi)力氣或增加額外投資。 （ 7）綜合功能 現(xiàn)場儀表既有檢測、變換和補(bǔ)償功能，又有控制和運(yùn)算功能，實(shí)現(xiàn)了一表多用，不僅方便了用戶也降低了成本。 （ 8）分散控制 控制站功能分散在現(xiàn)場儀表中，通過現(xiàn)場既可以構(gòu)成控制回路，實(shí)現(xiàn)了徹底分散控 制，提高了系統(tǒng)的可靠性、自治性和靈活性。 （ 9）統(tǒng)一組態(tài) 由于現(xiàn)場設(shè)備或者現(xiàn)場儀表都引入了功能塊的概念，所有制造商都使用相同的功能塊，并統(tǒng)一組態(tài)方法，使組態(tài)變得非常簡單，用戶不需要因?yàn)楝F(xiàn)場設(shè)備或者現(xiàn)場儀表種類不同而帶來組態(tài)方法不同，再去學(xué)習(xí)和培訓(xùn)。 6 （ 10）開放式系統(tǒng) 現(xiàn)場總線為開放互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，所有技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)是公開的，所有制造商必須遵循。這樣，用戶可以自由集成不同制造商的通信網(wǎng)絡(luò)，既可以與同層的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，也可以與不同層網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，還可以極其方便地共享網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫。 CAN 總線組織的基本規(guī)則 CAN總線基于 以下 5條基本規(guī)則進(jìn)行組織： （ 1）總線訪問 CAN控制器只能在總線空閑狀態(tài)期間開始發(fā)送，所有 CAN控制器同步于短幀起始的前沿。 （ 2）仲裁 在 CAN總線的發(fā)送期間，發(fā)送數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀的每一節(jié)點(diǎn)均為總線主節(jié)點(diǎn)。當(dāng)許多節(jié)點(diǎn)一起開始發(fā)送時(shí)，此時(shí)只有發(fā)送具有最高優(yōu)先權(quán)節(jié)的點(diǎn)變成總線主節(jié)點(diǎn)，具有不同標(biāo)識(shí)符的兩幀中，優(yōu)先權(quán)被標(biāo)注于幀中，較高優(yōu)先權(quán)的標(biāo)識(shí)符具有較低的二進(jìn)制數(shù)值。若具有相同標(biāo)識(shí)符的數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀同時(shí)被初始化，數(shù)據(jù)幀較遠(yuǎn)程幀具有更高優(yōu)先權(quán)。 （ 3）編碼 /解碼 對(duì)于幀起始、仲裁域、控制域、數(shù)據(jù)域和 CRC序列實(shí)用 位填充技術(shù)進(jìn)行編碼。當(dāng)正在發(fā)送的 CAN控制器檢測到 5個(gè)連續(xù)的相同極性的位被發(fā)送，一個(gè)互補(bǔ)（填充）位被插入到該發(fā)送位流中。當(dāng)一個(gè)正在接收的 CAN控制器檢測到接收的上述 5種位域的位流中，具有 5個(gè)相同極性的連續(xù)位，它將自動(dòng)刪除下一個(gè)接收（填充）位，刪除填充位的電平必須與先前位相反，否則一個(gè)填充錯(cuò)誤將被檢測，并被標(biāo)注。 其余的位域和幀具有固定的形式，因此不使用填充方法進(jìn)行編碼和解碼。報(bào)文中的位流按照 NRZ(Non Return Zero)方法進(jìn)行編碼，即位周期期間位電平維持恒定，要么是顯性電平，要么是隱性電平。 （ 4）出錯(cuò)標(biāo)注 當(dāng)檢測到發(fā)送位錯(cuò)誤、填充錯(cuò)誤，形式錯(cuò)誤或應(yīng)答錯(cuò)誤時(shí)，檢測出錯(cuò)條件的 CAN控制器將發(fā)出 1個(gè)出錯(cuò)標(biāo)志，出錯(cuò)標(biāo)志在下一位開始發(fā)送。當(dāng)檢測到 CRC錯(cuò)誤時(shí)，出錯(cuò)標(biāo)識(shí)在緊跟應(yīng)答界定符后的一位開始發(fā)送，除非其它一些出錯(cuò)的錯(cuò)誤標(biāo)識(shí)已經(jīng)開始發(fā)送，出錯(cuò)標(biāo)識(shí)將破壞位填充或損壞固定形式的位場。 發(fā)出錯(cuò)誤標(biāo)識(shí)后，每個(gè) CAN控制器都在監(jiān)控總線直至檢測到一個(gè)顯性電平到隱性電平的跳變，此時(shí)，每個(gè) CAN控制器完成了其出錯(cuò)標(biāo)注，并且所有 CAN控制器開始發(fā) 7 送 7個(gè)附加的隱性位。 所有可以檢測的錯(cuò)誤均可在報(bào)文發(fā)送時(shí)間內(nèi)被標(biāo)注，因而使 CAN控制器能很容易的做出對(duì)應(yīng)報(bào)文的出錯(cuò)幀，并初始化已經(jīng)損壞報(bào)文的重新發(fā)送，如果 CAN控制器檢測到出錯(cuò)幀固定格式的任何偏離，它將發(fā)送一個(gè)新的出錯(cuò)幀。 （ 5）超載標(biāo)注 由一些 CAN控制器要求借助于發(fā)送一個(gè)或者更多的超載幀來延遲下一個(gè)數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀的發(fā)送。雖然超載幀和出錯(cuò)幀具有相同的格式，但對(duì)它們的處理卻不同，在間歇域期間進(jìn)行的發(fā)送超載幀不能初始化如何先前的數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀的重新發(fā)送。超載幀的發(fā)送必須起始于所期望間歇域的第一位，在期望的間歇域期間，重新激活為顯性位的超載幀的發(fā)送在該事件后開始。 8 第 3 章 溫度 監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案 系統(tǒng)要求 實(shí)時(shí)監(jiān)測 樓宇內(nèi)各個(gè)房間 溫度變化，并自動(dòng)控制 房間 空調(diào)機(jī)的開關(guān)狀態(tài)，以保證房間 內(nèi)溫度處于合適狀態(tài) 。同時(shí)，將檢測到的溫度情況通過 CAN總線反饋到監(jiān)控中心。 系統(tǒng)功能要求 設(shè)計(jì)出溫度監(jiān)控系統(tǒng)的其中一個(gè)智能節(jié)點(diǎn)的硬件結(jié)構(gòu)，選用合適的主控芯片和傳感器，完成硬件框圖和硬件之間的連接圖。 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 圖 ，此網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為管理計(jì)算機(jī)和智能節(jié)點(diǎn)組成的兩層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。整個(gè)系統(tǒng)由上位監(jiān)控機(jī)、 CAN通信 適配卡和多個(gè)智能節(jié)點(diǎn)組成，節(jié)點(diǎn)的數(shù)量可以根據(jù)建筑物的規(guī)模增加和減少。采用 CAN總線作為通訊網(wǎng)絡(luò)將各節(jié)點(diǎn)連接成一個(gè)分布式智能樓宇監(jiān)控系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為總線方式，上位監(jiān)控機(jī)是抗干擾能力很強(qiáng)的工業(yè) PC機(jī)，以 SJA1000芯片作為 CAN總線控制器， AT89C52單片機(jī)作為節(jié)點(diǎn)控制器，將其與數(shù)字溫度傳感器相連， 82C250芯片作為 CAN收發(fā)器。 由于 CAN總線固有的電氣特性，在一個(gè) CAN總線網(wǎng)絡(luò)中最多只能配置 110個(gè)節(jié)點(diǎn)，為了滿足智能大廈的要求，可利用中繼器對(duì) CAN總線進(jìn)行擴(kuò)展，這樣不僅增加了系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)，還可以起到 信號(hào)放大作用，增大通信距離。 本設(shè)計(jì)中，節(jié)點(diǎn)包括擴(kuò)展芯片、傳感器、控制設(shè)備、收發(fā)器和電源等。節(jié)點(diǎn)之間的通信支持雙絞線、電力線、光纖和紅外線等多種介質(zhì)，按照規(guī)范的協(xié)議進(jìn)行通信，其通信速率范圍在 300kbps～ 。上位監(jiān)控機(jī)通過通信適配卡與總線相連，用于整個(gè)系統(tǒng)的集中監(jiān)控、管理、分析及網(wǎng)絡(luò)通信檢測等。 9 智 能 樓 宇 網(wǎng) 絡(luò)接 口 芯 片8 1 5 5溫 控C A N 總 線C A N 總 線 收 發(fā) 器8 2 C 2 5 0中繼器C A N 通 信 適 配 卡 C A N 通 信 適 配 卡上 位 監(jiān) 控 機(jī) 上 位 監(jiān) 控 機(jī)服 務(wù) 器C A N 總 線 控 制 器S J A 1 0 0 0溫 度 節(jié) 點(diǎn) 控 制 器A T 8 9 C 5 2超 溫 報(bào) 警 ? ?數(shù) 字 溫 度 傳 感 器D S 1 8 B 2 0 n數(shù) 字 溫 度 傳 感 器D S 1 8 B 2 0 1? ?C A N 總 線 收 發(fā) 器8 2 C 2 5 0C A N 總 線 控 制 器S J A 1 0 0 0溫 度 節(jié) 點(diǎn) 控 制 器A T 8 9 C 5 2 圖 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖 關(guān)鍵器件的選擇 根據(jù)系統(tǒng)的功能要求和實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的可行性要求，我們在關(guān)鍵器件 CAN總線控制器和驅(qū)動(dòng) 器上，分別選擇了菲利普半導(dǎo)體生產(chǎn)的 SJAl000和 82C它們不僅使用方便、性能可靠，而且價(jià)格便宜易于購買。同時(shí) SJAl000也適合于工業(yè)產(chǎn)品的量產(chǎn)。溫度測量采用使用方便，性價(jià)比高的單線數(shù)字溫度傳感器 DSl8B20。 10 SJA1000 芯片簡介 SJA1000是一種獨(dú)立的 CAN控制器，主要用于移動(dòng)目標(biāo)和一般工業(yè)環(huán)境中的區(qū)域網(wǎng)絡(luò)控制。它是 Philips半導(dǎo)體公司 PCA82C200 CAN控制器 (Basic CAN)的替代品，而且它增加了一種新的操作模式 —— PELICAN，這種模式支持具有很多新特 征的 協(xié)議。 SJA1000 芯片特性 （ 1）和 PCA82C200獨(dú)立 CAN控制器引腳兼容 （ 2）和 PCA82C200獨(dú)立 CAN控制器電氣兼容 （ 3）擴(kuò)展接收緩沖器（ 64字節(jié)、先進(jìn)先出 FIFO） （ 4）和 （ 5）同時(shí)支持 11位和 29位識(shí)別碼 （ 6）位速率可以達(dá)到 1Mbits/s （ 7） PELICAN模式擴(kuò)展功能： —— 可讀 /寫訪問錯(cuò)誤的計(jì)數(shù)器 —— 可編程的錯(cuò)誤報(bào)警限制 —— 最近一次錯(cuò)誤代碼寄存 —— 對(duì)每個(gè) CAN總線錯(cuò)誤的中斷 —— 具體控制位控制的仲裁中斷 —— 單次發(fā)送 —— 只聽模式（無確認(rèn)、活動(dòng)的出錯(cuò)標(biāo)志） —— 支持熱插拔（軟件速率檢測） —— 驗(yàn)收濾波器擴(kuò)展（ 4字節(jié)代碼， 4字節(jié)屏蔽） —— 自身信息接收（自接收請(qǐng)求） （ 8） 24MHZ時(shí)鐘頻率 （ 9）對(duì)不同微處理器的接口 （ 10）可編程的 CAN輸出驅(qū)動(dòng)器配置 （ 11）增強(qiáng)的溫度適應(yīng)（ 40到 1250C） SJA1000 內(nèi)部結(jié)構(gòu) SJA1000的硬件結(jié)構(gòu)及內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖 、 11 接口管理邏輯C A N核 心模 塊接 收 F I F O發(fā) 送 緩 沖驗(yàn) 收 濾 波收發(fā)器主控制器S J A 1 0 0 0C A N 總 線 圖 硬件結(jié)構(gòu) 框圖 接 口 管 理 邏 輯發(fā) 送信 息 緩 沖 器E X F I F O接 收位 流 處理 器接 受 過 濾位 時(shí) 序 邏輯錯(cuò) 誤 管 理 邏 輯復(fù) 位振 蕩 器X T A L 1X T A L 2S J A 1 0 0 0內(nèi) 部 總 線2 281 21 51 31 41 82 11 791 0VD D 1 VS S 1 1 92 0地 址 / 數(shù) 據(jù)VD D 3VS S 3T X 0T X 1R X 0R X 1VS S 2VD D 2R S T3 到 71 1 ， 1 6 控 制2 8 到 2 3 ， 1 到 28 位 地 址 /數(shù) 據(jù) 總 線A D 7 到 A D 0A L E / A S . C S .R D / E . W R .C L K O U T .M O O E . I N T 圖 SJA1000內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 12 從上面的圖可以看出， SJA1000主要由接口管理邏輯 IML、信息緩沖器（含發(fā)送緩沖器 TXB和接收緩沖器 TXFIFO）、位流處理器 BSP、接收過濾器 ASP、位時(shí)序處理邏輯 BTL、錯(cuò)誤管理邏輯 EML、內(nèi)部及復(fù)位電路等構(gòu)成。 IML接收來自 CPU的命令，控制 CAN寄存器的尋址并向主控器提供中斷信息及狀態(tài)信息。 CPU的控制經(jīng) IML把要發(fā)送的數(shù)據(jù)寫入 TXB， TXB中的數(shù)據(jù)由 BSP處理后經(jīng) BTL輸出到 CAN總線。 BTL始終監(jiān)視 CAN總線，當(dāng)檢測到有效的信 息頭“隱性電平 控制電平”的轉(zhuǎn)換時(shí)啟動(dòng)接收過程，接收的信息首先要由位流處理器 BPS處理，由 ASP過濾。只有當(dāng)接收的信息識(shí)別碼與ASP檢測相符時(shí)，接收信息才最終被寫入 RXB或 RXFIFO中。 RXFIFO最多可以緩存 64字節(jié)的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)可以被 CPU讀取。 EML負(fù)責(zé)傳輸層中調(diào)制器的錯(cuò)誤管制，它接收BSP的出錯(cuò)報(bào)告，促使 BSP和 IML進(jìn)行錯(cuò)誤統(tǒng)計(jì)。 CAN控制器工作模式的設(shè)定、數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收等都是通過這些寄存器來實(shí)現(xiàn)的，時(shí)鐘分頻寄存器 OCR用于設(shè)定 SJA1000工作于 BASIC CAN模式還是 PELICAN模式 ，還用于 CLKOUT引腳輸出時(shí)鐘頻率的設(shè)定，在上電初始化控制器時(shí)必須首先設(shè)定：在工作模式下，控制寄存器 CR用于控制 CAN控制器的行為，可讀可寫；命令寄存器CMR只能寫；狀態(tài)寄存器 SR只能讀；而 IR、 ACR、 AMR、 BTRO、 BTRI、 OCR在工作模式下讀寫無意義。通常，在系統(tǒng)初始化時(shí) =1， SJA1000進(jìn)入復(fù)位模式。在此模式下 IR、 ACR、 AMR、 BTRO、 BTRI及 OCR均可讀可寫，此時(shí)設(shè)置相應(yīng)的初值。當(dāng)退出復(fù)位模式時(shí)， SJA1000即按復(fù)位時(shí)設(shè)定的相應(yīng)情況工作于工作模式，除非再次使芯片復(fù)位，否則 上次設(shè)定的值不變。當(dāng)需要發(fā)送信息時(shí)，若發(fā)送緩沖器空閑，由 CPU控制信息寫入 TXB，再由 CMR控制發(fā)送；當(dāng)接收緩沖器 RXFIFO未滿且接收信息通過了 ASP，則接收到的信息被寫入到 RXFIFO?？赏ㄟ^兩種方法讀