【文章內(nèi)容簡介】 計將機車與控制臺間信號的傳輸方式改為無線傳輸，操作更方便，延長了設備的使用壽命，并提高了設備的工作效率，同時還為安全生產(chǎn)提供了有力保障。 本課題擬采用的研究手段（途徑）和可行性分析 無線 CAN 總線在實際應用中的優(yōu)點 CAN具有的屬性 ： 1）報文具有優(yōu)先權； 2）延遲時間較短； 3）設置靈活； 4）多點接收和時間同步； 5）系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)的一致性（ System Wide Data Consistency）； 6）多主機（對等）； 7）錯誤檢測與錯誤標定； 8）只要總線處于空閑，被破壞的報文可以被再次輸入； 技術應用中存在的問題分析及解決方案 整個題目涉及方面較廣，所有資料全由書籍查閱和網(wǎng)上收集得來，可能遇到的困難是資料收集不全面，或者查閱的資料不夠前沿，導致做出的設計不完整或者時效性差，對自動化系統(tǒng)的總體設計布局， 區(qū)域規(guī)劃設計總體思路不夠清晰；還有就是在設計的時候難免會缺乏實地的參觀考察，導致設計的整體構(gòu)思不夠完善，或者不夠科學，致使設計結(jié)構(gòu)不夠清晰，以至于達不到要求較高的設計水平。所以我盡量多方位查找資料，做到準備充分，整合和借鑒多方面知識，完成論文攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 1 緒論 6 的設計。 具體實施可行性分析 在無線通信中，數(shù)據(jù)是以包的形式傳輸?shù)?，因此每次傳輸?shù)牟皇且粋€數(shù)據(jù)字節(jié)，而是一串數(shù)據(jù)，由于無線通信的復雜性和不可預知性，為了確保數(shù)據(jù)的完整性和正確性，需要在數(shù)據(jù)傳輸過程中使用一種機制或約定，即通信協(xié)議。在通信協(xié)議中，可以加入各路 信號數(shù)據(jù)間的間隔標志字以及傳輸完全部信號后的結(jié)束標志字和 ID 辨別系統(tǒng)以免辨別到其他的無關無線信息，這樣在接收端，可以有效地區(qū)分開各路信號。為了保證各路數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性，可以在各路信號數(shù)據(jù)的包中加入一些校驗，如 CRC校驗碼。通過選擇合適的通信協(xié)議和校驗算法能保證在接收端可靠地恢復出發(fā)送端的各信號。 基于遠程監(jiān)控控制系統(tǒng)工作流程如下：檢測無線信號，接收數(shù)據(jù)并分析數(shù)據(jù)，進入 CAN總線分析處理，用控制設備發(fā)送處理數(shù)據(jù)，無線發(fā)送數(shù)據(jù)進入機車端，機車端接收并響應數(shù)據(jù)并控制爆破。 硬件設計：系統(tǒng)硬件部分設計將采用模塊化設 計方法，根據(jù)預實現(xiàn)的功能不同，將系統(tǒng)劃分為多個模塊，如：電源電路、無線探測傳感電路、穩(wěn)壓電路、無線控制系統(tǒng)、無線數(shù)據(jù)接收、無線數(shù)據(jù)分析、無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)?。軟件設計：為實現(xiàn)對無線 CAN 總線的自動控制 ,必須妥善設計控制算法 .建立無線被控制對象的數(shù)學模型。抗干擾措施：干擾系統(tǒng)總的分為設備內(nèi)干擾和外干擾，內(nèi)干擾為收發(fā)干擾，鄰道干擾。外干擾為多徑干擾，多用戶干擾，環(huán)境干擾和電臺干擾。解決好這些干擾因素，需從硬件軟件兩部分入手，硬件部分對發(fā)射器配置和頻段有明確規(guī)定，不要形成多頻段多覆蓋的串頻行為。軟件部分加入 ID辨別系統(tǒng) 有效的降低干擾。 攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 2 無線 CAN 總線總體結(jié)構(gòu)設計 7 2 無線 CAN 總線總體結(jié)構(gòu)設計 系統(tǒng)總體框圖設計 根據(jù)設計任務要求，系統(tǒng)由一個主控機和一個 CAN節(jié)點執(zhí)行器組成，它們的兩端都連在雙絞線上，構(gòu)成一個局部通信的 CAN總線通信網(wǎng)絡， CAN總線通信網(wǎng)絡的主體結(jié)構(gòu)由無線收發(fā)系統(tǒng)的收發(fā)器 nRF2401構(gòu)成， nRF2401實現(xiàn)了無線數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送并與另一個控制中心一并組成無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡，該系統(tǒng)的最重要的任務是實現(xiàn) CAN總線無線通信網(wǎng)絡的通信以及內(nèi)部局域網(wǎng)通信。其系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖發(fā)圖 圖 系 統(tǒng)總體框圖 總線系統(tǒng)軟件設計 CAN 總線主控機節(jié)點設計 CAN 總線主控機系統(tǒng)由單片機最小系統(tǒng)、 CAN 總線通信接口、實時顯示、人機接口模塊和串口通信下載模塊及無線通信模塊組成。 CAN總線通信接口通過雙絞線收發(fā)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)和執(zhí)行器的連通。結(jié)構(gòu)框圖如圖 ：本主控機負責與無線通信網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)傳輸，同時也是 CAN 總線網(wǎng)絡中的一個節(jié)點，在整個系統(tǒng)中起著主導作用，無線通信模塊采用 的 nRF2401 通信芯片，而無線 CAN總線通信模塊，正好采用 SJA1000 和 PCA82C250,通 過單片機控制，實現(xiàn)了各個攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 2 無線 CAN 總線總體結(jié)構(gòu)設計 8 節(jié)點之間的信息的傳遞。 CAN 通信模塊設計 無線 CAN總線的核心技術是通信模塊的設計 ,也是本次論文設計的重點，它起到聯(lián)系主控機和執(zhí)行器之間進行數(shù)據(jù)交換傳遞的重要作用。一個無線 CAN總線節(jié)點由 CAN總線控制器、單片機、總線驅(qū)動器和高速光電耦合器共同組成，可以對它進行編程，所以我們常稱它為智能節(jié)點，結(jié)構(gòu)如圖 221所示，設計圖中無線 CAN通信模塊運用了相對獨立的無線 CAN控制器，通過對控制器中編程寫入數(shù)據(jù)來控制芯片的數(shù)據(jù)從緩沖區(qū)里發(fā)送出去，目標節(jié)點的功能就是把數(shù)據(jù)接收到數(shù) 據(jù)接收緩沖區(qū)里，再通過單片機之間和 CAN總線接口之間的數(shù)據(jù)總線，傳輸?shù)絾纹瑱C內(nèi)進行數(shù)據(jù)處理。設計方案如圖 。 單片機微處理器S T C 8 9 C 5 2人 機 接 口模 塊R S 2 3 2串 行 接 口C A N 總 線通 信 模 塊N R F 2 4 0 1無 線 收 發(fā) 模 塊顯 示 模 塊 圖 攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 2 無線 CAN 總線總體結(jié)構(gòu)設計 9 C A N 總 線 驅(qū) 動 器P C A 8 2 C 2 5 0光 藕 隔 離6 N 1 3 7C A N 總 線 控 制 器S A J 1 0 0 0單 片 機C A N 總 線 驅(qū) 動 器P C A 8 2 C 2 5 0光 藕 隔 離6 N 1 3 7C A N 總 線 控 制 器S A J 1 0 0 0單 片 機C A N 總 線 驅(qū) 動 器P C A 8 2 C 2 5 0光 藕 隔 離6 N 1 3 7C A N 總 線 控 制 器S A J 1 0 0 0單 片 機C A N 總 線 圖 顯示模塊設計 該顯示器圖 單片機控制的 LCD1602顯示器 、 1602液晶也叫 1602字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的 點陣 型液晶模塊。它由若干個 5X7或者 5X11等 點陣 字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符，每位之間有一個點距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因為如此所以它不能很好地顯示圖形（用自定義 CGRAM，顯示效果也不好）。應用在工業(yè)控制過程或設備的顯示器。單片機顯示器特點是： ，可 擴展的用戶字庫；可選擇的操作模式；顯示屏一覽無余 ,快速清屏、地址自動增加；圖形界面操作 ,提供單點、多點寫功能；多控制器選擇 ,可選配件觸摸屏；低成本低功耗，高穩(wěn)定性，適應 MCU應用的串口 TFT產(chǎn)品 。 其核心電路均采用大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷O計，全硬件實現(xiàn)，性能穩(wěn)定可靠 。 采用簡單的并行總線方式與 51單片機、 AVR、 DSP、 PIC、 ARM等 CPU直接連接，信號包括數(shù)據(jù) D[7： 0]、地址A[1： 0]、片選 /CS、寫 /WR、讀 /RD。 圖 攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 2 無線 CAN 總線總體結(jié)構(gòu)設計 10 圖 1602運用了標準的 16引腳如上圖 所 示 ，其中： 第 1腳： VSS為電源地 第 2腳： VCC接 5V電源正極 第 3腳： V0被成為 液晶顯示器對比度調(diào)整端， 當它 接 入 正電時對比度 呈現(xiàn)為 最弱， 當它 接地時 相對 對比度 呈現(xiàn) 最高（對比度 呈現(xiàn) 過高 現(xiàn)象 時會 出現(xiàn) “ 鬼影 ” ， 所以我們經(jīng)常在使用的時候接入一個 10K的電位器 來 調(diào)整對比度）。 第 4腳： RS為選擇寄存器，高電平 1時 系統(tǒng)將指定為 數(shù)據(jù)寄存器、低電平 0時 系統(tǒng)會指定為 指令寄存器。 第 5腳： RW是系統(tǒng) 讀寫信號線，低電平 (0)時 實現(xiàn) 寫操作 ， 高電平 (1)時 實現(xiàn) 讀操作 。 第 6腳： E((enable))端 被稱為 使能端 ,高電平（ 1）時讀 取信息，負跳變時執(zhí)行指令。 第 7～ 14腳： D0～ D7稱為 8位雙向數(shù)據(jù)端。 第 15～ 16腳：背燈電源或 空腳 。 15腳背光負極 ， 16腳背光正極。 無線 CAN 總線 系統(tǒng)的硬件配置 無線 CAN 總線電源電路 電源是整個系統(tǒng)的能量來源，它直接關系到系統(tǒng)能否運行。在本系統(tǒng)中需要用到 5V 和 的電源，因此電路中 需選用穩(wěn)壓芯片 LM7805 和 AMS1117 穩(wěn)壓 芯片；其 LM7805最大輸出電流為 ，能夠滿足系統(tǒng)的要求，電路如圖 所示。 攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 2 無線 CAN 總線總體結(jié)構(gòu)設計 11 圖 電源電路 RS232 下載接口電路 RS232通信接口電路原理圖如圖 ：由于 PC機的通信口為 RS232電平標準，而單片機則是 TTL電平，所以要實現(xiàn)單片機與 PC機串行通信，就需采用MAX232將 TTL電平轉(zhuǎn)換為 RS232電平。 RS232標準的傳輸速率只能達到 20kb/s,最大傳輸距離 15m。但這里基本能滿足本次設計要求。該接口電路，方便設計中的程序調(diào)試，電路簡單實用。 圖 RS232下載接口電路 通信接口電路 硬件電路設計圖如圖 攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 2 無線 CAN 總線總體結(jié)構(gòu)設計 12 圖 CAN通信接口硬件電路 接線方式： STC89C52SJA1000內(nèi)部已經(jīng)有地址鎖存功能，所以它的地址 /數(shù)據(jù)端可以和單片機的 P0口直接連接。起控制作用的控制信號線 ALE、 RD、 WR直接和89C52的相對的接口相連接。由于 SJA1000是低電平復位，而 AT89C52是通過高電平復位來實現(xiàn)控制，為了保證了 CAN控制器復位的可靠性，同時可方便的復位，因此運用單片機其中的一個引腳直接產(chǎn)生復位信 號并供給 SJA1000。 89C52的 提供 SJA1000的 CS信號，當軟件尋訪 SJA1000時，如果高位地址變成 7FH，同時，INT接 89C52的 INT1，以中斷方式接收數(shù)據(jù)則說明 。為了實現(xiàn)系統(tǒng)的高可靠性， SJA1000和 89C52都擁有各自相對獨立的晶振電路。 SJA1000 的RX0和 TX0分別同 PCA82C250的 RXD和 TXD相連， 82C250的 CANL和 CANH引腳分別連接了一個 5Ω的電阻連接在 CAN總線上，有一定的限流功效，保證了 82C250不會受到電流過高的沖擊。 CANL和 CANH分別和地面之間并聯(lián)了兩個大小為 30pF的小電容，對總線上的一定的防電磁輻射和高頻干擾可以起到濾除的作用。同時，通過對兩根 CAN總線地之間和輸入端分別連接一個防雷擊二極管，當兩地之間或輸入端出現(xiàn)了瞬時干擾，可以透過防雷擊管的放電作用可以并起到一定的防止擊穿的效果。 SJA1000 RX1在沒有使用的情況下可做接地處理，連同時鐘分頻寄存器里面的 （ CBP）的置位功能可增加 CAN總線的長度。 同時需要說明的是在 CAN 總線兩端各自連接一個 120Ω的電阻來匹配總線阻抗，用來提高數(shù)據(jù)通信的可靠行和 抗干擾性。但實際情況下我們僅需確?？偩€ CAN網(wǎng)絡中“ CAN_L”和“ CAN_H”間的跨接一個 60Ω的電阻就可以了。 芯片的結(jié)構(gòu) nRF2401 芯片結(jié)構(gòu)及引腳說明 nRF2401總結(jié)構(gòu)如圖 ，引腳如圖 242所示 （最新版本為nRF2401A， nRF2401AG 為無鉛工藝版本）是由 Nordic公司出品的單芯片無線收攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 2 無線 CAN 總線總體結(jié)構(gòu)設計 13 發(fā)芯片，工作于 ～ （ ISM）頻率。芯片包括一個完全集成的功率放大器 , 調(diào)制器 ,頻率合成器，晶體振蕩器。發(fā)射功率和工作 頻率等工作參數(shù)可以很容易的通過 3線 SPI端口完成。極低的電流消耗，在 5dBm的輸出功率時僅為 ，在接收模式時僅為 18mA。掉電模式可以很容易的實現(xiàn)低功耗需求。 nRF2401 內(nèi)置 結(jié)構(gòu)包括 功率放大器 、 先入先出堆棧區(qū) 、 地址解碼器、時鐘處理器 、 GFSK 濾波器 、 解調(diào)處理器、 低噪