【文章內(nèi)容簡介】 B和 CAN控制 SJA1000為核心組成CAN總線的智能節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)主要由多個(gè)智能節(jié)點(diǎn)構(gòu)成再利用 CAN總線將這些節(jié)點(diǎn)連接成一個(gè)可以相互聯(lián)系的整體系統(tǒng)便可以實(shí)現(xiàn)對(duì)停車場燈光的智能控制該系統(tǒng)能夠較好地實(shí)現(xiàn)該智能燈光控制系統(tǒng)所要求的功能有效地解決停車場面臨的能耗材耗問題 CAN 適配器控制節(jié)點(diǎn)包括出入 口控制節(jié)點(diǎn)和現(xiàn)場控制節(jié)點(diǎn)等部分構(gòu)成各節(jié)點(diǎn)間通過 CAN 總線進(jìn)行通信該智能控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖 21 所示 入口節(jié)點(diǎn) 出口節(jié)點(diǎn) 停車場內(nèi)節(jié)點(diǎn)＃ 1 停車場內(nèi)節(jié)點(diǎn)＃ N 圖 21 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 當(dāng)有車輛進(jìn)入停車場時(shí)可以根據(jù)車牌號(hào)決定該車入庫時(shí)的行車路線及車位根據(jù)預(yù)定的行車路線選擇相應(yīng)的照明控制方案入口通道處的控制節(jié)點(diǎn)檢測是否有車輛進(jìn)入當(dāng)檢測到車輛時(shí)該控制結(jié)點(diǎn)通過 CAN 總線向網(wǎng)絡(luò)上的其他相關(guān)節(jié)點(diǎn)發(fā)布消息那些相關(guān)節(jié)點(diǎn)根據(jù)接收到的消息以及事先預(yù)定的 控制方案打開有關(guān)的照明回路 出口通道處的控制節(jié)點(diǎn)檢測是否有車輛或人離開當(dāng)檢測到車輛或人離開時(shí)該控制結(jié)點(diǎn)通過 CAN 總線向網(wǎng)絡(luò)上的其他相關(guān)節(jié)點(diǎn)發(fā)布消息使相關(guān)節(jié)點(diǎn)此時(shí)控制的照明回路復(fù)位關(guān)閉停車場內(nèi)的照明燈 在出入口的控制節(jié)點(diǎn)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測并通過 CAN 適配器將各個(gè)照明回路的開關(guān)狀態(tài)送給上位機(jī)以方便管理人員觀察停車場內(nèi)的照明情況同時(shí)出入口節(jié)點(diǎn)也可根據(jù)需要進(jìn)行手工控制實(shí)現(xiàn)對(duì)停車場內(nèi)每一個(gè)回路的開關(guān)控制以應(yīng)付一些緊急事件 為了讓系統(tǒng)能夠適應(yīng)不同的使用環(huán)境同時(shí)能夠根據(jù)用戶的需要隨時(shí)改變照明方案該系統(tǒng)采用現(xiàn)場可編程技術(shù)可由上位 機(jī)通過 CAN 總線將各個(gè)節(jié)點(diǎn)的控制方案下載到各控制節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)照明方案的現(xiàn)場編輯現(xiàn)場修改及現(xiàn)場下載 系統(tǒng)中 CAN適配器的作用是將 CAN總線上的命令通過串口或 USB口傳給上位機(jī)也可以將上位機(jī)的命令轉(zhuǎn)換成 CAN 命令發(fā)送給系統(tǒng)中的其它節(jié)點(diǎn) 22 系統(tǒng)的 CANbus 布線及智能節(jié)點(diǎn)具體工作原理 CANbus 布線 智能照明系統(tǒng)的主要功能是車輛導(dǎo)向空位檢測和照明控制等如圖 22 所示可設(shè)車場分為 4個(gè)停車區(qū)域 A區(qū) B區(qū) C區(qū)和 D區(qū) 4個(gè)區(qū)的區(qū)位引導(dǎo)系統(tǒng)統(tǒng)一安置在車場入口處指示區(qū)域的方向和當(dāng)前所剩的空位數(shù)該區(qū)位引導(dǎo)系統(tǒng)由一個(gè)控制器控制帶一個(gè) CANbus 總線接口 圖 22 車場內(nèi)部 CANbus 布線及結(jié)構(gòu)圖 這一個(gè)系統(tǒng)中使用 CANbus 總線方式進(jìn)行通訊網(wǎng)絡(luò)顯得非常簡單可靠如圖22所示每個(gè)停車區(qū)有一個(gè)單獨(dú)的區(qū)控制器均帶 CANbus接口用于管理該區(qū)的照明和車位檢測按圖 22 中所示圓圈表示照明燈通過區(qū)控制器來直接控制該區(qū)燈的亮滅車庫后的小矩形表示車位探測器用于檢測汽車是否到庫 當(dāng)有車輛或車主進(jìn)出某一個(gè)相關(guān)區(qū)域的時(shí)候該區(qū)域的照明才點(diǎn)亮在車輛或車主離開后燈自動(dòng)熄滅并且和當(dāng)前進(jìn)出不相關(guān)區(qū)域的照明燈將不會(huì)點(diǎn)亮這樣可以最大限度的節(jié)約能源延 長設(shè)備壽命這在較大型停車場中的作用會(huì)更加突出在車輛進(jìn)出后車場的停車數(shù)量發(fā)生變化系統(tǒng)可以及時(shí)地探測到這個(gè)變化并向主控制器和區(qū)位引導(dǎo)指示牌報(bào)告使其刷新當(dāng)前的記錄和顯示 點(diǎn)的工作原理 該系統(tǒng)主要是由多個(gè)智能節(jié)點(diǎn)組成各節(jié)點(diǎn)間通過 CAN 總線進(jìn)行通信上位機(jī)將系統(tǒng)中所有節(jié)點(diǎn)的控制方案下載到相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)中后各節(jié)點(diǎn)將根據(jù)這些從上位機(jī)下載的節(jié)點(diǎn)間的互聯(lián)關(guān)系表完成與有關(guān)節(jié)點(diǎn)的交互基本節(jié)點(diǎn)與一定數(shù)量的傳感器回路和照明回路相連 當(dāng)車場內(nèi)的基本節(jié)點(diǎn)接收到從 CAN 總線送過來的信息后根據(jù)從上位機(jī)下載的本節(jié)點(diǎn)與照明燈的互聯(lián)關(guān)系開啟與之 相關(guān)聯(lián)的燈當(dāng)基本節(jié)點(diǎn)的傳感器檢測到車到庫時(shí)基本節(jié)點(diǎn)將向 CAN 總線發(fā)送相關(guān)信息這樣所有節(jié)點(diǎn)就會(huì)按照使用者制定的方案打開預(yù)期的照明回路從而實(shí)現(xiàn)照明控制的智能化出入口控制節(jié)點(diǎn)位于停車場的出入口處控制節(jié)點(diǎn)隨時(shí)監(jiān)聽 CAN 總線上的各種消息 1 基本節(jié)點(diǎn)中存儲(chǔ)著該節(jié)點(diǎn)控制的照明設(shè)備與其它節(jié)點(diǎn)的傳感器的互聯(lián)關(guān)系當(dāng)某一基本節(jié)點(diǎn)接收到其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送的傳感器信息時(shí)該基本節(jié)點(diǎn)搜索本地的互聯(lián)關(guān)系并打開與此傳感器相關(guān)的照明設(shè)備 2 當(dāng)基本節(jié)點(diǎn)接收到上位機(jī)發(fā)送的下載命令時(shí)基本節(jié)點(diǎn)將與之相關(guān)的控制方案下載到本地 3 基本節(jié)點(diǎn)利用與 之相連的傳感器監(jiān)測車輛人員的情況當(dāng)監(jiān)測車輛人員時(shí)該基本節(jié)點(diǎn)便通過 CAN 總線向系統(tǒng)中的其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送相關(guān)的傳感器的信息 4 主控節(jié)點(diǎn)隨時(shí)監(jiān)聽 CAN 總線上的各種命令并通過狀態(tài)指示燈隨時(shí)反映停車場的各個(gè)照明回路的狀態(tài) 23 本章小結(jié) 本章對(duì)停車場智能燈光系統(tǒng)作了總體原理說明設(shè)計(jì)了整個(gè)系統(tǒng)的工作流程配以框圖較為詳細(xì)的分析了車輛進(jìn)出車庫停庫等的設(shè)計(jì)思路提出系統(tǒng)由上位機(jī) CAN 適配器包括出入口控制節(jié)點(diǎn)現(xiàn)場控制節(jié)點(diǎn)等部分構(gòu)成各節(jié)點(diǎn)間通過 CAN總線進(jìn)行通信并且對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)――控制節(jié)點(diǎn)作了較明確的說明分析為整個(gè)設(shè)計(jì)提供 了一個(gè)很合適很易行的研究方向 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 31 系統(tǒng)智能節(jié)點(diǎn)方案比較 本系統(tǒng)中的智能節(jié)點(diǎn)可選用兩種設(shè)計(jì)方案 方案一 CAN控制器 SJA1000和 32位 ARM微處理器 S3C44BOX構(gòu)成的 CAN通訊節(jié)點(diǎn)對(duì) SJA1000 的操作是通過對(duì)其內(nèi)部寄存器的設(shè)置和讀寫來完成的由于其內(nèi)部寄存器具有連續(xù)地址所以可以把 SJA1000當(dāng)作一個(gè)外部 RAM器件對(duì)其操作即可以看作對(duì)外部 RAM 的操作 S3C44B0X 是 SAMSUNG 三星 公司一款基于 ARM7TDMI 的 32 位精簡指令集 RISC 微處理器該處理器對(duì)外設(shè)的擴(kuò)展可 以采用兩種方式一種是直接采用 CPU 的總線進(jìn)行擴(kuò)展另一種是采用 IO口擴(kuò)展 S3C44BOX的總線是非復(fù)用的地址和數(shù)據(jù)總線分別可以被設(shè)置為 8 位 l6 位或者 32 位模式其外部地址最大為 256MB 分為 8個(gè) BANK 每個(gè) BANK32MB 分配一根片選信號(hào)線 CS 總線讀寫方式和一般的 CPU 基本相同 但是 SJA1000 與 S3C44BOX 之間的接口信號(hào)時(shí)序不是完全兼容的所以必須對(duì)S3C44BOX 的讀寫時(shí)序進(jìn)行變換使其滿足 SJA1000 的接口要求主要包括地址數(shù)據(jù)復(fù)用總線的設(shè)計(jì)地址鎖存信號(hào) ALE 的設(shè)計(jì)讀寫信號(hào) RDWR 的設(shè)計(jì)和片選信號(hào) CS的 設(shè)計(jì) 方案二采用 8051SJA100082C250 組合的方式實(shí)現(xiàn) CAN 的通信由于 8051 的時(shí)序和 SJA1000 的工作時(shí)序是一樣的所以只需將 SJA1000 的各個(gè)引腳與 8051 的相應(yīng)引腳相連即可 SJA1000 的 AD0～ AD7 連接到 8051 的 P0 口 CS 連接到 8051 的P27P27 為 0 的 CPU 片外存貯器地址可選中 SJA1000CPU 通過這些地址 SJA1000 執(zhí)行相應(yīng)的讀寫操作 SJA1000的 RDWRALE分別與 8051的對(duì)應(yīng)引腳相連 INT 接 8051的 INT0 從上面兩個(gè)方案分析可知方案二比方案一易于實(shí)現(xiàn)使用靈活對(duì) 于本課題只是該系統(tǒng)中的一部分如果選擇方案一可能會(huì)在整個(gè)系統(tǒng)中 S3C44B0X 資源缺乏選用方案二只需使用時(shí)將該模塊的 UART接口與需要主控制器的 UART接口相連可所以本設(shè)計(jì)中選用方案二 32 系統(tǒng)智能節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì) 主要器件介紹 1 SJA1000 SJA1000是一種應(yīng)用于汽車和一般工業(yè)環(huán)境的獨(dú)立 CAN總線控制器經(jīng)過簡單總線連接可完成 CAN 總線的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的所有功能其硬件與軟件設(shè)計(jì)和 PCA82C200的基本 CAN模式 BasicCAN兼容同時(shí)新增加的增強(qiáng) CAN模式 PeliCAN還可支持 CAN2OB 協(xié)議 SJA1000 的主要特性如下 ①擴(kuò)展接收緩沖器 64 字節(jié) FIFO 采用 24MHZ 時(shí)鐘頻率位通訊速率為 1Mbps ②支持 CAN2OB 時(shí)支持 11 和 29 位標(biāo)識(shí)符 ③增強(qiáng) CAN 模式 PeliCAN ④支持多種微處理器接口 ⑤可編程 CAN 輸出驅(qū)動(dòng)配置 ⑥工作溫度范圍為一 40125176。 C 圖 31 SJA1000 的引腳及封裝 表 31 管腳排列及功能說明 符號(hào) 引腳 說明 AD7AD0 212823 多路地址數(shù)據(jù)總線 ALEAS 3 ALE 輸入信號(hào) Intel 模式 AS 輸入信號(hào) Motorola 模式 CS 4 片選輸入低電平允許訪問 SJA1000 RD E 5 微控制器的 RD信號(hào)Intel 模式或 E 使能信號(hào) Motorola 模式 WR6 6 微控制器的 WR 信號(hào) Intel模式或 RDWR 信號(hào) Motorola 模式 CLKOUT 7 SJA1000 產(chǎn)生的提供給微控制器的時(shí)鐘輸出信號(hào)時(shí)鐘信號(hào)來源于內(nèi)部振蕩器且通過編程驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘控制寄存器的時(shí)鐘關(guān)閉位可禁止該引腳 CLKOUT 7 SJA1000 產(chǎn)生的提供給微控制器的時(shí)鐘輸出信號(hào)時(shí)鐘信號(hào)來源于內(nèi)部振蕩器且通過編程驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘控制寄存器的時(shí)鐘關(guān)閉位可禁止該引腳 VSS1 8 接地 XTAL1 9 輸入到振蕩器放大電路外部振蕩信號(hào)由此輸入 XTAL2 10 振蕩放大電路輸出使用外部振蕩信號(hào)時(shí)左開路輸出 MODE 11 模式選擇輸入 1 Intel 模式 0 Motorola 模式 VDD3 12 輸出驅(qū)動(dòng)的 5V 電壓源 TX0 13 從 CAN輸出驅(qū)動(dòng)器 0 輸出到物理線路上 TX1 14 從 CAN 輸出驅(qū)動(dòng)器 1 輸出到物理線路上 VSS3 15 輸出驅(qū)動(dòng)器接地 INT 16 中斷輸出用于中斷微控制器INT在內(nèi)部中斷寄存器各位都被置位時(shí)低電平有效 INT是開漏輸出且與 系統(tǒng)中的其它 INT 是線或的此引腳上的低電平可以把 IC 從睡眠模式中激活 RST 17 復(fù)位輸入用于復(fù)位 CAN 接口低電平有效把 RST 引腳通過 電容連到 VSS 通過電阻連到 VDD 可自動(dòng)上電復(fù)位 例如 C 1u FR 50k VDD2 18 輸入比較器的 5V 電壓源 RX0 RX1 1920 從物理的CAN 總線輸入到 SJA1000 的輸入比較器支配控制電平將會(huì)喚醒 SJA1000 的睡眠模式如果 RX1比 RX0的電平高就讀支配控制電平反之讀弱勢電平如果時(shí)鐘分頻寄存器的 CBP位被置位就旁路 CAN輸入比較器以減少內(nèi)部延時(shí)此 時(shí)連有外部收發(fā)電路這種情況下只有 RX0 是激活的弱勢電平被認(rèn)為是高而支配電平被認(rèn)為是低 VSS2 21 輸入比較器的接地端 VDD1 22 邏輯電路的 5V 電壓源 SJA1000 內(nèi)部結(jié)構(gòu)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 RXFIFO 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)部振蕩器及復(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 BTL 始終監(jiān)視 CAN 當(dāng)檢測到有效的信息頭時(shí)啟動(dòng)接收過程接收的信息首先 要由位流處理器 BSP 處理并由ASP過濾只有當(dāng)接收到的信息的識(shí)別碼與 ASP檢驗(yàn)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)可被 CPU 讀取 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它的寄存器來實(shí)現(xiàn)的通常在系統(tǒng)初始化時(shí)先使 CR0 1 SJA1000 進(jìn)入復(fù)位模式在此模式下 IR ACAAMR BTROBTRI 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 RXFIFO 可通過兩種方法讀取接收到的信息一種方法是在中斷被使能的情況下 SJAI000向 CPU發(fā)中斷信號(hào) CPU通過 SR 及 IR可以識(shí)別該中斷并讀取數(shù)據(jù)釋放接收緩沖器另一種方法是直接讀取 SR查詢 RXFIFO的狀態(tài)當(dāng)有信息接收時(shí)讀取該信息并釋放接收緩沖器當(dāng)接收緩沖器中有多條信息時(shí)當(dāng)前的信息被讀取后接收緩沖器有效信號(hào)會(huì)再次有效通過中斷方式或查詢方式可以再次讀取信息直到 RXFIFO中 的信息被全部讀出為止當(dāng) RXFIFO已滿如還有信息被接收此接收信息不被保存且發(fā)出相應(yīng)的緩沖器溢出信號(hào)供 CPU 讀取處理 2 PCA82C250 收發(fā)器 物理信令子層和數(shù)據(jù)鏈路層之間的連接是通過集成的協(xié)議控制器實(shí)現(xiàn)的這些產(chǎn)品有像 Philips 的 PCA82C200SJA1000 等而媒體相關(guān)接口負(fù)責(zé)連接傳輸媒體譬如將總線節(jié)點(diǎn)連接到總線的連接器像 Philips的 TJA1050或 PCA82C250等收發(fā)器 PCA82C250收發(fā)器是協(xié)議控制器和物理傳輸線路之間的接口如在 SOI1898標(biāo)準(zhǔn)中描述的它們可以用高達(dá) 1Mbps 的 位速率在兩條有差動(dòng)電壓的總線電纜上傳輸數(shù)據(jù) 它的特性主要有 ①完全和 IS011898 標(biāo)準(zhǔn)兼容 ②高速 高達(dá) 1Mbps ③在自動(dòng)化環(huán)境中總線保護(hù)瞬變 ④斜率控制降低射頻干擾 RFI ⑤不同的接收器都具有寬共模范圍有很強(qiáng)的抗電磁干擾 EMT 的能力 ⑥熱保護(hù) ⑦對(duì)電池和地的短路保護(hù) ⑧低電流備用模式 ⑨一個(gè)沒有上電的節(jié)點(diǎn)不干擾總線 ⑩至少可掛 110 個(gè)節(jié)點(diǎn) 表 32 PCA82C250 引腳功能描述 管腳號(hào) 管腳名 描述 1 TXD 發(fā)送數(shù)據(jù)輸入 2 GND 地 3 Vcc 電源電壓 4 RXD 接收數(shù)據(jù)輸 出 5 Vref 參考電壓輸出 6 CANL 低電平 CAN 電壓輸入輸出 7 CANH 高電平 CAN 電壓輸入輸出 8 Rs 斜率電阻輸入 圖 32 PCA82C250 引腳描述 管腳 8Rs有三種不同的工作模式高速待機(jī)斜率控制把管腳 8接地就選擇了高速工作模式在此模式下發(fā)送器輸出級(jí)晶體管被盡可能快地啟動(dòng)和關(guān)閉由于沒有措施用于限制上升和下降的斜度建議使用屏蔽電纜可避免 RFI 對(duì)于低速或較短的總線長度可使用一種沒有屏蔽的雙絞線或平行線對(duì)于降低 RFI 上升和下降的斜率是個(gè) w定值通過從管腳 8接一個(gè)電阻至地上升和下降 的斜率能夠被編程這個(gè)斜率和管腳 8 的電流輸出成比例如果高電平被接至管腳 8 電路進(jìn)入低電流保護(hù)模式在這種模式下發(fā)送器被關(guān)閉接收器開至低電流如果控制位被檢測 不同的總線電壓 09v RXD 將被拉至低電平 3 CAN 節(jié)點(diǎn)控制器 P89C52 此單片機(jī)是采用先進(jìn) CMO5 工藝的 8 位微控制器是 80C51 微控制器系列的派生和 80C51 指令相同 P89C52 片內(nèi)程序存儲(chǔ)器為 8K 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器為 256 字節(jié) 其主要的特點(diǎn)有 ① 8051 中心處理單元 ② 速度 可達(dá) 33MHz 全靜態(tài)操作 ③ 片內(nèi) FLASH 程序存儲(chǔ)器可擴(kuò)展到 64K 字節(jié) 4 級(jí)中斷 6 個(gè)中斷源 4 個(gè) 8 位10 口全雙工增強(qiáng)型 UART 3 個(gè) 16 位定時(shí)器雙 DPTR 寄存器 ④ 電源控制模式時(shí)鐘可停止和恢復(fù)空閑模式掉電模式外部中斷可以從掉電模式中喚醒 ⑤ 可編程時(shí)鐘輸出 ⑥ 低 EMI 禁止 ALE P89C51RD2 將原有的對(duì)外部數(shù)據(jù)和程序存儲(chǔ)器的 16 位尋址機(jī)制加以利用把片長的 RAM 擴(kuò)展到 1K 字節(jié)片上的 FLASH EPROM 擴(kuò)展到 64K 字節(jié)滿足當(dāng)今用嵌入 式高級(jí)語言編程對(duì)片上大存儲(chǔ)器容量的需要 它的獨(dú)特之處在于 ① 新增 加片內(nèi) 16 位尋址 ERAM 擴(kuò)展 RAM 四個(gè) I0 口均有復(fù)用功能嵌套中斷系統(tǒng)增強(qiáng)為 7 源 4 優(yōu)先級(jí) ② 新增加片內(nèi)程序存儲(chǔ)器采用非易失 FLASH 同時(shí)提供 BOOTROM 固件實(shí)現(xiàn)ISP 在系統(tǒng)中編程 和 IAP 在運(yùn)行中編程 ③ 增強(qiáng)定時(shí)器 2 具有捕捉自動(dòng) 11 重裝計(jì)數(shù)器波特率發(fā)生器編程時(shí)鐘輸出模式 ④ 5 模塊 PCA 支持上下沿捕捉 PWM 輸出軟件定時(shí)器看門狗定時(shí)器等模式 下面是這兩種芯片的引腳圖隨后是對(duì)這些引腳的功能的一個(gè)簡單介紹 圖 33 89C52 引腳 RST 復(fù)位當(dāng)晶振運(yùn)行時(shí)只要復(fù)位管腳出現(xiàn) 2 個(gè)機(jī)器周期高電平即可 復(fù)位內(nèi) 部電阻己連接到 Vss 僅需要一個(gè)外部電容接到 Vcc 上 ALE 地址鎖存使能