【文章內容簡介】 圖 21 CAN總線分層結構 MAC 子層借助“故障界定實體”進行監(jiān)控，故障鑒定是判別總線上干擾和故障的一種機制。物理層借助檢測和管理物理媒體的故障實體進行監(jiān)控。 LLC 和 MAC 兩個同等的協議實體通過交換幀或協議數據單元相互通信。物理層分為物理信令層、物理媒體附屬裝置層和媒體相關接口層。 故障界定 總線故障管理 物理層 應用層 LLC 邏輯鏈路子層 MAC 媒體訪問控制子層 物理信令 物理媒體附屬裝置 媒體相關接口 數據鏈路層 6 CAN 總線的發(fā)展應用 CAN 最初出現在 80 年代的汽車行業(yè)中，由德國 Bosch 公司最先提出。當時，由于消費者對于汽車功 能的要求越來越高，而對于這些功能的實現大多都是基于電子器件的操作，這就使得電子裝置間的通訊越來越復雜，同時意味找需要更多的控制連接芯導線。提出 CAN總線的最初動機就是為了解決現代汽車中龐大的電子控制裝置之間的通訊，減少因功增加而增加的信號線。于是他們設計了一個單一的網絡總線，所有的外圍器件都可以掛接在總線上。 1993 年 CAN 已成為國際標準 ISO11898(高速應用 )和 1SO11519（低速應用） [10]。 CAN 是一種多方式的串行通訊總線，基本設計規(guī)范要求有高的位速率，高抗干擾性，而且能夠檢測出產生的任何錯 誤。而且是具有很高的實時性能。 3 硬 件系統的設計 系統硬件的設計原理 ： 控制器局域網屬于現場總線范疇，它是一種有效支持分布控制的串行網絡通訊網絡，被公認為最有前途的現場總線之一。本文利用 Pt100 測溫芯片作為傳感器，使用 CAN 總線標準設計一種智能測溫系統。該系統可靠性好、精度高、結果簡單、成本低在使用范圍可代替?zhèn)鹘y的測溫系統的不足。 硬件電路由微處理器、 CAN 控制器、測溫芯片、 LED、按鍵、復位電路以及晶振電路組成。其中單片機 PIC18F4580 作為核心部分。承擔 CAN 控制器的初始化、數據收發(fā)等任務；CAN 總線控制器用于同上位機進行遠程通訊、能夠獨立的完成 CAN 總線的接受和發(fā)送工作 。 硬件的設計任務 本設計由上位機 CAN 節(jié)點和數據采集系統構成，實現對多溫度點的溫度采集。系統的各部分通過 CAN 總線，構成一個數據采集網絡硬件電路原理框圖如 所示。 7 圖 31 數據采集點主要完成以下功能，數據實時采集，數據的就地顯示，接受上位機的命令和向上位機發(fā)送采集到的數據。 硬件設計模塊 硬件電路 在所設計電路中采 用， 由于單片機 PIC18F4580 自帶 CAN 控制器， 只需要增加一個收發(fā)器即可， 單片機 PIC18F4580 有 內置的 EUSART 模塊配置 的異步收發(fā)模式，經過 EUSART模塊 模塊接收從 PC 機的 COM 口發(fā)出的報文并發(fā)回反饋信息。與此同時，在 單片機PIC18F4580 中還 內置了 ECAN 模塊， 因此 它還是 CAN 網絡中一個節(jié)點的控制器。從 PC機中接收到的信息可以在單片機 PIC18F4580 中 經過 處理后發(fā)關到 CAN 總線上，然后，再 把 從CAN 總線上接受到的信息， 經過 處理后通過 EUSART 模塊發(fā)送回 PC機。 硬件模塊主要由電源模 塊， PIC18F4580 單片機，傳感器和放大器， CAN 收發(fā)器，晶振電路，復位電路，液晶顯示模塊。 PIC18F4580 單片機 8 圖 32 PIC18F2580單片機 PIC18F4580 單片機的特點： 主要引腳：電源和接地引腳，震蕩器晶體引腳，時鐘復位引腳， I/O 輸入輸出引腳，A/D 通道引腳。 內部結構和功能特點 特殊的微控制器功能： C 編譯器優(yōu)化結構，可選擇擴展指令集； 100000 擦除 / 寫入周期增 強型閃存程序存儲器（標準）； 1000000 擦除 / 寫周期的數據 EEPRCOM 存儲器（標準）； 閃存 / 數據 EEPROM 存儲：大于 40年； 在軟件控制下自編程； 中斷優(yōu)先級； 8 8 單周期硬件乘法器； 擴展看門狗定時器：可編程期由 41ms 至 131s； 通過 2 個引腳 5V單電源內電路串行編程（ ICSPTM）； 通過 2 個引腳內電路調試（ ICD ）； 寬工作電壓范圍：（ ～ ）； ECAV 模塊特點：信息比特率高達 1Mbps ； 符合 現行的規(guī)范； 完 全逆向兼容 PIC18XXX8CAN 模塊； 3 個工作模式：傳統，增強型傳統，先進先出： 3 個優(yōu)先專用傳輸緩沖器； 2 個專用接收緩沖器； 9 6 個可編程接收 / 發(fā)送緩沖器； 3 個全 29 位驗收膜； 16 個全 90 位驗收過濾器配 / 動態(tài)結合； 設各網數據字節(jié)過濾支持； 遠程自動幀處理； 先進的錯誤管理功能 電源電路 單片機工作 所需要的的電壓為 +5V，且底層電路功耗很小采用 7805 三端穩(wěn)壓即可滿足要求所需電源。電路如下圖所示 33. 圖 33 電源電路圖 傳感器電橋和 放大電路 圖 34 傳感器電橋和放大電路 本系統所采用的溫度傳感器是 Pt100 電橋，采用了三線制的電橋電路， R1， R2,R3 均為 100 歐，可以很好的消除引線電阻的影響，提高測量精度 . PT100，又叫熱電阻，是一種溫度傳感器，鉑電阻溫度系數為 ／ ℃ ， 0℃ 時電阻值為 100Ω ，電阻變化率為℃ 。采用不銹鋼外殼封裝，內部填充導熱材料和密封材料灌封而成，尺寸小巧，適用于精密儀器、恒溫設備、流體管道等溫度的測量，非常經濟實用。鉑電阻溫度傳感器 10 精度高，穩(wěn)定性好，應用溫度范圍廣，是中低溫區(qū)（－ 200℃ ～ 400℃ ）最常用的一種溫度檢測器，不僅廣泛應用于工業(yè)測溫，而且被制成各種標準溫度計 [11]。 CAN 收發(fā)器連接電路 圖 35 CTM8251收發(fā)器連接電路 PIC18F4580 芯片中雖然內嵌 CAN 控制器 ,但是必須與 CAN 收發(fā)器連接才能具備收發(fā)功能 ,在以往的設計中 CAN 收發(fā)器之間通常需要 加入 DC — DC 電源隔離模塊和高速光電耦合器組成的隔離電路 , 以確保在 CAN 總線遭受嚴重的干擾時控制器能夠正常工作，然而考慮到復雜度、系統集成等因素 ,本設計中利用 CTM8251 接口芯片來實現帶隔離的 CAN 收發(fā)電路， CTM8251 是一款帶隔離的通用 CAN 收發(fā)器芯片，該芯片內部集成了所有必需的 CAN 隔離及 CAN 收發(fā)器件，這些都被集成在不到 3 平方厘米的芯片上，芯片的主要功能是將 CAN控制器的邏輯電平轉換為 CAN總線的差分電平并且具有 DC 2500V 的隔離功能 [12]。 液晶顯示器電路 [13] 圖 36 液 晶顯示電路 如圖 36 該液晶顯示模塊與 PIC18F4580 的接口電路。該顯示電路采用單片機的通用 11 I/O 口對液晶的控制信號直接進行控制，同時將單片機的 D 口作為其數據總線。液晶的第五腳用于液晶顯示對比度的調節(jié)，它需要通過一個 10K 的可變電阻接到 12V的電源上。 該液晶顯示模塊是使用 KB0108 及其兼容控制驅動器作為列驅動器，同時使用 KS0107B及其兼容驅動器作為行驅動器的液晶模塊。由于 KS0107B 不與 MPU 發(fā)生聯系，故只要提供電源就能產生行驅動信號和各種同步信號。 MCG12864A83共有 兩片 KS0108B 或兼容控制驅動器和一片 HD61203 或兼容驅動器。 綜上所述 將溫度傳感器 Pt100 電橋采集到的溫度信號經過放大電路后送入 A/D 轉換模塊完成A/D 轉換，單片機 PIC18F4580 將采集到的信號通過 CAN 收發(fā)器發(fā)送到 CAN 總線，在于單片機 PIC18F4580 接收信號發(fā)送到液晶顯示器顯示。采用電橋電路和放大器電路對信號進行采集和處理，使用含 A/D 轉換的單片機 PIC18F4580 進行 A/D 轉換，通過 CAN 收發(fā)器對信號進行收集和發(fā)送，最后通過液晶顯示器顯示。 4 軟件設計 監(jiān)視器主 程序 該程序主要完成對遠程采集的多點溫度信號，通過 CAN 收發(fā)器，在主機端使用液晶顯示模塊的顯示，初始化 A/D,A/O 等。流程圖如 41 所示 。 圖 41 監(jiān)視器流程圖 采集系統主程序 該系統主要完成對信號的采集，處理和發(fā)送，初始化 A/D,A/O 等 。程序流程如圖 42開始 CAN總線接收 按鍵子程序 顯示 初始化 12 所示。 圖 42采集系統流程圖 CAN 總線的接收和發(fā)送程序 初始化程序 ,主要完成各端口的初始化、 CAN 通信接口的初始化 .其中 CAN 的初始化設計是 CAN 總線設計的重要環(huán)節(jié) ,主要考慮 CAN 控制器的工作模式、接收濾波方式的設置、接收屏蔽寄存器的設置、波特率參數的設置和中斷允許寄存器的設置 .CAN 初始化程序圖 。程序流程如 43所示。 開始 初始化 數據采集 數據處理 CAN收發(fā)器發(fā) 送 13 圖 43 CAN初始化程序流程圖 發(fā)送數據中斷子程序 根據 CAN 協議規(guī)范，數據從 CAN 控制器發(fā)送到 CAN 總線是由 CAN 控制器自動完成。 CPU只需將發(fā)送的數據發(fā)送到