【文章內(nèi)容簡介】 圖 21 CAN總線分層結(jié)構(gòu) MAC 子層借助“故障界定實體”進(jìn)行監(jiān)控，故障鑒定是判別總線上干擾和故障的一種機(jī)制。物理層借助檢測和管理物理媒體的故障實體進(jìn)行監(jiān)控。 LLC 和 MAC 兩個同等的協(xié)議實體通過交換幀或協(xié)議數(shù)據(jù)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(guān)接口層。 故障界定 總線故障管理 物理層 應(yīng)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(guān)接口 數(shù)據(jù)鏈路層 6 CAN 總線的發(fā)展應(yīng)用 CAN 最初出現(xiàn)在 80 年代的汽車行業(yè)中，由德國 Bosch 公司最先提出。當(dāng)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(xiàn)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(fù)雜，同時意味找需要更多的控制連接芯導(dǎo)線。提出 CAN總線的最初動機(jī)就是為了解決現(xiàn)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(shè)計了一個單一的網(wǎng)絡(luò)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(biāo)準(zhǔn) ISO11898(高速應(yīng)用 )和 1SO11519（低速應(yīng)用） [10]。 CAN 是一種多方式的串行通訊總線，基本設(shè)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(chǎn)生的任何錯 誤。而且是具有很高的實時性能。 3 硬 件系統(tǒng)的設(shè)計 系統(tǒng)硬件的設(shè)計原理 ： 控制器局域網(wǎng)屬于現(xiàn)場總線范疇，它是一種有效支持分布控制的串行網(wǎng)絡(luò)通訊網(wǎng)絡(luò)，被公認(rèn)為最有前途的現(xiàn)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(biāo)準(zhǔn)設(shè)計一種智能測溫系統(tǒng)。該系統(tǒng)可靠性好、精度高、結(jié)果簡單、成本低在使用范圍可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的測溫系統(tǒng)的不足。 硬件電路由微處理器、 CAN 控制器、測溫芯片、 LED、按鍵、復(fù)位電路以及晶振電路組成。其中單片機(jī) PIC18F4580 作為核心部分。承擔(dān) CAN 控制器的初始化、數(shù)據(jù)收發(fā)等任務(wù)；CAN 總線控制器用于同上位機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)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(shè)計任務(wù) 本設(shè)計由上位機(jī) CAN 節(jié)點和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)構(gòu)成，實現(xiàn)對多溫度點的溫度采集。系統(tǒng)的各部分通過 CAN 總線，構(gòu)成一個數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)硬件電路原理框圖如 所示。 7 圖 31 數(shù)據(jù)采集點主要完成以下功能，數(shù)據(jù)實時采集，數(shù)據(jù)的就地顯示，接受上位機(jī)的命令和向上位機(jī)發(fā)送采集到的數(shù)據(jù)。 硬件設(shè)計模塊 硬件電路 在所設(shè)計電路中采 用， 由于單片機(jī) PIC18F4580 自帶 CAN 控制器， 只需要增加一個收發(fā)器即可， 單片機(jī) PIC18F4580 有 內(nèi)置的 EUSART 模塊配置 的異步收發(fā)模式，經(jīng)過 EUSART模塊 模塊接收從 PC 機(jī)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(jī)PIC18F4580 中還 內(nèi)置了 ECAN 模塊， 因此 它還是 CAN 網(wǎng)絡(luò)中一個節(jié)點的控制器。從 PC機(jī)中接收到的信息可以在單片機(jī) PIC18F4580 中 經(jīng)過 處理后發(fā)關(guān)到 CAN 總線上，然后，再 把 從CAN 總線上接受到的信息， 經(jīng)過 處理后通過 EUSART 模塊發(fā)送回 PC機(jī)。 硬件模塊主要由電源模 塊， PIC18F4580 單片機(jī)，傳感器和放大器， CAN 收發(fā)器，晶振電路，復(fù)位電路，液晶顯示模塊。 PIC18F4580 單片機(jī) 8 圖 32 PIC18F2580單片機(jī) PIC18F4580 單片機(jī)的特點： 主要引腳：電源和接地引腳，震蕩器晶體引腳，時鐘復(fù)位引腳， I/O 輸入輸出引腳，A/D 通道引腳。 內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能特點 特殊的微控制器功能： C 編譯器優(yōu)化結(jié)構(gòu)，可選擇擴(kuò)展指令集； 100000 擦除 / 寫入周期增 強(qiáng)型閃存程序存儲器（標(biāo)準(zhǔn)）； 1000000 擦除 / 寫周期的數(shù)據(jù) EEPRCOM 存儲器（標(biāo)準(zhǔn)）； 閃存 / 數(shù)據(jù) 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(kuò)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(nèi)電路串行編程（ ICSPTM）； 通過 2 個引腳內(nèi)電路調(diào)試（ ICD ）； 寬工作電壓范圍：（ ～ ）； ECAV 模塊特點：信息比特率高達(dá) 1Mbps ； 符合 現(xiàn)行的規(guī)范； 完 全逆向兼容 PIC18XXX8CAN 模塊； 3 個工作模式：傳統(tǒng)，增強(qiáng)型傳統(tǒng)，先進(jìn)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(jié)合； 設(shè)各網(wǎng)數(shù)據(jù)字節(jié)過濾支持； 遠(yuǎn)程自動幀處理； 先進(jìn)的錯誤管理功能 電源電路 單片機(jī)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(tǒng)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(shù)為 ／ ℃ ， 0℃ 時電阻值為 100Ω ，電阻變化率為℃ 。采用不銹鋼外殼封裝，內(nèi)部填充導(dǎo)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(shè)備、流體管道等溫度的測量，非常經(jīng)濟(jì)實用。鉑電阻溫度傳感器 10 精度高，穩(wěn)定性好，應(yīng)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(yīng)用于工業(yè)測溫，而且被制成各種標(biāo)準(zhǔn)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(nèi)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(shè)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(yán)重的干擾時控制器能夠正常工作，然而考慮到復(fù)雜度、系統(tǒng)集成等因素 ,本設(shè)計中利用 CTM8251 接口芯片來實現(xiàn)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(nèi)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(zhuǎn)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(jī)的通用 11 I/O 口對液晶的控制信號直接進(jìn)行控制，同時將單片機(jī)的 D 口作為其數(shù)據(jù)總線。液晶的第五腳用于液晶顯示對比度的調(diào)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(qū)動器作為列驅(qū)動器，同時使用 KS0107B及其兼容驅(qū)動器作為行驅(qū)動器的液晶模塊。由于 KS0107B 不與 MPU 發(fā)生聯(lián)系，故只要提供電源就能產(chǎn)生行驅(qū)動信號和各種同步信號。 MCG12864A83共有 兩片 KS0108B 或兼容控制驅(qū)動器和一片 HD61203 或兼容驅(qū)動器。 綜上所述 將溫度傳感器 Pt100 電橋采集到的溫度信號經(jīng)過放大電路后送入 A/D 轉(zhuǎn)換模塊完成A/D 轉(zhuǎn)換，單片機(jī) 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(jī) 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(jìn)行采集和處理，使用含 A/D 轉(zhuǎn)換的單片機(jī) PIC18F4580 進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，通過 CAN 收發(fā)器對信號進(jìn)行收集和發(fā)送，最后通過液晶顯示器顯示。 4 軟件設(shè)計 監(jiān)視器主 程序 該程序主要完成對遠(yuǎn)程采集的多點溫度信號，通過 CAN 收發(fā)器，在主機(jī)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(tǒng)主程序 該系統(tǒng)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(tǒng)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(shè)計是 CAN 總線設(shè)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(shè)置、接收屏蔽寄存器的設(shè)置、波特率參數(shù)的設(shè)置和中斷允許寄存器的設(shè)置 .CAN 初始化程序圖 。程序流程如 43所示。 開始 初始化 數(shù)據(jù)采集 數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)中斷子程序 根據(jù) CAN 協(xié)議規(guī)范，數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)發(fā)送到