【正文】 圖 2401硬件電路 攀枝花學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計 17 3 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計 系統(tǒng)軟件設(shè)計 系統(tǒng)軟件總體設(shè)計框圖 為了滿足本次設(shè)計的客觀要求，系統(tǒng)軟件的總設(shè)計圖形如下圖 ； 按 鍵模 塊L C D 1 6 0 2顯 示 模 塊C A N總 線無 線接 收控 制中 心L C D 1 6 0 2顯 示 模 塊節(jié) 點 二C A N 總 線 接 口 模 塊實 現(xiàn) 各 節(jié) 點 的 通 信節(jié) 點 三按 鍵 處 理 模 塊無線收發(fā)器無線服務終端 圖 系統(tǒng)軟件總體設(shè)計框圖 系統(tǒng)的組成由以下幾個方面組成，無線 CAN總線通信系統(tǒng)與無線服務端子，無線 CAN總線通信系統(tǒng)，構(gòu)成由 3個節(jié)點 ,其中一個節(jié)點上接無線終端系統(tǒng)通信和無線收發(fā)器 2401負責，其 他 2個節(jié)點構(gòu)成由單片機無線 CAN總線收發(fā)系統(tǒng)，無線服務終端由 STC89C52與 2401構(gòu)成，目的在于在 CAN總線通信網(wǎng)絡(luò)中的隨意一個節(jié)點上讀取數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)。硬件電路如圖 。接收端硬件和發(fā)送端的互連差不多一樣 ,正是由于它有通用性 ,所以半雙工通信就變得比較容易去實現(xiàn)。系 統(tǒng)的關(guān)機狀態(tài)， 2401片內(nèi)保存了配置字的內(nèi)容，所以說這就是這種狀態(tài)同斷電狀態(tài)最大的區(qū)別。當系統(tǒng)處于空閑狀態(tài)情況下，2401片內(nèi)依舊保存有配置字的內(nèi)容。 2401在空閑模式的目的在于減小平均工作電流，它最顯著的特點就是減少芯片的啟動時間同時實現(xiàn)降低能耗的目的。 配置字從最高位開始，依次送入 2401。這樣一來就使得 2401 能夠區(qū)分數(shù)據(jù)和地址；地址：有通道 1 的地址和通道 2 的地址與接收數(shù)據(jù)的地址，；數(shù)據(jù)寬度：說明據(jù)包中射頻數(shù)數(shù)據(jù)占用的位數(shù)。在用到 2401 片內(nèi)的 CRC技術(shù)的時候，要保證在配置字中 CRC校驗被使能系統(tǒng)辨別出來，同時接收與發(fā)送在同一種通信協(xié)議下進行。 stTM 它調(diào)整 配置字 就能讓 2401可以 處理射頻協(xié)議， 系統(tǒng)完成配置過后 ， 2401 進入 工作 模式 ， 僅僅 需 要轉(zhuǎn)變它最低一個字節(jié) 里面的 內(nèi)容， 可以在 發(fā)送模式 與 接收模式之間 轉(zhuǎn)換 。 nRF2401的所有配置工作都是通過 CS、 CLK1和 DATA三個 引腳 完成，把其 設(shè)置 為 stTM收發(fā)模式需要 最多 15個 字節(jié) 調(diào)整配置 字，而如把其 調(diào)整成最直接 收發(fā)模式 僅僅 要 2 個 字節(jié)的 調(diào)整 配置字。本文采用 st TM 收發(fā)模式 ,該模式系統(tǒng)具有編程簡單，穩(wěn)定性高等特點。后者使用片內(nèi) FIFO堆棧，數(shù)據(jù)從MCU低速送入，但高速發(fā)射，而且全部的高速信號即同射頻協(xié)議有關(guān)的處理都發(fā)生在片內(nèi)。 攀枝花學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 無線 CAN 總線總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 15 表 其中收發(fā)模式分為 Direct Mode 和 ShockBur st 下文簡稱 st。 圖 攀枝花學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 無線 CAN 總線總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 14 圖 nRF2401 工作模式 nRF2401的工作方式有四種：空閑模式、關(guān)機模式、配置模式與收發(fā)模式。 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、 低噪聲放大器 等功能 性 模塊， 對外圍設(shè)備原件需求比較少 ， 所以在 使用 方面表現(xiàn)得比較 方便。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。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。但實際情況下我們僅需確保總線 CAN網(wǎng)絡(luò)中“ CAN_L”和“ CAN_H”間的跨接一個 60Ω的電阻就可以了。 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。 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。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。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。 圖 RS232下載接口電路 通信接口電路 硬件電路設(shè)計圖如圖 攀枝花學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 無線 CAN 總線總體結(jié)構(gòu)設(shè)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。但這里基本能滿足本次設(shè)計要求。 攀枝花學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 無線 CAN 總線總體結(jié)構(gòu)設(shè)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。 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(guān)系到系統(tǒng)能否運行。 第 15～ 16腳：背燈電源或 空腳 。 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 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。 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。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 。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）。設(shè)計方案如圖 。 CAN 通信模塊設(shè)計 無線 CAN總線的核心技術(shù)是通信模塊的設(shè)計 ,也是本次論文設(shè)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。 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。 攀枝花學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 無線 CAN 總線總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 7 2 無線 CAN 總線總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 系統(tǒng)總體框圖設(shè)計 根據(jù)設(shè)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(luò)， CAN總線通信網(wǎng)絡(luò)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(luò)，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(luò)的通信以及內(nèi)部局域網(wǎng)通信。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?？垢蓴_措施：干擾系統(tǒng)總的分為設(shè)備內(nèi)干擾和外干擾，內(nèi)干擾為收發(fā)干擾，鄰道干擾。 硬件設(shè)計：系統(tǒng)硬件部分設(shè)計將采用模塊化設(shè) 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)?。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。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(guān)無線信息，這樣在接收端，可以有效地區(qū)分開各路信號。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(shè)計（論文） 1 緒論 6 的設(shè)計。針對這些情況，本設(shè)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(shè)備的使用壽命，并提高了設(shè)備的工作效率，同時還為安全生產(chǎn)提供了有力保障。我國的淺鉆孔發(fā)展相對比較緩慢，大多以仿制為主，自身創(chuàng)新技術(shù)還相對落后于其他發(fā)達國家。 GPRS應用于潛孔鉆中，實現(xiàn)了臂架自動定位，節(jié)省了更多時間，提高了工作效率?；剞D(zhuǎn)、推進、行走、擺幅均由機械內(nèi)燃機提供動力，它配備小型鑿巖裝置可以實現(xiàn)鉆鑿光面、預裂、錨索孔等，也有動力鉆鑿生產(chǎn)孔，爆破孔。正應為無線 CAN 總線具有操作簡單、實時性好、可靠性高、成本合理等優(yōu)點 ,已經(jīng)逐漸被應用于各種自動化程度較高的系統(tǒng)中如工業(yè)測控船舶、電力系統(tǒng)、樓宇監(jiān)控、自動化、航天等其他領(lǐng)域中。CAN總線的傳輸 速率 非?？欤梢赃_到每秒 32bytes傳輸 有效數(shù)據(jù) 的速率 ， 所以這樣就確保了 數(shù)據(jù)的準確性 與 實效性?？刂破骶植烤W(wǎng) CAN 是在適應在計算機數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域內(nèi) ,長期以來使用的通信標準 ,但是無法在需要使用量的傳感器和大規(guī)模的環(huán)境中使用和控制器的復雜形勢和需求下發(fā)展起來的。它的出現(xiàn)為控制器網(wǎng)絡(luò)的標準化提供了良好的契機，為 CAN的發(fā)展提供了更多的機會， CAN 已經(jīng)能運用于包括控制器區(qū)域網(wǎng) (CAN)和本地互連網(wǎng) (LIN)等網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中。這個技術(shù)規(guī)范有以下兩個部分 A 和 B。因為愈來愈多的不同領(lǐng) 域采用和推廣 CAN總線，所以對各種應用領(lǐng)域通信報文的標準化提出了要求。為高可靠、高速、高效率、低能耗和低成本的通信媒體提出了更高的要求。攀枝花學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 緒論 4 它最早運用于汽車工業(yè)，隨著 CAN總線技術(shù)的不斷發(fā)展，其運用領(lǐng)域也得到不斷的擴展，如今，在機器人、數(shù)控機床、自動化儀表、航空工業(yè)等領(lǐng)域，都能看到CAN的影子。同其他的通信總線相比， CAN 總線的數(shù)據(jù)通信具有更明顯的靈活性、實時性和可靠性。與此同時，短幀的 8個數(shù)據(jù)字節(jié)不會因為長時間占用總線而出現(xiàn)擁擠現(xiàn)象，確保了通信的有效性和實時性；無線 CAN 在仲裁技術(shù)方面采用優(yōu)先級判別法，所以總線處理沖突的時間明顯減少，大大的節(jié)省了時間。 CAN(Controller Area Network)控制器局域網(wǎng)是 80年代最早提出一類網(wǎng)絡(luò)串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議，錄屬于工業(yè)現(xiàn)場總線的范疇。伴隨著人類社會的科學技術(shù)的深刻變革，計算機科學以其獨特的姿態(tài)引領(lǐng)著時代的發(fā)展和它的 4C技術(shù) (CRT顯示技術(shù)、自動控制技術(shù)、計算機技術(shù)、通訊技術(shù) )逐漸的影響和改變了人類生活和生產(chǎn)的方方面面 ,同時導致了自動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和其他方面的優(yōu)化和升級，逐漸形成了以網(wǎng)絡(luò)為主導地位和以自動控制為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)。 由于自動化技術(shù)在工礦企業(yè)的廣泛運用 , 在國內(nèi)外領(lǐng)域潛孔鉆基本都也是運用 CAN總線控制運用 CAN總線無線技術(shù)，突破 傳統(tǒng)線路的局限，將傳統(tǒng)的長長的電纜線切掉，用無線數(shù)據(jù)模塊傳輸和接受分析傳輸數(shù)據(jù)實現(xiàn)潛鉆孔無線控制爆破，降低施工的危險系數(shù)，同時增加可控性和遠程控制，突破傳統(tǒng)的多線路復雜的控制模式。本文通過在 CAN總線中增加一個內(nèi)嵌 GPRS通訊模塊的 CAN 總線節(jié)點的方法來實現(xiàn)基于 GPRS 無線網(wǎng)絡(luò)的 CAN 總線遠程監(jiān)控的目的，利用 GPRS 的技術(shù)特點和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢 ,運用 TCP/IP 協(xié)議 ,實現(xiàn)了 CAN 總線IP協(xié)議和無線報文的相互轉(zhuǎn)換并使用互聯(lián)網(wǎng)或無線 GPRS網(wǎng)傳遞 CAN總線所要傳達的報文信息 ,更加深刻的詮釋了現(xiàn)場總線和實現(xiàn)了現(xiàn)場總線 CAN,致力于對各種 CAN總線進行遠程集中監(jiān)控 ,統(tǒng)一管理的實現(xiàn)。攀枝花學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）