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1、基于CAN总线的数据收集器的设计0引言当代工业消费经过一般都是连续或者成批的工作，故需要严格的经过控制和平安措施。数据收集系统就是对消费环节的数据进展实时收集，并对数据进展处理，进而实现提供消费经过数据和动态监控等功能。在整个消费经过中，数据收集系统发挥着非常重要的作用。为此，本文给出了一种数据收集器的设计方法，本设计采用CANControllerAreaNetwork，控制器局域网络总线，具有智能程度高、传输效率高、实时性强、适用面广等特点。1CAN总线简介CANControllerAreaNetwork为局域网控制总线，符合国际标准ISO11898。CAN总线最初是由德国的BOSCH公司为
2、汽车的监测、控制系统设计的，属于总线式通讯网络。CAN总线标准了任意两个CAN节点之间的兼容性，包括电气特性及数据解释协议。CAN协议分为二层：物理层和数据链路层。物理层用于决定实际位传送经过中的电气特性。在同一网络中，所有节点的物理层必须保持一致，但可以采用不同方式的物理层。CAN的数据链路层功能那么包括帧组织形式、总线仲裁和检错、错误报告及处理、对要发送信息确实认以及确认接收信息并为应用层提供接口等。其主要特点是：1可以以多主方式工作，网络上的任意节点均可成为主节点，并可向其它节点传送信息；2非破坏性总线仲裁和错误界定，总线冲突的解决和出错界定可由控制器自动完成，且能区分暂时和永久性故障并
3、自动关闭故障节点；3CAN节点可被设定为不同的发送优先级。以知足不同的实时要求；4采用差分驱动，可在高噪声干扰环境下使用；5通讯间隔可达lOkm5Kbps，速率可达1Mbps40m以内。2数据收集器的构造原理本文设计的数据收集器综合考虑了各种现场需求以及线路的优化等因素。设计时选用了专用元器件，以尽量简化电路，进步电路的可靠性。该数据收集器电路有4路模拟量差分输入信号范围为010V和2路输出；开关量那么是四路输入和四路输出，并有1个CAN总线通讯口；CAN通讯采用CANOPEN协议方式。本数据收集器采用单片微机C8051F005作为控制核心，与CAN控制器SJA1000、CAN驱动器82C25
4、0及两片TLP521-4等器件共同组成具有模拟数字量输入输出的接口电路。将C8051F005的P1口的全部口线同两片TLP521-4的输入或者输出连接，以作为开关量的数据接口；P0的全部口线那么作为与CAN控制器SA1000接口的地址/数据复用总线；P2口的局部口线用于对CAN控制器SJA1000的控制。该数据收集器的构造如图1所示。2.1模拟量收集模块的设计模拟量的收集是本系统的关键，为了进步数据收集的精度和抗干扰性，模拟量收集模块采用差分形式。其中4路模拟量输入通过模拟多路开关进展分时切换。本系统选用高速模拟多路开关DG529，并共用一个前置电路数据送入C8051F005的A/D转化器进展
5、转换，这种方案可以大大简化电路构造，进步效率。详细的前置电路如图2所示。该前置电路采取浮动差分形式来进步数据收集的稳定性。先将DG529切换过来的信号送到AD620进展阻抗匹配，之后采用高精度运放OP07并叠加一个1.2V的电平到信号中间，使之形成浮动差分形式，再经过R7R10的电阻网络衰减以及运放LM258的缓冲，送到C8051F005的AIN0、AIN1进展相差之后，进展A/D转换。二极管D1D4可保护单片机的口线。模拟量的输出那么直接用C8051F005的DAC转换器再经运放放大来实现。2.2开关量收集模块的设计开关量的输入采用光耦进展光电隔离，以隔断前后通道的电磁联络，进步抗干扰才能，
6、同时把输入的开关量转化为C8051F005的3.3V的电平标准。开关量的输出同输入一样仍然采用光电隔离。详细电路如图3所示。2.3通讯模块的构造本数据收集器通讯系统主要由CAN通讯控制器SJA1000、CAN通讯驱动电路82C250和光电隔离局部构成。通讯模块负责实现现场总线体系构造的逻辑链路控制LLC子层、媒体访问控制MAC子层和物理层的功能，完成详细数据的可靠接收和发送。CAN控制器SJA1000与物理总线接口芯片82C250连接。为了保护数据收集器内部的芯片并进步抗干扰才能，在SJA1000与82C250之间参加光耦进展隔离。考虑CAN网络具有较高的传输速率，普通光耦的速度是不够的，所以
7、，本设计选用高速光耦6N137作为隔离器件，而且光耦局部电路所采用的两个电源也必须完全隔离，否那么光耦也就失去了意义。SJA1000与82C250的电路连接如图4所示。3CAN通讯的设计CAN总线的通讯采用CANopen协议来实现。CANopen是基于CAN串行通讯的网络系统，CANopen标准覆盖了应用层和通讯协议子集、程序设备的构造、推荐的电缆和接头形式、SI单位和前缀解释等，因此可保证不同厂家CAN控制器在通讯、联接和详细控制以及软件开发方面的一致性，进而给系统的使用和维护带来极大方便，图5是其参考模型。在CANopen应用层中，设备通讯和应用程序对象将得到交换，所有这些对象均可通过16
8、位索引和8位子索引进展访问，这些对象COB将会被映射到一个或者更多的已经预定义和配置好的帧中。图6是CAN各协议层的访问方式示意图。通过对象索引，数据对象在应用层进展处理和访问将更加方便和直接。CAN协议详细包括如下几个方面：1标识符采用11位标识符，数据链路层与CAN2.0A一样。2网络中的主从节点关系一个CANopen系统必须有一个且仅有一个主节点，但可以有多个从节点0126，其中主节点具有启动网络、停顿网络、节点检查、网络引导等特殊功能。3PD0协议在CANopen协议中，CAN的数据信息可被看作是一种经过数据对象PDOProcessDataOb-ject，它是设备传送处理信息的标准方式
9、。PDO发送端可看作为PDO消费者，而PDO接收端那么可比喻成PDO的消费者，这种通讯为一点对多点的方式。4SDO效劳SDOServicesDataObject效劳数据对象可提供一种获得指定节点相关状态数据的手段。当SDO客户端发送一个数据恳求后，效劳端便发送相应的数据回应，这与原CAN协议中的远程数据帧类似。5预定义连接集CANopen规定了预定义的连接集，以简化网络的配置和使用。6发送和接收PDOCANopen规定了相应的内存区以用于发送和承受网络上的数据。这相当于c语言中直接对地址进展操纵，因此可实现PDO数据的完全透明传送，进而给程序编制带来极大方便。4完毕语现场总线技术是自动化控制领域的一次重大变革，本文所设计的系统正是为适应这一变革所做的积极的探究。应用理论证实，基于CAN现场总线的数据收集器不仅可靠性高，而且比通常采用PLC系统配置更为灵敏，相信该系统将更加广泛的应用于工业消费的各个方面。