基于CAN總線下光電信息采集傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思考

方針　李星

【摘 要】光電信息采集傳輸，是當(dāng)代通訊傳輸技術(shù)實(shí)踐中升級(jí)的代表，具有高效率、低損耗、穩(wěn)定性強(qiáng)等特征，在現(xiàn)代電子信息傳輸中，發(fā)揮著越來越重要的作用。基于此，本文結(jié)合CAN總線設(shè)計(jì)相關(guān)理論，著重對(duì)CAN總線下光電信息采集傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行探究，以達(dá)到充分發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢(shì)，提升數(shù)字通訊傳輸速率的目的。

【關(guān)鍵詞】CAN總線；光電信息；采集傳輸；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)： TP274.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）17-0173-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.17.087

【Abstract】Photoelectric information collection and transmission，is the representative of contemporary communication transmission technology in the practice of upgrading，have the feature such as high efficiency，low loss，strong stability， in the modern electronic information transmission，playing an increasingly important role.Based on this，this article related theory，combined with CAN bus design of CAN always offline photoelectric information collection and transmission system design，to give full play to the technological advantage，improve the purpose of digital communication transmission rate.

【Key words】CAN bus；Photoelectric information；Acquisition and transmission；The system design

0 引言

智能化通信信息傳輸體系構(gòu)建，是促進(jìn)社會(huì)通訊模式逐步進(jìn)步的引導(dǎo)條件，與智能化城市發(fā)展、信息化資源開發(fā)等方面有著密切聯(lián)系。而CAN總線下光電信息采集傳輸系統(tǒng)，作為深入推進(jìn)社會(huì)信息傳輸?shù)幕A(chǔ)環(huán)節(jié)，必然會(huì)成為社會(huì)通信技術(shù)模式創(chuàng)新的研究基礎(chǔ)，引導(dǎo)著社會(huì)信息傳輸體系升級(jí)，由此，準(zhǔn)確把握其設(shè)計(jì)要點(diǎn)，在當(dāng)代通信體系優(yōu)化中發(fā)揮著基礎(chǔ)作用。

1 總體設(shè)計(jì)思路

1.1 節(jié)點(diǎn)控制設(shè)計(jì)

CAN智能控制節(jié)點(diǎn)具有對(duì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、控制及保證通訊正常的功能，其在運(yùn)用過程中能夠與計(jì)算機(jī)及其它節(jié)點(diǎn)之間形成相應(yīng)的傳導(dǎo)連接，這可以保證計(jì)算機(jī)與其它系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)之間具備傳送各種參數(shù)的能力，同時(shí)還能保證其可以及時(shí)接收來自計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)命令。在對(duì)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的過程中，需要以AT89C51單片機(jī)為其核心，基于FPGA來確保該節(jié)點(diǎn)的許多接口電路都能得到有效控制，例如：系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)中的A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器、操作鍵盤、顯示器和單片機(jī)的接口電路都是利用 FPGA 來完成控制的。該設(shè)計(jì)方法可以在很大程度上降低系統(tǒng)中，對(duì)節(jié)點(diǎn)芯片的使用種類和使用數(shù)量。這可以達(dá)到縮小節(jié)點(diǎn)體積，降低節(jié)點(diǎn)功耗的良好效果。同時(shí)，節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)中還可以利用FPGA 所具備的靈活性來完成對(duì)系統(tǒng)通訊控制器的設(shè)計(jì)，這可以充分增加系統(tǒng)的可靠性和整體性。

1.2 總線接口設(shè)計(jì)

CAN接口電路由CAN通訊控制器、CAN總線收發(fā)器82C250兩個(gè)部件組成，在實(shí)際應(yīng)用的過程中，如圖1所示，CAN通訊控制器是利用FPGA構(gòu)件來實(shí)現(xiàn)自身效率提升的。在該系統(tǒng)之中，控制器利用與FPGA構(gòu)件之間的連接線路，并通過將自身接口的實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換的方式，使控制器自身所具備的TX信號(hào)轉(zhuǎn)化為差分信號(hào)。這可以確保CAN系統(tǒng)總線可以及時(shí)接收到信息，并保證總線在完成信息接收的同時(shí)，其也能夠?qū)⒉罘中盘?hào)轉(zhuǎn)變?yōu)镽X信號(hào)，RX信號(hào)可以保證控制器順利的對(duì)接收到的信號(hào)作出解讀。

1.3 物理層設(shè)計(jì)內(nèi)容

物理層設(shè)計(jì)是CAN總線下光電信息采集傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容中的基本要素，其包括以下三點(diǎn)：1）系統(tǒng)中與物理指令有關(guān)的一些對(duì)位系統(tǒng)數(shù)據(jù)指令；2）可以在系統(tǒng)中全部數(shù)據(jù)之間形成點(diǎn)與點(diǎn)、端與端之間對(duì)應(yīng)傳導(dǎo)的數(shù)據(jù)系統(tǒng)，其能保證系統(tǒng)故障檢查更加便捷；3）保證系統(tǒng)中各接口在不同物質(zhì)形態(tài)之間完成在物理情況的信息連接操作[1]。

2 分類設(shè)計(jì)內(nèi)容

2.1 硬件設(shè)計(jì)

各節(jié)點(diǎn)選用8位單片機(jī)87C51FA為微處理器，SJA1000作為CAN控制器，并使用了CAN控制器接口芯片PCA82C250，這可以確保通訊距離即便很遠(yuǎn)也能達(dá)成目標(biāo)，在其影響下，整個(gè)系統(tǒng)的抗干擾能力也會(huì)得到有效提升。其設(shè)計(jì)思路如下：

1）開展單片機(jī)設(shè)計(jì)首先需要是確保電路達(dá)到復(fù)位標(biāo)準(zhǔn)，復(fù)位時(shí)至系統(tǒng)的兩端具備達(dá)到初始化水平，為了保證復(fù)位電路能夠使線路得到充分保護(hù)，在兩個(gè)CAN器件之間通常會(huì)利用一種具備高度各功能的6N137來對(duì)光電線路進(jìn)行隔離，這可以保證系統(tǒng)服務(wù)設(shè)計(jì)更加可靠；2）在對(duì)CAN顯示電路的設(shè)計(jì)上，與要保證其我處理期間與通訊截止之間連接著具備有120歐姆的電阻設(shè)備，在線路輸出信號(hào)的過程中120歐姆能夠保證系統(tǒng)通訊的可靠性得得充分提升，此外，在對(duì)CAN系統(tǒng)中的數(shù)碼管進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要保證數(shù)碼管具備8個(gè)字段的引腳，且每個(gè)引腳上應(yīng)采用串聯(lián)的方式與一個(gè)具備200歐姆的電阻連接起來，以此來確保系統(tǒng)能夠利用87C51構(gòu)件完成對(duì)AD7501構(gòu)件、AD1674 構(gòu)件的有效控制，在此基礎(chǔ)上，系統(tǒng)能夠充分實(shí)現(xiàn)對(duì) 8路模擬信號(hào)在光電轉(zhuǎn)換后的形成循環(huán)采集轉(zhuǎn)換。完成連接之后，AD1674構(gòu)件還需要依照雙極或者單極連接遠(yuǎn)離進(jìn)行輸入，電位器R2和R3可完成對(duì)系統(tǒng)中A/D轉(zhuǎn)換的零位、逐漸增加的高效調(diào)節(jié)；3）在各節(jié)點(diǎn)驗(yàn)收代碼的設(shè)置上，其寄存碼應(yīng)具備屏蔽不同代碼寄存器的能力，其所發(fā)送信息也要具備可以被系統(tǒng)所有效識(shí)別的能力。為達(dá)到這一目的，設(shè)計(jì)人員可以利用CAN系統(tǒng)中的K7110模塊與PC機(jī)開展模擬通訊操作[2]。

2.2 通訊協(xié)議

為了使CAN系統(tǒng)能夠保持正常運(yùn)行狀態(tài)，其各部分節(jié)點(diǎn)在通訊協(xié)議上需要確保達(dá)到以下設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：1）為了保證CAN系統(tǒng)通訊協(xié)議能夠符合實(shí)際使用要求，設(shè)計(jì)人員需要根據(jù)其實(shí)際應(yīng)用特點(diǎn)來開展設(shè)計(jì)工作，例如：由于CAN系統(tǒng)在數(shù)據(jù)通訊上不存在主次區(qū)別，設(shè)計(jì)人員可以利用系統(tǒng)中的任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)來對(duì)其余節(jié)點(diǎn)（可以是一個(gè)也可以是多個(gè)）形成數(shù)據(jù)通訊作用，在此基礎(chǔ)上，各節(jié)點(diǎn)能夠按照自身先后順序來確保各自信息在發(fā)送時(shí)可以按照事先設(shè)定好的先后順序來使134μs高級(jí)別通訊節(jié)點(diǎn)信息可以得到優(yōu)先發(fā)送。而通訊協(xié)議的設(shè)定則可以保證多個(gè)節(jié)點(diǎn)之間共同形成通訊聯(lián)系時(shí)，具備高級(jí)別的信息可以比低級(jí)別信息得到更優(yōu)先的發(fā)送，這樣可以使信息之間形成順序發(fā)送方式，確保信息發(fā)送形成主次之分，從而避免因一起發(fā)送可能導(dǎo)致的系統(tǒng)堵塞問題；2）通常情況下，通訊系統(tǒng)協(xié)議設(shè)置應(yīng)確保最遠(yuǎn)通訊距離達(dá)到10公里以上，通訊速率則應(yīng)控制在5Kbps以內(nèi)，若通訊距離在40米以內(nèi)，通訊系統(tǒng)協(xié)議設(shè)置應(yīng)控制在1Mbps左右；3）在對(duì)CAN系統(tǒng)的通訊協(xié)議進(jìn)行設(shè)定是，在其信息傳遞連接線路材料上可以采用雙絞線、同軸電纜等。這可以保證CAN系統(tǒng)在出現(xiàn)需要大數(shù)據(jù)量短距離通訊、或長(zhǎng)距離小數(shù)據(jù)量工作情況時(shí)依然能夠保持正常工作狀態(tài)。在此影響下，其信息傳遞可以具備足夠的即時(shí)性，使實(shí)際工作中其主要從多主多從，或者不同節(jié)點(diǎn)之間形成平等地位的現(xiàn)場(chǎng)中得到使用。

2.3 軟件設(shè)計(jì)

CAN軟件設(shè)計(jì)需要要保證其控制器芯片SJA1000的內(nèi)部具備寄存器，該寄存器可以使CAN控制器發(fā)揮出其真正所具備作用。在實(shí)際運(yùn)行的過程中，芯片 SJA1000 的內(nèi)部寄存器是存在于微控制器中，并以片外寄存器的方式來發(fā)揮其自身作用的。在其影響下，微控制器和 SJA1000 之間在工作狀態(tài)、命令控制、命令交換方面都是采取相應(yīng)的復(fù)位模式、工作模式來完成對(duì)對(duì)這些寄存器的讀寫操作。但在對(duì)CAN系統(tǒng)開展初始化設(shè)計(jì)時(shí)，需要保證其內(nèi)部存儲(chǔ)器在各節(jié)點(diǎn)上的位、速率達(dá)到充分一致，并保證系統(tǒng)在接、發(fā)信息上達(dá)到同步。因此，CAN系統(tǒng)在軟件子程序設(shè)計(jì)上應(yīng)當(dāng)采用如下方式：

1）設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)保證CAN軟件信息在內(nèi)部存儲(chǔ)器上的發(fā)送子程序上具備足夠的實(shí)時(shí)性，同時(shí)還要使其可以很好地適應(yīng)需要完成的技術(shù)性任務(wù)要求，為達(dá)到這一目的，設(shè)計(jì)人員首先應(yīng)當(dāng)利用一種固定格式來完成預(yù)備發(fā)送的信息內(nèi)容。內(nèi)容編制完成后，應(yīng)按照SJA1000構(gòu)件的工作要求安排設(shè)定做發(fā)送準(zhǔn)確，之后在確定數(shù)據(jù)信息準(zhǔn)確性后即可開始發(fā)送操作。為了避免在這一過程中出現(xiàn)發(fā)送錯(cuò)誤，設(shè)計(jì)人員還應(yīng)當(dāng)將整個(gè)程序設(shè)定為通過外部0中斷策略來完成對(duì)信息的接收工作，以確保出現(xiàn)發(fā)送錯(cuò)誤后能夠進(jìn)行重新發(fā)送操作，從而避免接收端出現(xiàn)數(shù)據(jù)溢出問題；2）此外，在對(duì)接收程序的設(shè)計(jì)上，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)保證整個(gè)CAN系統(tǒng)在出現(xiàn)此過程中發(fā)生任何問題時(shí)都能夠做出足夠的應(yīng)對(duì)處理，例如：其可以通過線路報(bào)警、切斷與總線連接的方式來達(dá)到合適的功能要求[3]。

3 總結(jié)

綜上所述，基于CAN總線下光電信息采集傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思考，是數(shù)字通訊技術(shù)實(shí)踐中創(chuàng)新的理論整合，對(duì)未來通信技術(shù)開發(fā)起到了引導(dǎo)作用。在此基礎(chǔ)上，為了充分發(fā)揮控制器局域網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢(shì)，需從光電信息采集傳輸總體設(shè)計(jì)入手，通過內(nèi)部節(jié)點(diǎn)控制設(shè)計(jì)、總線接口設(shè)計(jì)，外部硬件設(shè)計(jì)、通訊協(xié)議、軟件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)CAN總線下光電信息采集傳輸系統(tǒng)科學(xué)配置。因此，淺析基于CAN總線下光電信息采集傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)，將為新時(shí)期數(shù)字體系規(guī)劃提供借鑒。

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