基于CAN 总线的信息采集系统设计

      摘要：为解决某型卫星信息采集系统中陀螺组合数据等的实时通讯问题，提出了利用CAN 总线实现整个信息采集系统设计。与一般信息采集系统相比，该系统下位机采用TMS320F2812 型DSP，利用其eCAN 模块作为数据发送模块，上位机采用工控机，其中ADLINK PCI/cPCI-7841 CAN 总线接口卡作为数据接收模块，并在工控机中实时处理接收到的数据，更可靠地完成了信息采集及实时监测。实验结果表明，该系统信息采集实时性强、准确稳定。

　　CAN（Controller Area Network）即控制器局域网，主要用于各种设备检测及控制的一种现场总线。20 世纪80 年代初，德国BOSCH 公司为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换， 开发了一种串行数据通信协议，即CAN 总线。

　　CAN 总线是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络， 它为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持。CAN 属于工业现场总线的范畴， 与一般的通信总线相比，CAN 总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性，通信速率可达1 Mb/s。

　　目前，CAN 总线不仅应用于汽车领域，而且应用于自动控制、航空航天、机械工业、农用机械、机器人、数控机床、医疗器械及传感器等领域。

　　由于CAN 被越来越多不同领域采用和推广， 导致要求各种应用领域通信报文的标准化。为此，1991 年9 月PHILIPSSEMICONDUCTORS 制定并发布了CAN 技术规范（VERSION2.0）。该技术规范包括A 和B 两部分。2.0A 给出在CAN 技术规范1.2 中定义的CAN 报文格式，能提供11 位地址；而2.0B给出了标准的和扩展的2 种报文格式，能提供29位地址。此后，1993 年11 月ISO 正式颁布了道路交通运载工具———数字信息交换———高速通信控制器局部网（CAN）国际标准（ISO11898），为控制器局部网标准化、规范化推广铺平了道路。

　　根据某型卫星信息采集系统的导航数据的通信需求，且为保证信息采集的实时可靠， 文中应用CAN 总线完成整个信息采集系统设计。

　　1 信息采集系统设计:

　　由于卫星的运行环境复杂，采集的陀螺组合数据等会有相应的误差，因此需要对导航数据的采集进行遥测，对导航计算机的总线状态进行监测。本系统根据某型卫星的通信需要，利用CAN 总线完成整个信息采集及实时监测。信息采集系统的框图如图1 所示。

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　　1.1 系统硬件设计:

　　由于TI 公司的TMS320F2812 型DSP 在军事上已有应用， 且根据各种性能的比较， 本系统采用TMS320F2812 型DSP 作为导航计算机，进行下位机的数据发送，其中eCAN 模块是TMS320F2812 DSP 片上的增强型CAN 控制器， 其性能较之已有的DSP 内嵌CAN 控制器有较大的提高， 数据传输更加灵活方便，数据量更大，可靠性更高，功能更加完备。

　　上位机采用工控机， 其中由ADLINK 的PCI/cPCI-7841CAN 总线接口卡进行数据接收。该卡可同时操作两个独立的CAN 网络，可编程传输速率可高达1 Mb/s，通过直接内存映射能够快速访问CAN 控制器，PCI 总线即插即用， 其总线控制器为SJA1000，电气接口为82C250。

　　信息采集系统的信息通信利用CAN 总线完成， 其CAN总线接口电路如图2 所示， 其中独特之处是在收发器PCA82C250 的输出引脚CANH 和CANL 之间并联一个终端电阻R 为120 Ω，解决了远近端阻抗不匹配的影响。

　　如图1 所示，由TMS320F2812 DSP 的eCAN 模块发送陀螺组合数据及温度值等， 上位机的PCI/cPCI-7841 型CAN 总线接口卡进行数据接收，从而完成整个信息采集及监测过程。

　　1.2 系统软件设计:

　　系统软件主要完成基于CAN 总线的数据通信， 并在接收数据之后按要求对采集的导航数据进行处理，转换成实际所需数据类型，对陀螺组合的状态进行监测。

　　本系统CAN 总线通信报文格式采用CAN2.0B 扩展模式，通信数据格式主要是对CAN 总线协议中的（仲裁场ArbitrationField）和（数据场Data Field）进行定义，要求数据传输速率为500 Kb/s。协议帧格式如图3 所示。

　　系统的接收软件设计流程图如图4 所示。

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　　在使用CAN 接口卡之前首先要对卡进行波特率、传输报文格式等参数的初始化。

　　1） 初始化CAN 总线的传输报文格式为提供29 位地址的CAN2.0B 扩展模式；2） 初始化CAN 总线的波特率为500 Kb/s。

　　利用PCI/cPCI -7841CAN 接口卡的CanOpen-Driver （） 函数打开CAN 端口， 用CanConfigPort （） 函数进行初始化，用CanSendMsg（）函数发送数据包，用Can-RcvMsg（）函数接收数据包，用CanCloseDriver （） 函数关闭端口[3]。创建接收线程，接收数据之后按要求对数据进行处理。应用MFC 制作通信界面。注意，线程函数只能是静态成员函数，或者是在类外面声明的一个函数。

　　初始化程序如下：

　　PORT_STRUCT setPort;long handle[2];HANDLE rcvEvent0;HANDLE rcvEvent1;setPort.mode = 1; // 0 : 11-bit ; 1 : 29-bit CAN networksetPort.accCode = 0; // Only ID = accCode can pass thefiltersetPort.accMask = 0x7FF; // Don't care bitsetPort.baudrate = 2; // 0：125 Kb/s; 1：250 Kb/s; 2：500 Kb/s;3：1 Mb/s//open porthandle[0] = CanOpenDriver（0, 0）;handle[1] = CanOpenDriver（0, 1）;CanConfigPort（handle[0], &setPort）;CanConfigPort（handle[1], &setPort）;//get the receive event handleCanGetReceiveEvent（handle[0], &rcvEvent0）;CanGetReceiveEvent（handle[1], &rcvEvent1）;系统软件界面如图5 所示。

　　2 实验结果:

　　经过实验验证，该信息采集系统采集的数据经过通信后不变，确保了信息采集的可靠、准确。

　　3 结束语:

　　由于基于CAN 总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性，同时由于TMS320F2812 DSP 的eCAN 模块使数据传输更加灵活方便，数据量更大，可靠性更高，功能更加完备，用该DSP 进行下位机的数据发送，PCI/cPCI CAN 接口卡进行数据接收，从而完成信息采集，并对采集的数据进行相应处理，对陀螺组合的状态进行监测，这对卫星等的导航有着重要意义。