CAN總線隔離器的設計與應用
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CAN(Controller Area Network)，即控制器局域網，是應用最廣泛的現場總線之一，CAN總線以其實時性強，可靠性高，結構簡單，互操作性好，價格低廉等優點，可應用于高速網絡和低成本的線路網絡。這里提出一種CAN總線隔離器的通訊系統，將其應用于某飛行器到地面的通訊網絡，實現飛行器和地面的速度隔離，從而使飛行器和地面之間能夠穩定實時通信。該系統設計在分析CAN總線2．0B協議的基礎上，采用結構化方法獨立設計飛行器和地面雙方的通信協議。底層模塊的硬件設計是以C8051F040高速型單片機為核心，其內部集成CAN協議控制器，因而只需增加CAN收發器就可實現CAN智能節點設計，比傳統的由單片機與CAN協議控制器共同組成的CAN節點更簡單，可靠，易操作。而CAN總線應用層協議由用戶自行定義編寫，使其更符合該系統設計要求。目前整個系統運行良好，性能穩定，通信冗余度好，符合工業現場使用要求。
2 基于C8051F040的CAN智能節點設計
圖1是基于C8051F040的CAN總線硬件接口原理電路圖。通過C8051F040內部所集成的CAN控制器，為了增強系統的抗十擾能力，在CAN控制器與TJA1040之間接入光電耦合器6N137，從而實現TJA1040與外界CAN通信。事實上，集成收發器TJA1040本身具有瞬間抗干擾能力，可保護總線，降低射頻干擾，以實現熱保護功能。因此，在干擾不嚴重的廊用場合，無需增加光電隔離，使得系統達到最大通信速率或距離。如果使用光電隔離器，應盡量選用高速光電隔離器，以減少CAN總線有效回路信號傳輸的延時時間。由于CAN隔離器需通過CAN總線采集輸入輸出模塊的數據信息，干擾較大，為了系統的穩定可靠性，需加光電隔離器。通過CAN2．0B兼容CAN2．0A協議的連接通訊測試，光電耦合器6N137上升時間為30 ns(典型值)，隔離電壓為3 000 V，其支持最大頻率值超過30 MHz。
賬 為實現系統的穩定可靠性，該系統設計采用冗余設計，利用雙通道光耦HCPL2631隔離并產生控制信號，控制兩個單刀雙擲開關MAX4635，從而實現CAN智能節點的切換。
3 CAN總線隔離器設計
該系統設計的CAN總線隔離主要由發送和接收兩部分組成。發送和接收部分都由數據指令配置、數據處理和數據傳輸3個單元組成，如圖2所示。其中發送部分：上位機指令配置完后，通過FPGA傳輸給單片機，單片機利用自身所帶的CAN總線，經隔離處理后到達總線驅動器，然后通過CAN總線輸出數據。而接收部分正好相反。該系統設計將飛行器速度設置為500 kHz，地面速度設置為50 km／s，從而更好模擬飛行器和地面的通信。
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