智能傳感器的CAN總線接口設計

為實現傳感器的即插即用，需對收發的CAN報文內容與格式進行一定的約定，即在CAN應用層上制定相應的協議，以保證測控系統的即插即用。
4．1 發送報文的協議
由圖3可見，該SoC內嵌的消息RAM可保存32個消息對象。協議將其中的3個消息對象配置為下面介紹的發送消息對象。
4．1．1 發送電子數據表單
傳感器初次接人系統時，須首先向主機申請加入——申請從機ID標識。申請辦法是：傳感器一接入系統，立即發送其第1條消息對象，發送的報文為一數據幀，其仲裁域的ID是系統特別約定的“申請ID”。約定：系統中僅主機對申請ID作出反應，即通過讀取該數據幀的8字節數據(該傳感器的電子數據表單——TEDs)，了解該傳感器的類型、特性、編號、物理量綱及數據特征。主機比較／記錄該數據項，并根據其TEDs中類型、特性項，結合系統要求，確定其諸如采樣方式、采樣周期、是否數字濾波、濾波方式、數據區長度等，并分配給其相應的從機“標識ID”和啟動A／D轉換的“啟動ID”。傳感器TEDs中的編號項，用于區分系統中類型、特性相同的傳感器；物理量綱項，用于告知主機該傳感器所傳數據的實際物理單位，也表征了該被測物理量數值的實際大小；數據特征項，用于表征所傳16位數據的特征(BCD碼、二進制整數、二進制小數、小數點位置等)。
申請ID，一般可約定采用CAN系統優先級較低的ID，確定后，系統主機將不再將此ID分配給任何CAN節點。
4．1．2 發送配置／管理申請
傳感器可獲得主機分配的2個從機標識ID，分別為“標識1ID”和“標識0ID”。用標識1ID配置第2條發送消息對象，該消息對象將成為與主機交互的發送接口，用于向主機申請各種各樣的配置／管理要求。但當傳感器由于某些原因需要重新接入系統時，仍需用第1條發送消息對象向主機申請加入。
4．1．3 發送數據
由于物理接口方面的原因，目前CAN網絡的規模大約在110個節點左右，即使BasicCAN也有11位的ID標識，所能標識的節點數遠超當前所能使用的節點數，只是11位ID的最低3位不參與報文濾波。為此，規定：主機分配給節點的兩個從機標識ID，其前10位相同，最低位為1即標識1 ID，用于配置第2條發送消息對象，該消息對象為與主機進行常規交互的發送接口，如上所述；最低位為0即從機標識0ID，用于配置第3條發送消息對象，該消息對象用于上傳節點數據。
4．2 接收報文的協議
協議要求配置3個接收消息對象，作用分別為：
①濾波接收用本節點“申請ID”發來的數據幀。傳感器接入系統后，首先用申請ID發送傳感器電子數據表單，主機用同樣的ID回復一數據幀，該數據幀包含有分配給傳感器的標識ID、啟動ADC的啟動ID及對該節點的基本配置要求。CAN控制器配置的第1條接收消息對象，即用來濾波接收該數據幀。
②濾波接收用本節點“標識ID”發來的數據幀。當需要對傳感器進一步進行配置管理時，用第2條發送消息對象，向主機發送配置／管理申請，主機將使用相同的ID(該從機的標識ID)，回復對其的配置／管理指令(位于該報文數據域)。為此，需配置第2條接收消息對象，濾波接收用本從機標識ID發送的數據幀。
③濾波接收用本節點“啟動ID”發來的數據幀。用啟動ID配置第3條接收消息對象，即該消息對象能實現對該“啟動ID”的濾波。

結語
基于SOC技術的C8051F041的使用，極大地簡化了系統構成，最大限度地減小了接口板的尺寸，使其更易于嵌入傳感器中。由MCU控制的信號調理、零點校準及信息的定標轉換，使傳感器成為CAN總線上的一個智能節點，從而可充分利用CAN總線的各種技術優勢。再通過設計一套比較完備的應用層協議，最終實現了傳感器的即插即用。