CAN總線在啤酒發酵過程控制系統中的應用
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現場智能節點CAN
接口電路設計
現場智能節點的設計中,CAN總線網絡接口部分使用了Philips公司的CAN控制器芯片SJA1000和CAN總線收發器PCA82C250芯片。為了增強現場智能節點的抗干擾能力,總線收發器與控制器之間用高速光耦6N137隔離,接口電路如圖2所示。
為了保證SJA1000與AT89C52之間時鐘同步,本設計采用CLKOUT時鐘信號作為AT89C52的時鐘輸入;SJA1000的接AT89C52的端,通過中斷方式與CPU通信;PCA82C250的RS腳上接有一斜率電阻,電阻大小(16~140K)可根據總線通信速率適當調整,本設計中取值47K;PC82C250的兩輸出引腳與CAN總線之間各接一個5的電阻,起一定的限流作用,從而保護PCA82C250免受過流的沖擊;為了濾除總線上的高頻干擾并具有一定的防電磁輻射的能力,CAN-H和CAN-L與地之間并聯了兩個30pF的電容。
現場智能節點CAN
通信軟件設計
現場智能節點的CAN通信軟件設計由三大部分組成：SJA1000初始化、數據接收和發送。節點的主程序完成對SJA1000的初始化,開放SJA1000的中斷,控制整個發酵過程,并主動向監控計算機傳送發酵罐的狀態信息。
對SJA1000的初始化主要是設置CAN的通信參數,如設置模式寄存儲器等。本設計中數據發送是主動的,因而對發送的處理比較簡單,主程序采用查詢SJA1000的狀態標識符的方法,只須把被發送的信息幀送到CAN的發送緩沖區,并啟動發送命令即可。為了保證系統的實時性,數據接收是通過SJA1000的中斷控制來實現的,在ISR中從接收緩沖區讀取要接收的信息,同時還要對出錯和數據溢出中斷作相應判斷處理。發送接收流程圖如圖3所示。本文引用地址：http://www.104case.com/article/163568.htm
智能通信適配器
USB-CAN設計
系統中為了實現上位監控PC機與下位現場智能節點間通信,必須要有一通信適配器來實現CAN總線與PC總線之間的通信協議轉換功能。傳統的網絡適配器設計中與PC機的通信接口多為ISA總線、RS-232等,雖然它們實現較簡單,可由于帶寬的限制,不能滿足高速傳輸的需要;而對于流行的PCI總線雖功能強大,可協議復雜,開發周期較長,不支持熱插拔且價格昂貴。USB總線具有安裝方便、高帶寬、可靠性高等特點,因此本系統采用了自主開發的智能通信適配器USB-CAN來實現本系統CAN網絡與PC機間的通信。
智能適配器
USB-CAN硬件電路設計
適配器硬件電路由三部分組成：CAN總線接口部分、USB總線接口部分、CPU及電源管理部分。CAN總線接口部分的設計與智能節點CAN接口幾乎相同。CPU采用Philips公司的增強型MCS-51兼容單片機P89C51RD2,內置看門狗,時鐘輸出可編程,在6時鐘模式下工作速度為標準C51單片機的兩倍。USB總線接口部分采用Philips公司的PDIUSBD12芯片,其符合USB1.1版本規范,可與任何外部微控制器/微處理器實現高速并行接口。硬件電路如圖4所示。
為了保證P89C51RD2、PDIUSBD12和SJA1000三者間時鐘同步,外接12MHz晶振的CPU運行于6時鐘模式下,P1.0引腳通過編程輸出6MHz方波作為PDIUSBD12的輸入時鐘,再通過PDIUSBD12的設置模式寄存器編程使CLKOUT引腳產生24MHz的輸出時鐘來提供給SJA1000。PDIUSBD12的INT-N接CPU的端,通過中斷方式與CPU通信; SUSPEND引腳接CPU的P1.4端,用以向CPU指示器件是否掛起;D+引腳信號通過軟連接接1.5K的內部上拉電阻,向主機表示為高速設備;為確定USB電纜是否與主機連接,采用EOT-N引腳檢測USB接口的VBUS電壓來實現;由于采用多路地址/數據總線配置,故A0接高平;此外,D+和D-兩引腳各接18電阻,起到一定的限流作用,以保護PDIUSBD12免受過流的沖擊。
智能適配器
USB-CAN軟件設計
智能通信適配器USB-CAN的軟件即USB固件主要完成兩方面任務：響應來自主機的配置請求,完成對USB外設的列舉操作;負責接收主機的命令并發送給CAN總線上的節點,以及接收各節點的數據并經USB總線傳送給PC。
USB固件包括主程序、外部中斷0子程序和外部中斷1子程序。在主程序中主要完成SJA1000和PDIUSBD12的初始化操作并開放中斷;外部中斷0子程序處理CAN總線上事件,與智能節點對CAN總線的處理情況類似;外部中斷1子程序處理USB總線上的事件。
從整個監控系統角度來看,軟件設計還包括USB設備的驅動程序和應用程序等,限于篇幅,在此不作闡述。
結語
具有獨特的設計思想、卓越的性能和極高的可靠性的CAN總線被公認為是最有前途的現場總線之一。基于CAN總線的啤酒發酵監控系統具有可維護性好、易于擴充、可靠性高和成本低等特點,非常適合當今啤酒企業生產發展現況。
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