基于CAN總線的三軸磁場監測系統設計
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發電機組和電動機組是電能生產和應用的基本裝備，及時掌握大型電機的運行狀態，對電樞電壓、電樞電流、勵磁電流、溫度、轉數等參數進行監測就顯得尤為重要。電機狀態監測系統所需要的傳感器種類繁多、數量大，構成的傳感器網絡相對復雜。不同的狀態監測機制存在著其總線結構不統一、總線通信線路復雜、模擬信號干擾大等問題，可靠性、實時性、經濟性始終是設計者和用戶關注的主要方面[1]。
本文提出了基于控制器局部網 CAN（Controller Area Network）總線數字模塊化三軸磁場監測系統的概念，研究了大型電機狀態監測系統架構設計，并重點設計與實現了傳感網絡節點模塊，以及 CAN總線上層協議的軟件設計，提高數據采集與傳輸的可靠性。 1 CAN總線應用于電機狀態監控的可行性分析
CAN總線由于采用了許多新技術和獨特的設計，因此與一般的通信總線相比，它的數據通信具有突出的可靠性、實時性和靈活性的優點。可以多主方式工作，從而使系統的各模塊實現多主通信，充分發揮各子模塊智能化功能。 CAN總線通信接口集中了 CAN協議的物理層和數據鏈路層功能，可完成對通信數據的成幀處理，包括位填充、數據塊編碼、循環冗余校驗、優先級判別等工作。這樣就降低了開發難度、縮短了開發周期，這一點是僅有電氣協議的 RS-485無法比擬的。
1.1CAN總線的信號傳輸實時性分析
從 CAN的數據鏈路層協議，可以計算得出具有最高優先級的數據幀的最壞傳輸時間。若在 1Mbit/s的傳輸速率下，最長的擴展幀格式的信息幀的傳輸時間為 130µs，在這種情況下，CAN信息幀的最長阻塞時間為 130µs。通過標準幀格式首先降低了 CAN信息幀的阻塞時間，能夠滿足設計的實時性需要。另外考慮到整個監測系統系統的節點數目，傳感器采集數據的周期通常為 10-3秒級以上，遠大于 CAN總線的信息發送周期。因此 CAN總線的信息幀的傳輸時間完全可以滿足信號傳輸的實時性要求。
1.2CAN總線的信號傳輸可靠性分析
CAN總線是一種多主站的協議，不依賴某個節點的正常運轉而存活。 CAN總線有一套有效地判別出錯節點并無需改變軟件就能將其從總線網絡中剔除的機制[2]，以此來保證整個網絡的穩定性。CAN總線理論上探測不到的傳輸錯誤比例僅有 1×10-13，這對于電機監測設計的高可靠性要求是很有利的。考慮到 CAN總線是單總線設計，為滿足電機監測設計的可靠性要求，除恰當選擇網絡的拓撲模式外，還可以設計為雙總線冗余設計[3]。
另外，本設計通過單片機軟件上的防護措施和多種中斷復位措施，既有效降低功耗，又提高信號傳輸的可靠性。 2監測系統總體及節點模塊硬件設計
基于 CAN總線的模塊化電機磁場監測系統數據采集與傳輸網絡結構如圖 1。
節點模塊化設計。每一路傳感器采用獨立的采集系統、信號處理系統、數據存儲系統和數據傳輸接口，整個節點電路模塊化，便于調試、安裝、置換，以及數字化和融合算法的軟件升級。
2.1網絡節點接口設計按照功耗分析對元器件從優選擇，設計基于 CAN總線的模塊化實時磁場監測系統節點的接口電路，如圖 2所示。
MCP2510作為一款獨立的 CAN控制器，是為簡化連接 CAN總線的應用而開發的。 MCP2510主要完成三個部分功能：① CAN協議引擎；②用來為器件及其運行進行配置的控制邏輯和 SRAM寄存器；③SPI串口通信模塊。 CAN協議引擎的功能是處理所有總線上的報文發送和接收。
單片機 MSP430F169作為控制核心（ MCU），具備雙 SPI串口，通過 SPI接口與器件進行串口通信。使用標準 SPI讀寫命令對寄存器所有讀寫操作。所提供的中斷引腳提高了系統的靈活性。器件上有一個多用途中斷引腳，以及各接收緩沖器專用的中斷引腳，可用于指示有效報文是否被接收和載入各接收緩沖器。也可用通用中斷引腳和狀態寄存器（通過 SPI接口訪問）確定有效報文是否已被接收。
CAN驅動器 TJA1040是一個物理層的器件，作為 CAN總線控制器和物理總線之間的接口，器件提供對總線的差動發送能力和對 CAN總線控制器的差動接收能力。
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