基于CAN總線智能節點的設計

CAN總線最早是德國的BOSCH公司為解決汽車的監測，控制系統而設計的。現在，已由汽車行業擴展到過程工業，機械工業，機器人和樓宇自動化等領域。總結各個領域中的應用實例，CAN通信設計的關鍵在于各個通信模塊的設計與實現。通信信號一般有模擬量輸入／輸出(電壓電流采集模塊)，開關量輸入＼輸出，數字量輸入＼輸出(如計數器模塊)等。本文重點就模擬量輸入模塊和開關量輸入模塊的設計，采用具有CAN接口的C8051F550單片機作為系統設計的從節點，用來采集模擬量和開關量，實現與上位機中央控制器的通信。

1 CAN總線通信網絡系統

如圖1所示，本設計中通過帶有終端器(120歐電阻)的通信介質(雙絞線)將上位機和底層模塊連接起來。實驗中，終端電阻和雙絞線阻抗的匹配確保了數據信號不會在總線的兩端反射。上位機(主節點)采用USB—CAN接口適配器(型號GYB507)，使PC機直接通過USB接口就可連入CAN總線網絡，成為一個標準的CAN節點。配合總線通信測試軟件CANtool的使用，可直接配置PC機的發送與接收狀態，通信速率和報文濾波功能等。同時，還可實時監測顯示網絡中各從節點與PC機的數據通信，應用簡單、方便。

圖1 CAN總線通信網絡結構

2 智能節點硬件設計

傳統的從節點設計是將CPU與CAN總線控制器和總線收發器相連后再連入總線網絡，這樣使CPU外圍電路復雜化，整個系統受外部影響較大。為了解決這一問題，很多單片機廠商都將CAN控制器集成在單片機上。本文中選用C8051F550該單片機，它是內部集成的CAN控制器，完全按照BoshchCAN全功能的CAN模塊實現，符合CAN2．0B協議，工作位速率可達1Mpbs?？刂破靼幸粋€CAN內核，消息緩沖區，報文處理狀態機和CAN控制寄存器。通信控制器有32個消息對象，可以配置為發送或接收數據。輸入數據，消息對象及其標識符存儲在CAN消息緩沖區中，能實現CAN協議的數據鏈路層的全部功能及物理層大部分功能。CIP-51CPU可通過特殊功能寄存器直接或間接訪問CAN控制寄存器(CANOCN)，測試寄存器(CANOTST)和狀態寄存器(CANOSTA)。所有其它寄存器只能通過CANOADR，CANODATH和CANOTAL寄存器以地址索引方式間接訪問。

CAN總線的驅動器采用隔離CAN總線收發器CTM1050，通信速率1Mbps，至少可連接110個節點。內部集成的電氣輸入級隔離電路，可隔離高達2 500V的直流電壓。輸入級兼容3．3V和5V的CAN控制器，輸出級驅動具有溫度保護，內部TVS管可防止總線過壓功能。與傳統的PCA82C250總線收發器相比，主要優點是無需外加光耦可直接使用，外圍電路簡單，安全，可滿足工業現場惡劣條件的使用。圖2所示為C805117550與CTM1050的接口電路。

圖2 C805F550與CTM1050的接口電路

3 智能節點軟件設計

圖1中三個節點與上位機的通信方式采用的是節點1、3與上位機實現點對點通信工作方式。節點1、3的微處理器C8051F550上電復位后，自動采集模擬電壓信號，通過C8051F550內部集成的12位A／D轉換，將數字量發送到上位機。上位機實時進行數據監控，如果收到的數據出現錯誤，可以通過CANtool軟件，發送自定義的錯誤數據標識給兩個節點，兩節點收到該數據后，停止A／D采樣工作。節點1、3與節點2是主從工作方式。當節點2的開關量有按鍵按下時，1、3節點將實時采集到的數據在發送給節點2，并在節點2的LCD上顯示。