基于DSPIC30F3013的CAN總線數據采集系統方案

引言

　　在工業控制中，為了保證系統的可靠運行，需要檢測周圍的環境變量（如溫度、氣壓、濕度等）。通常的做法是將分布在各處的傳感器采集到的信號通過各自的線路連接到監控中心，這種方式在有效地完成檢測任務的同時也造成了線路資源的極大浪費。因此，提出了簡化線路布局的要求。CAN（控制器局域網）是串行通信協議，能有效支持高安全等級的分布實時控制，同時在理論上，CAN總線網絡內的節點近乎沒有限制?；诖?，本設計將一種基于數字信號控制器的CAN總線數據采集系統作為一個CAN節點，每一個需要監控的區域放置一個CAN節點，各個節點通過CAN總線與監控中心實施通信。系統總體框圖如圖1所示。

　　1 硬件構成

　　該數據采集系統由兩部分構成：控制部分，包括前端信號的抗混疊濾波器和用于信號采集的12位模數轉換器；CAN總線接口電路部分，由MCP2515CAN協議控制器和MCP2551高速CAN收發器構成。系統接3路信號，TEM、PRE、RH分別為溫度、氣壓、相對濕度。

　　1．1 控制部分

　　dsPIC30F3013是Microchip公司生產的傳感器系列數字信號控制器。該控制器采用16位（數據）改良的哈佛結構，并帶有增強型指令集，包含對DSP的有力支持。工作速度最高可達30MIPS，內部集成10通道12位模數轉換器，最大轉換速度為200 ksps。

　　工控系統中，由于各類噪聲的存在，需要在信號采集端加上抗混疊濾波電路，如圖2所示。

　　抗混疊使用Sallen Key二階低通濾波器。由于環境變量均為緩變量，濾波器帶寬設置為30Hz。電路中R1、R2、C1、C2的值確定了抗混疊濾波器的特征頻率f0，同時也保證了在10ksps模數轉換速率下12位的分辨率。為了使在整個通帶范圍內信號均能很好地通過，需要調整SallenKey濾波器的品質因數Q。Q值由式（1）決定：

　　Sallen Key濾波器的幅頻特性顯示，當品質因數在0．7～0．9之間時，頻率特性達到最佳。本Q值選定為0．8。

　　使用dsPIC30F3013的12位ADC模塊進行數據采集。對3路環境信號進行循環掃描，每完成12個采樣／轉換過程產生一個中斷。中斷過程中完成4次平均值數字濾波及相應參數的格式調整，然后，通過SPI接口傳送到CAN協議控制器。

　　1.2 CAN總線接口電路部分

　　CAN總線接口電路如圖3所示。