基于CAN總線的數字式傳感器群管理系統
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傳統的測量手段和傳感器存在很大的缺陷，就溫度檢測為例，早期的溫度測量采用的是熱電偶電橋法，雖然這種方法測量精度較高，但是測試過程復雜。即使采用集成的半導體模擬溫度傳感器，但在測點相隔相對較遠、測點較多的場合，需要大量的傳輸電纜，不但傳輸干擾大，且成本高和不易維護。這些都是采用模擬傳感器構成檢測系統常遇到的困難。
1 新型的數字化傳感器
近年來出現的新型數字式傳感器組成的檢測系 統解決了上述的困難。
用數字信號取代原來的4～20mA標準模擬信號，進而提高可靠性和抗干擾能力。這就要求傳感器由可輸出4～20mA標準信號的變送器改變為帶數字總線接口并輸出數字信號。所有現場傳感器通過數字總線接口都方便地掛接在一條環形現場總線上，這樣可以大大削減控制室之間一對一的連接導線，節約初期安裝費用，大大簡化整個系統的布線和設計，這種節約對一個大型、多點測量系統是很有意義的。
所謂數字傳感器就是一種帶有微處理器兼有檢測和信息處理功能的傳感器，傳感器系統的功能由以往的信息檢測擴展到兼有信息處理功能，它采用了半導體集成電路和微控制器的最新技術，在一個傳感器上集成了參量測量芯片、數據信號轉換芯片、計算機接口芯片、存儲芯片等多個功能模塊，除了完成參量檢測功能外，還具有自校零、自標定、自校正和自動補償功能。某些高級的數字傳感器甚至還具有自動檢驗、自選量程、自尋故障、數據存儲、記憶功能；具有雙向通訊、標準化數字輸出或者符號輸出功能；具有判斷、決策處理功能。
數字式傳感器常采用串行數據總線技術與外界通訊，串行總線除了減少接口引腳的數目外，還可以將多個傳感器并聯或串聯在總線上，方便的實現分布式測量。目前在數字溫度傳感器中采用的串行總線主要有Philips公司的I2C總線、Motorola公司的SPI總線、National Semiconductor公司的Microwire plus總線和Dallas Semiconductor公司的1 Wire總線等。
2 CAN總線功能與特征
CAN屬于總線式串行通信網絡，與一般的通信總線相比，CAN總線的數據通信具有較高的可靠性和較強的實時性。其特點如下：
（1）CAN為多主方式工作，而不分主從，通信方式靈活，且無需站地址等節點信息。
（2）CAN采用非破壞性總線仲裁技術，從而大大節省了總線沖突仲裁時間，尤其是在網絡負載很重的情況下也不會出現網絡癱瘓的情況。
（3）CAN的直接通信距離最遠可達10 km；節點數目前可達110個，通信速率最高可達1 Mbps，數據幀帶CRC校驗，出錯率極低。
（4）CAN節點在錯誤嚴重的情況下具有自動關閉輸出功能，以使總線上其他節點的操作不受影響。
3 系統總體方案設計
整個系統分兩級管理（見圖1），上位機采用了一般的PC機，配置為賽揚667／128 M／30 G／17英寸純平彩顯，PC機通過CAN接口適配卡與CAN總線相連，與下位機進行信息交換，負責對整個系統進行監控及給下位機發送各種操作控制命令和設定參數。下位機通過擴展CAN接口芯片掛接在CAN總線上，接收上位機的設置和命令。下位機的數量取決于控制現場的規模，最多能掛接110個CAN節點。一個下位機管理若干個數字式傳感器，傳感器的個數依實際需要決定。
下位機與傳感器通過串行數據總線連接，不同公司的產品支持不同的串行總線，這里采用了Philips公司的I2C總線，下位機的作用主要是控制傳感器進行數據采集，并與主機進行數據通訊，下位機內置的單片機接收主機的指令，完成對傳感器的 尋址、序號設定、數據傳輸以及CRC校驗等工作，并提供傳感器自身的故障檢測和處理。
4 硬件結構
PC機與CAN總線的接口由CAN通信接口卡PCCAN完成，PCCAN為北京三興公司開發的智能適配卡，該卡上有高性能的嵌入式微處理器80C188，有2 KB的高速雙口RAM直接映射到主機內存空間。操作時，用戶通過軟件設置將卡上的雙口RAM映射成PC機的物理內存，這樣用戶收發數據就相當于直接向內存讀寫數據，從而極大的提高了通信卡和PC總線的數據交換速率。連接時，只要將PC－CAN插入PC的ISA總線擴展槽，再將卡上的DB—9插座按CAN標準與雙絞線相連即可。
CAN硬件接口電路由單片機、CAN協議控制器、CAN總線收發器組成（見圖2），CAN控制器主要由實現CAN總線協議部分和與微控制器接口部分電路組成。對于不同型號的CAN總線通信控制器，實現CAN協議部分電路的結構基本相同，而與微控制器接口部分的結構及其方式存在一些差異，這里采用Philips的82C200為CAN協議控制器，它具有完成高性能通信協議所要求的全部必要特性，通過簡單連接可以完成CAN協議的物理層和數據鏈路層的所有功能，應用層功能可以由微控制器完成。
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