基于CAN总线的信息采集系统设计

摘要：为解决某型卫星信息采集系统中陀螺组合数据等的实时通讯问题，提出了利用CAN总线实现整个信息采集系统设计。与一般信息采集系统相比，该系统下位机采用TMS320F2812型DSP，利用其eCAN模块作为数据发送模块，上位机采用工控机，其中ADLINK PCI／cPCI-7841 CAN总线接口卡作为数据接收模块，并在工控机中实时处理接收到的数据，更可靠地完成了信息采集及实时监测。实验结果表明，该系统信息采集实时性强、准确稳定。
关键词：CAN总线；PCI／cPCI7841；TMS320F2812 DSP；信息采集；监测

    CAN(Controller Area Network)即控制器局域网，主要用于各种设备检测及控制的一种现场总线。20世纪80年代初，德国BOSCH公司为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换，开发了一种串行数据通信协议，即CAN总线。
    CAN总线是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络，它为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持。CAN属 于工业现场总线的范畴，与一般的通信总线相比，CAN总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性，通信速率可达1 Mb／s。目前，CAN总线不仅应用于汽车领域，而且应用于自动控制、航空航天、机械工业、农用机械、机器人、数控机床、医疗器械
及传感器等领域。
    由于CAN被越来越多不同领域采用和推广，导致要求各种应用领域通信报文的标准化。为此，1991年9月PHILIPSSEMICONDUCTORS制定 并发布了CAN技术规范(VERSION 2．0)。该技术规范包括A和B两部分。2．0A给出在CAN技术规范1．2中定义的CAN报文格式，能提供ll位地址：而2．0B给出了标准的和扩展的 2种报文格式，能提供29位地址。此后，1993年11月ISO正式颁布了道路交通运载工具——数字信息交换——高速通信控制器局部网(CAN)国际标准 (ISO11898)，为控制器局部网标准化、规范化推广铺平了道路。
    根据某型卫星信息采集系统的导航数据的通信需求，且为保证信息采集的实时可靠，文中应用CAN总线完成整个信息采集系统设计。

1 信息采集系统设计
    由于卫星的运行环境复杂，采集的陀螺组合数据等会有相应的误差，因此需要对导航数据的采集进行遥测，对导航计算机的总线状态进行监测。本系统根据某型卫星的通信需要，利用CAN总线完成整个信息采集及实时监测。信息采集系统的框图如图l所示。

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1．1 系统硬件设计
    由于11公司的TMS320F2812型DSP在军事上已有应用，且根据各种性能的比较，本系统采用TMS320F2812型DSP作为导航计算机，进行下位机的数据发送，其中eCAN模块是TMS320F2812 DSP片上的增强型CAN控制器，其性能较之已有的DSP内嵌CAN控制器有较大的提高，数据传输更加灵活方便，数据量更大，可靠性更高，功能更加完备。
    上位机采用工控机，其中由ADLINK的PCI／cPCI-784lCAN总线接口卡进行数据接收。该卡可同时操作两个独立的CAN网络，可编程传输速率可高达l Mb／s，通过直接内存映射能够快速访问CAN控制器，PCI总线即插即用，其总线控制器为SJAl000，电气接口为82C250。
    信息采集系统的信息通信利用CAN总线完成，其CAN总线接口电路如图2所示，其中独特之处是在收发器PCA82C250的输出引脚CANH和CANL之间并联一个终端电阻R为120 Ω，解决了远近端阻抗不匹配的影响。

    如图1所示，由TMS320F2812 DSP的eCAN模块发送陀螺组合数据及温度值等，上位机的PCI／cPCI-784l型CAN总线接口卡进行数据接收，从而完成整个信息采集及监测过程。
1．2 系统软件设计
    系统软件主要完成基于CAN总线的数据通信，并在接收数据之后按要求对采集的导航数据进行处理，转换成实际所需数据类型，对陀螺组合的状态进行监测。
    本系统CAN总线通信报文格式采用CAN2．0B扩展模式，通信数据格式主要是对CAN总线协议中的(仲裁场Arbitration Field)和(数据场Da-ta Field)进行定义，要求数据传输速率为500 Kb／s。协议帧格式如图3所示。

    系统的接收软件设计流程图如图4所示。

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    在使用CAN接口卡之前首先要对卡进行波特率、传输报文格式等参数的初始化。
    1)初始化CAN总线的传输报文格式为提供29位地址的CAN2．0B扩展模式；
    2)初始化CAN总线的波特率为500 Kb／s。
    利用PCI／ePCI-7841CAN接口卡的CanOpenDriver()函数打开CAN端口，用CanConfigPort()函数进行初始化，用 CanSendMsg()函数发送数据包，用CanRcvMsg()函数接收数据包，用CanCloseDriver()函数关闭端口翻。创建接收线程， 接收数据之后按要求对数据进行处理。应用MFC制作通信界面。注意，线程函数只能是静态成员函数，或者是在类外面声明的一个函数。
    初始化程序如下：
   
    系统软件界面如图5所示。

2 实验结果
    经过实验验证，该信息采集系统采集的数据经过通信后不变，确保了信息采集的可靠、准确。

3 结束语
    由于基于CAN总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性，同时由于TMS320F2812DSP的eCAN模块使数据传输更加灵活方便，数据量更大，可靠性更高，功能更加完备，用该DSP进行下位机的数据发送，PCI／cPCI CAN接口卡进行数据接收，从而完成信息采集，并对采集的数据进行相应处理，对陀螺组合的状态进行监测，这对卫星等的导航有着重要意义。