基于CAN总线的智能控制系统设计

更新时间:2024-01-16 作者:用户投稿原创标记本站原创 点赞:11184 浏览:46424

摘 要本文介绍了智能控制系统中CAN总线现代通讯技术的应用,设计了智能控制系统中的CAN总线网络结构模型,阐述了基于该网络结构模型实现数据传输的方法,为系统智能化控制的实现提供了理论基础和理论依据,同时论文结合智能控制系统中通讯总线的特征,对控制系统中CAN总线的智能节点进行了设计.

关 键 词智能控制系统;CAN总线;智能节点

中图分类号TM56文献标识码A文章编号1674—6708(2012)76—0163—02

0引言

智能控制系统中,各单元和部件的运行情况复杂,涉及大量的数据交换和实时处理.CAN控制器局域网络为智能控制系统中的各部件、各单元稳定、高效、协调的运行提供了有力的通讯支撑.基于CAN总线的通讯网络在分布式控制或实时控制方面具有优势,主要体现在无论基于高速网络还是多线路网络,多主站可依据优先权进行总线访问、通过接收滤波的多地址帧传送,以及中心控制器可基于优先权进行仲裁等;同时CAN总线具备全系统数据相容性,错误检测和出错信令,暂时错误或者永久性故障节点的判别以及故障节点的自动脱离等优点.很好的满足了现代控制理论对智能控制系统对象分散,处理高速,策略多样的潮流.

1基于CAN总线的智能控制系统网络结构

整个智能控制系统的双层网络拓扑结构请参照图1,即将智能系统控制分为两层,其中底层为智能控制系统内部各子系统,顶层为智能系统的中心控制器,在底层控制系统中,任意一子系统都有一块微处理器管理该子系统中的各智能仪器,该子系统的微处理器与各智能仪器之间的数据通讯均基于CAN总线,在底层CAN总线网络中各设备的CAN通讯接口和子站控制器CAN通讯接口通过组网构成为底层的CAN总线网络,在顶层系统中,智能系统中心控制器基于CAN总线与各子系统的微处理器进行数据通讯,完成对整个智能控制系统的数据管理和指令控制.中心控制器的CAN总线通讯接口和各子站控制器的CAN总线通讯接口通过组网构成为顶层CAN总线网络.

2CAN智能节点硬件设计

CAN的智能节点主要由四个部分组成,包括单片微处理器、总线通信控制器、总线收发器、电气隔离装置等.单片微处理器通过控制指令对总线通信控制器进行操作,单片微处理器通过并行端口与总线通信控制器的并行端口对接,将数据放入总线通信控制器的数据存储单元中或者从存储单元中取走数据,总线通信控制器通过其发数据端口与总线收发器数据端口相连,实现从收发器中接收或发送数据.CAN智能节点的硬件电路图请参照图2,总线控制器的A0~A7与单片微处理器的P0接口连接,片选信号CS连接到STC89C54的P2.7端口,当P2.7为0时STC89C54片外存储器地址可以选中SJA1000,SJA1000的WR,RD和ALE分别接STC89C54的对应WR,RD和ALE管脚,RST接STC89C54的P1.7管脚,STC89C54可以根据片外地址操作SJA1000,通过P1.7管脚复位SJA1000,SJA1000的INT管脚接STC89C54的中断0管脚,在系统中通过中断方式实现数据接收.在智能控制系统中,系统的稳定性是极为重要的系统指标,为了增强系统的抗干扰能力,系统从以下五个方面着手解决:第一,在选用微处理器芯片应选择高抗静电(ESD),抗快速脉冲干扰的处理器,同时微处理器内部的电源供电系统,时钟电路和复位电路均经过抗干扰的特殊处理;第二,总线控制器的接收和发送管脚需要通过光耦元件进行电气隔离,滤除CAN总线的干扰信号,在系统设计中,为实现电源隔离,光耦元件的VCC和VDD电源端口,分别采用小功率电源隔离模块.第三,高性能总线收发器总线管脚需进行限流作用,避免总线收发器受过流冲击.第四,总线收发器上有收发管脚上可串联电容实现高频干扰信号滤波.第五、对总线管脚进行过压保护,在总线接入端与地之间分别反接保护二极管,当总线上有较高的负电压时,二极管短路,电压拉低.通过采取上述措施,该智能系统能在电气环境比较恶劣的情况,实现可靠的数据通信.


在CAN智能节点中,82C250作为CAN总线与物理总线的接口,基于微弱的差动信号实现数据的接收和发送.

3CAN总线通讯模式设计

在基于CAN总线的智能控制系统中,系统通讯分为顶层总线通讯和底层总线通讯两部分,两层网络中具有大量的通讯智能节点,为保证系统的通讯稳定性,系统中的各节点必须遵循一种通讯机制,在这种机制下,可以克服总线上的数据堵塞和冲突,在本文阐述的智能控制系统中,就是通过令牌环通讯的机制进行总线网络间的数据通信.

图3内部通讯令牌环网络图

如图3所示,在CAN总线网络中,每个CAN智能节点在CAN总线网络中顺序进行编址,每个节点在网络中具有唯一的网络地址.在CAN总线网络上由子系统控制器首先发出令牌指令,令牌按网络地址在节点间高速传递,当某个节点需要数据通讯时,首先主动摘取令牌,摘到令牌成功后,该节点就具备了CAN网络的优先使用权,可以向该网络中任意节点发送数据;当该节点数据传输完毕后,该节点主动交出令牌,将令牌传输给下一网络地址的节点,如果该节点没有数据传输任务,则立刻将令牌传给下一网络地址的节点,当令牌在网络中循环一圈后又回到中心控制器.令牌环通讯流程如图4所示:

4结论

基于CAN总线的智能控制系统,通过波特率的调整可以在通讯距离和传输速率方面得到优化,并且其具有稳定的通讯性能,较低的成本费用,以及接入总线方便等优点,在基于数据通讯的造纸工业控制领域具有广泛的应用前景,由于造纸工业中涉及大量的实时数据通讯,基于CAN总线的智能控制系统能有效的提高造纸工业过程控制的时效性.

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