基于CAN总线的信息采集系统设计

王成卉，曾连荪

（上海海事大学 信息工程学院，上海 200135）

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PHILIPS SEMICONDUCTORS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11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[1]。

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1所示。

1.1 系统硬件设计

由于TI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[2]。

图1 信息采集系统框图Fig.1 Block diagram of information acquisition system

上位机采用工控机，其中由ADLINK的PCI/cPCI-7841 CAN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1 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SJA1000，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。

图2 CAN总线接口电路图Fig.2 Interface circuit of CAN bus

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-7841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 Data 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。

图3 帧协议组成Fig.3 Frame protocol components

系统的接收软件设计流程图如图4所示。

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/cPCI-7841 CAN接口卡的CanOpen-Driver（）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Can-RcvMsg（）函数接收数据包，用 CanCloseDriver（）函 数 关闭端口[3]。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。

图4 接收软件程序流程图Fig.4 Flow chart of receiving software program

初始化程序如下：

系统软件界面如图5所示。

图5 系统软件界面Fig.5 Interface of system software

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TMS320F2812 DSP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。

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