基于8051單片機(jī)和SJAl000芯片實(shí)現(xiàn)智能傳感器網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)

前 言

隨著自動(dòng)化程度的提高和信息的網(wǎng)絡(luò)化進(jìn)程， 所需要的測(cè)控點(diǎn)和測(cè)控參量越來(lái)越多， 使得一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)日益龐大而復(fù)雜。對(duì)于一個(gè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)， 需要的傳感器數(shù)目成倍增加。為了使各智能儀表與上位機(jī)能實(shí)時(shí)、高速、準(zhǔn)確地通信， 選擇較理想的現(xiàn)場(chǎng)總線則是很關(guān)鍵的?，F(xiàn)場(chǎng)總線是開(kāi)放型控制系統(tǒng)， 是用于現(xiàn)場(chǎng)總線儀表與控制室之間的一種全數(shù)字化、串行、雙向、多站的通訊網(wǎng)絡(luò) 。CAN 是其中很有發(fā)展前景的一種現(xiàn)場(chǎng)總線。在網(wǎng)絡(luò)化的系統(tǒng)中， 每只傳感器作為一個(gè)智能節(jié)點(diǎn)掛接在CAN 總線上， 整個(gè)系統(tǒng)如圖1所示。

1、 CAN 總線的技術(shù)特點(diǎn)

a） CAN 通信速率為（5kB/s）/10km、（1MB/s）/40m ，其節(jié)點(diǎn)數(shù)可達(dá)110 個(gè)， 傳輸介質(zhì)采用雙絞線、同軸電纜和光纖等;

b） 采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)， 一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)及全局廣播等幾種方式發(fā)送接收數(shù)據(jù);

c） 采用非破壞性總線優(yōu)先級(jí)仲裁技術(shù)。當(dāng)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送信息時(shí)優(yōu)先級(jí)低的節(jié)點(diǎn)主動(dòng)停止發(fā)送數(shù)據(jù)， 而優(yōu)先級(jí)高的節(jié)點(diǎn)可不受影響地繼續(xù)發(fā)送信息。因此。按節(jié)點(diǎn)類型分成不同的優(yōu)先級(jí)， 可以滿足不同的實(shí)時(shí)要求;

d） 可實(shí)現(xiàn)全分布式多機(jī)系統(tǒng)， 且無(wú)主、從機(jī)之分， 每個(gè)節(jié)點(diǎn)均主動(dòng)發(fā)送報(bào)文， 用此特點(diǎn)可以方便地構(gòu)成多機(jī)備份系統(tǒng); e） 支持四類報(bào)文幀： 數(shù)據(jù)幀、遠(yuǎn)程幀、出錯(cuò)幀、超載幀。它采用短幀結(jié)構(gòu)， 每幀有效字節(jié)數(shù)為8 個(gè)。 這樣， 傳輸時(shí)間短， 受干擾的概率低， 且具有較好的檢錯(cuò)結(jié)果。

此外， CAN 采用循環(huán)冗余校驗(yàn); 其節(jié)點(diǎn)具有自動(dòng)關(guān)閉的功能。由于帶有CAN 總線接口的傳感器種類還不多， 價(jià)格也較貴， 為了使總線能與上位機(jī)更好的實(shí)時(shí)的通信， 可以自行設(shè)計(jì)一種由8051 單片機(jī)和SJAl000 獨(dú)立CAN 總線控制為核心構(gòu)成的智能節(jié)點(diǎn)。在普通傳感器基礎(chǔ)上形成可接收8 路模擬量輸入的智能傳感器網(wǎng)絡(luò)。

2、 SJAl000 的硬件結(jié)構(gòu)和功能

如圖2 所示， SJAl000從邏輯上可分為7 個(gè)部分：

a） IML （接口管理邏輯） IML 用于解釋來(lái)自CPU 的命令， 分配信息緩沖區(qū)并向CPU 提供中斷及狀態(tài)信息;

b） 發(fā)送緩沖區(qū)TXB 　13 字節(jié)長(zhǎng)存儲(chǔ)器， 外部CPU 將要發(fā)送的信息寫入此緩沖區(qū);

c） 接收緩沖區(qū)RXB 　接收緩沖區(qū)為64 字節(jié)的CPU 接收信息的FIFO 寄存器;

d） 接收過(guò)濾器ACF 　對(duì)接收到的信息ID 與ACF 內(nèi)容相比較以決定是否接收信息;

e） 位流處理器BSP 　用來(lái)控制發(fā)送、接收緩沖區(qū)及CAN 總線的數(shù)據(jù)流;

f） 定時(shí)邏輯BTL 　用于控制CAN 總線上數(shù)據(jù)的傳輸速率與同步;

g） 錯(cuò)誤管理邏輯EML 　按CAN 協(xié)議進(jìn)行錯(cuò)誤管理。

3、 CAN 總線在智能傳感器網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

以一路信號(hào)采集為例。圖3 是CAN 控制器和收發(fā)器與單片機(jī)及ADC0809 的接口電路圖。CAN 控制器采用PHILIPS SJA1000 ， 單片機(jī)采用89C51 ， 主要完成信號(hào)的采集和對(duì)信號(hào)的預(yù)處理， 并把經(jīng)過(guò)處理的數(shù)據(jù)傳給上位機(jī)。82C250 是CAN 控制器SJA1000 與CAN 物理總線的接口器件， 它驅(qū)動(dòng)總線差動(dòng)接收或發(fā)送。考慮到現(xiàn)場(chǎng)有各種各樣的干擾， 在CAN 控制器和驅(qū)動(dòng)器之間加了高速光耦隔離器件（6N137） 。由于CAN 控制器和反饋控制器內(nèi)部都有自己的時(shí)鐘產(chǎn)生電路， 為了使兩者協(xié)調(diào)， 外加的晶振在CAN 控制器上作為整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)鐘， 且將CAN 控制器的時(shí)鐘輸出作為微控制器的時(shí)鐘輸入; SJAl000 的中斷輸出接至CPU 的INT1 端; 通過(guò)中斷方式實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與CAN 控制器的通信; 同時(shí)為了使CAN 控制器和微控制器能同時(shí)可靠復(fù)位， 外加了手動(dòng)復(fù)位電路。另外， 由于ADC0809 轉(zhuǎn)換器具有三態(tài)輸出鎖存功能， 可以直接與89C51 的總線相連， 在系統(tǒng)中把ADC0809 轉(zhuǎn)換器當(dāng)作外部RAM單元對(duì)待。

4 、軟件設(shè)計(jì)

智能傳感器作為一個(gè)節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì)主要包括兩部分： 一部分為初始化單片機(jī)和SJAl000 ， 另一部分為節(jié)點(diǎn)實(shí)際要完成的數(shù)據(jù)采集和對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制功能。對(duì)CAN 控制器的初始化， 對(duì)各個(gè)寄存器分別寫入不同的內(nèi)容， 其中CAN 控制器與單片機(jī)之間采用中斷方式通信。其流程如圖4 所示。

SJAl000 的初始化程序?yàn)椋?/p>

MOVA ， # 0BH 　　　　　　　　 04H 為ACR 寄存器地址　00H 為CR 寄存器的地址

MOVDPTR ， # 8000H

MOVX@DPTR ， A 開(kāi)放錯(cuò)誤和接收中斷， SJA1000 進(jìn)入復(fù)位模式

MOVDPTR ， # 8004H

MOVA ， # 02H

MOVX@DPTR ， A

INC DPTR 05H 為AMR 寄存器地址。設(shè)為全部收

MOVA ， # FFH

MOVX@DPTR ， A

INC DPTR

MOVA ， # 01H 06H 為BTR0 的寄存器地址

MOVX@DPTR ， A

INC DPTR

MOVA ， # FFH 07H 為BTRl 的寄存器地址， 寫B(tài)TR0 和BTRl ， 波特率設(shè)為160K

MOVX@DPTR ， A

INC DPTR

MOVA ， # 0AH 08H 為OCR 寄存器地址， SJAl000 采用正常模式輸出

MOVX@DPTR ， A

MOVA ， # OFH

MOVDPTR ， # 801FH 1FH 為CDR 寄存器地址， 使微控制器與SJAl000 的時(shí)鐘相同

MOVX@DPTR ， A

MOVA ， # 0AH

MOVDPTR ， # 8000H

MOVX@DPTR ， A 寫CR 寄存器使SJAl000 進(jìn)入工作模式

RET

5 、結(jié)　語(yǔ)

將CAN 總線應(yīng)用于智能傳感器中， 使傳感器獲得的信號(hào)能通過(guò)總線實(shí)時(shí)地、可靠地、高速而準(zhǔn)確地進(jìn)行傳輸。同時(shí)， 由于整個(gè)智能傳感器網(wǎng)絡(luò)采用全數(shù)字化的通信， 因此總線也具有很好的抗干擾能力， 即使在重負(fù)荷下也不會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)癱瘓的情況， 這些優(yōu)越性能是其它現(xiàn)場(chǎng)總線所不及的。

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