摘要：介紹了CAN總線技術及特點，提出了一種基于CAN總線的溫度測量節(jié)點的設計，該系統(tǒng)采用單片機技術和CAN總線技術實現(xiàn)，給出了溫度測量節(jié)點的硬件、軟件的設計。經實際應用，使用CAN總線的溫度測量節(jié)點在信號傳輸?shù)膶崟r性、可靠性、傳輸距離和測量精度有著顯著的提高。
關鍵詞：CAN總線；節(jié)點；CAN通信

0 引言
    CAN是Controller Area Network的縮寫，即控制器局部網，通常稱為CAN bus(CAN總線)，是一種支持分布式控制的串行通信協(xié)議。CAN最初出現(xiàn)在汽車工業(yè)中，是20世紀80年代德國Boech公司為汽車的監(jiān)控、控制系統(tǒng)而設計的，主要是解決汽車中的電子控制裝置之間的通信，減少不斷增加的信號線。CAN總線的直接通信距離最遠可以達到10 km，此時通信速率為5 kbps以下；而通信速率最高可達1 Mbps，此時通信距離長為40 m。同時CAN總線的通信媒介采用雙絞線或光纖，選擇靈活，其結構較簡單，總線接口芯片支持8位、16位的CPU。
    由于CAN總線采用短幀結構，在標準格式中，短幀的字節(jié)數(shù)為8個，因此傳輸時間短，受干擾的概率低，重新發(fā)數(shù)據幀的時間短，并且每幀信息都有CBC校驗及其他檢錯措施，這樣可以保證極低的數(shù)據出錯率。CAN總線上的節(jié)點在錯誤嚴重時，可以自動關閉總線的功能，使總線上的其它操作不受到影響。由于CAN總線的數(shù)據通信具有卓越的特性及極高的可靠性，因而非常適合工業(yè)過程監(jiān)控設備互連，也是最有前途的現(xiàn)場總線之一。由于CAN總線的特點，使得其廣泛地應用于電力、航空航天、治金、交通工具、機器人、醫(yī)療設備、環(huán)境監(jiān)控和家用電器等眾多領域。本文提出基于CAN總線的溫度測量節(jié)點的設計。

1 系統(tǒng)總體結構設計
    根據系統(tǒng)的設計要求，其總體設計結構如圖1所示。整個系統(tǒng)由主站節(jié)點、分布式溫度測量節(jié)點兩部分組成。由于基于CAN總線的溫度測量節(jié)點是一種分布式、實時的通信系統(tǒng)，可采用主從方式通信，其特點就是系統(tǒng)中任一節(jié)點設一為主站節(jié)點，其余均為從站節(jié)點，主站節(jié)點通過CAN總線與各個從站節(jié)點進行通信。我們只需設一個主站節(jié)點作為主監(jiān)控器，以點對點方式進行通信，其余的從站均為各個溫度測量節(jié)點。各個節(jié)點都通過CAN總線實現(xiàn)信號數(shù)據的連接，各個溫度測量節(jié)點具有較強的獨立性，具有工作可靠性、性能穩(wěn)定、測量精確、安裝調試方便、造價低廉等特點。

2 溫度測量節(jié)點的硬件電路設計
    CAN總線溫度測量節(jié)點主要任務是溫度采集與CAN通信，其硬件結構框圖如圖2所示。硬件電路由微處理器STC89C52、總線控制器SJA10 00、總線驅動器PCA82CS0和傳感器DS18B20四個部份組成。微處理器負責對SJA1000和DS18B20進行初始化，通過總線控制器SJA1000實現(xiàn)數(shù)據的接收和發(fā)送等通信任務。

2．1 溫度傳感器DS18B20
    DS18B20是美國DALLAS公司推出的第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器，該傳感器只需一個端口引腳進行通信，就可以實現(xiàn)多點分布的應用，具有低功耗、高性能、抗干擾強等優(yōu)點。其傳感器的特性為：
    (1)溫度測量范圍寬，能測到-55℃～125℃的溫度，在-10℃～+85℃時精度為正負0．5℃。
    (2)提供9—12位的測量分辯率，對應的溫度精度分別為0．5℃、0．25℃、0．125℃和0．0625℃，實現(xiàn)了高精度的測量。
    (3)接口方式獨特，僅需一條信號線就可以實現(xiàn)與微處理器的雙向通信。
    (4)測量出的溫度能直接轉化成串行數(shù)字信號供CPU處理，同時還傳送CRC校驗碼，具有很強的抗干擾糾錯能力。
    溫度傳感器的電路設計由單片機的引腳P3．5與傳感器DS18B20的DQ腳相連，實現(xiàn)微處理器與傳感器的雙向數(shù)據的通信。同時DQ單總線外接一4．7 k的上拉電阻。溫度傳感器的電路圖如圖3所示。

2．2 CAN通信電路的設計
    CAN通信電路是整個系統(tǒng)實現(xiàn)通信的關鍵部分，系統(tǒng)中各個節(jié)點和節(jié)點控制器是通過CAN通信電路接入CAN總線網絡上的，實現(xiàn)信號數(shù)據的傳輸。CAN通信電路采用STC89C52處理器、PHILIPS公司的總線控制器SJA1000、NXP公司的總線收發(fā)器82C250和高速光電耦合器6N137等器件組成。在CAN通信電路中微處理器負責對SJA1000進行初始化，各信號通過CAN總線控制器實現(xiàn)信號數(shù)據的接收和發(fā)送等通信任務。同時為了增加CAN總線節(jié)點的抗干擾能力，更好地實現(xiàn)了總線上各CAN節(jié)點間的電氣隔離，SJA1000的TX和RX引腳通過連接光耦6N137后再與總線收發(fā)器PCA82C250相連，總線收發(fā)器82C250的TXD和RXD分別接光耦6N137的輸出OUT和輸入IN端，再通過具有差動發(fā)送和接收功能的總線終端CAN_H和CAN_L連接入總線電纜中，完成通信的傳輸。

3 溫度測量節(jié)點的軟件設計
    溫度測量節(jié)點的軟件設計包括CAN總線初始化、發(fā)送子程序及中斷接收程序軟件設計和溫度傳感器DS18B20的程序設計。其節(jié)點流程圖如圖4所示。

3．1 CAN初始化程序
    CAN初始化即初始化CAN節(jié)點。要保證通信正確可靠則必須先對控制器SJA1000進行初始化參數(shù)設置。初始化設置是通過微處理器對SJA1 000的寄存器進行初始化，這些初始化包括控制寄存器的配置、命令寄存器的配置、狀態(tài)寄存器的配置、中斷管理寄存器的設置、總線定時寄存器的配置、輸出控制寄存器的設置以及時鐘分頻寄存器的設置等。
    系統(tǒng)上電后，對CAN初始化只有在復位模式下才可以開始，初始化設置完成后，CAN控制器就可以回到工作狀態(tài)，即進入工作模式，執(zhí)行正常的通信任務。CAN控制器初始化流程圖如圖5所示。

3．2 CAN通信電路程序
    CAN總線節(jié)點要完成通信任務則還必須包括發(fā)送子程序及中斷接收程序。發(fā)送子程序負責各節(jié)點報文的發(fā)送任務。發(fā)送時只需將待發(fā)送的數(shù)據信息按特定的格式組合成一幀報文，送入CAN控制器SJA1000的發(fā)送緩沖器中，啟動SJA1000發(fā)送即可完成發(fā)送報文任務。在向SJA1000發(fā)送緩沖器發(fā)送報文之前，可先做一些判斷，判斷其是否正在接收數(shù)據、先前發(fā)送是否成功以及發(fā)送緩沖器是否鎖定等等，以確保數(shù)據發(fā)送的可靠性。
    中斷接收程序主要是負責節(jié)點報文的接收以及其它中斷情況的處理。當進入中斷后要進行是否有數(shù)據的判斷，以防干擾誤中斷。
3．3 溫度傳感器的程序設計
    溫度測量節(jié)點電路上電后也要進行初始化設置，初始化完成后，溫度測量節(jié)點中的溫度傳感器對采集到的數(shù)據信息實時處理、現(xiàn)場數(shù)據實時顯示，并判斷采集的信息是否超過正常值，如出現(xiàn)異常，則報警提示并通過CAN通信電路進行通信。

4 結束語
    本設計應用性很強，在實際應用中表明，其溫度測量的精度和穩(wěn)定性都得到很好的提高，準確地反應了工作狀況和實際狀況，達到了預期目標。