基于双层CAN总线的声纳数据通信系统设计

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单片机与各采集单元之间的通信利用自身集成的CAN控制器实现,只需将高速光耦HCPL0600与PIC18F4580的CAN控制器部分直接接口即可,不再赘述。为方便系统测设,设置了3个发光管指示灯,分别对CPU状态和两层CAN总线网络运行状态进行显示。

2.2 电源监测与隔离电路

电源是通信系统的能量保证,电源电路的可靠性和稳定性对系统能否正常工作起着至关重要的作用。为最大限度减小噪声和干扰,光耦部分采用的两个电源VCC与VDD必须完全隔离,否则采用光耦也就失去了意义。

系统采用ICL7665对5 V电源进行监测,当电源电压在4.8~5.2 V之间时,OUT1和OUT2均输出高电平;当电源电压高于5.2 V时,OUT1输出低电平,OUT2输出高电平;当电源电压低于4.8 V时,OUT1输出高电平,OUT2输出低电平。ICL7665的输出信号通过光电耦合器TLP281接入PIC18F4580的I/O口,实现对电源电压的监控,使电源电压误差<4%。TLP281通过电光和光电传递信号,在电气上隔离信号的发送端和接收端。这种隔离作用能有效抑制噪声,消除接地回路的干扰。电源监测与隔离电路原理图如图4所示。

 

2.3 软件设计

通信程序主要包括节点初始化程序、数据发送程序、数据接收程序以及CAN总线出错处理程序等。为便于移植和资源共享,系统软件设计采用C语言实现,软件遵循模块化设计思想,采用结构化程序设计方案,使其具有良好的扩展性。

在CAN通信过程中,初始化包括设置SPI接口的数据传输速率、CAN通信的波特率、MCP2510的接收过滤器和屏蔽器以及发送和接收中断允许标志位等。内部和外部CAN控制器在接收数据时采用中断方式,发送数据时采用查询方式。与内部CAN控制器不同的是,读、写MCP2510的发送和接收缓冲器必须通过SPI接口协议的读写命令来实现。写指令首先被发送到MCP2510的SI引脚,并在SCK的上升沿锁存每个数据位,然后发送地址和数据。指令执行完毕后,数据被写进指定的地址单元中,再通过SPI接口协议的写命令来设置发送位以启动发送。读操作时,首先将读指令和地址发送到MCP2510的SI引脚,并在SCK的上升沿锁存每个数据位。同时把存贮在这个地址单元中的数据在SCK的下降沿输出到SO引脚。当执行读写操作时,CS引脚应始终保持在低电平。外部扩展CAN总线软件设计的流程图,如图5所示。

 

3 系统测试

CAN总线协议有很好的错误校验措施,当硬件检测到数据在传送过程中发生错误时,会自动重新发送数据,当某一节点的错误严重时,总线会自动关闭该节点,且不影响其他节点的数据传送。

为了验证系统数据采集及通信可靠性,分别对CAN总线上位机与各中间控制器节点、中间控制器与各采集单元节点进行实时仿真测试。仿真通信介质采用100 m长屏蔽电缆,采用多种数据帧结构,选用总线速率为20 kB/s,传送数据域长度为8 bit的数据帧。分别进行上位机与节点的单帧和多帧通信。从主控状态显示情况来看,无数据传送出错和数据丢失现象,性能稳定,验证系统具有一定的可靠性。

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