基子CAN總線的分布式網(wǎng)架健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘要：針對(duì)某網(wǎng)架安全監(jiān)測(cè)的需要設(shè)計(jì)了分布式健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，介紹了在分布式系統(tǒng)中利用控制器局域網(wǎng)(CAN)組建分布式通信網(wǎng)絡(luò)模塊的方案。詳細(xì)闡述了基于CAN總線控制器SJAl000的采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案及具體的硬件電路設(shè)計(jì)，并解決了在軟件設(shè)計(jì)中容易碰到的問(wèn)題。

    關(guān)鍵詞：CAN總線 高速采集 A／D轉(zhuǎn)換 數(shù)據(jù)傳輸

在某大網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的建筑中，由于網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的特殊性及其所處地理位置在沿海臺(tái)風(fēng)多發(fā)地帶，因此需要設(shè)計(jì)高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的健康狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和評(píng)估。由于需要對(duì)網(wǎng)架上受力情況進(jìn)行多點(diǎn)監(jiān)測(cè)，考慮到硬件集中控制擴(kuò)展能力差且在現(xiàn)場(chǎng)施工有較大的布線困難，因此本系統(tǒng)采用目前廣泛應(yīng)用的分布式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，將各個(gè)控制單元分布在現(xiàn)場(chǎng)各采集點(diǎn)上。為了實(shí)現(xiàn)分布式系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)與控制功能，需要建立良好的通訊方式，以完成系統(tǒng)主機(jī)與各智能單元之間的信息交換與通信。根據(jù)本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的特點(diǎn)，其通信系統(tǒng)應(yīng)具有良好的可靠性、適應(yīng)性、可擴(kuò)展性和簡(jiǎn)單的連接方式，并能滿足長(zhǎng)距離傳輸?shù)男枰�。由于此�?shù)據(jù)采集系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)數(shù)多(100路)、對(duì)信號(hào)傳輸速度要求高且誤碼率低，利用485總線搭建數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的傳統(tǒng)方式，其最大控制結(jié)點(diǎn)只能有32個(gè)，在超過(guò)lkm的布線結(jié)構(gòu)中傳輸速度只有l(wèi)OOkbps，且“數(shù)據(jù)碰撞”和“死鎖”等問(wèn)題不易解決，因此采用485總線顯然達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。

    相對(duì)于傳統(tǒng)的485總線來(lái)講，控制器局域網(wǎng)CAN(Controller Area Network)作為現(xiàn)場(chǎng)總線的一種，以其分時(shí)多主、非破壞性總線仲裁和自動(dòng)檢錯(cuò)重發(fā)等靈活、可靠的通信技術(shù)解決了485總線現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試?yán)щy、開發(fā)周期長(zhǎng)等問(wèn)題[1]。尤其在較為艱苦的安裝環(huán)境中，其高效的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試性能顯得尤為實(shí)用。作為一種分散式、數(shù)字化、雙向多點(diǎn)、具有高速率高可靠性特點(diǎn)的通信系統(tǒng)，CAN可以構(gòu)建靈活的多主通訊機(jī)制，也可以建立主從式結(jié)構(gòu)，而且這兩種方式下的硬件物理聯(lián)接完全相同。其自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)編碼、CRC冗余校驗(yàn)、出錯(cuò)自動(dòng)重發(fā)的功能保證了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確率，某一節(jié)點(diǎn)嚴(yán)重出錯(cuò)時(shí)能自動(dòng)脫離總線保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，且其具有極強(qiáng)的帶負(fù)載能力，可驅(qū)動(dòng)多達(dá)110個(gè)節(jié)點(diǎn)，可滿足本系統(tǒng)高速、精確、多負(fù)載的要求。

1 采集卡硬件電路的設(shè)計(jì)

1．1 CAN總線分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。本系統(tǒng)由上位監(jiān)控PC機(jī)、CAN總線適配卡和控制單元三部分組成。上位監(jiān)控PCs機(jī)采用IBM-PC兼容機(jī)，主要負(fù)責(zé)對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的接收與管理、控制命令的發(fā)送以及各控制單元?jiǎng)討B(tài)參數(shù)和設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)顯示；CAN總線適配卡可以使PC機(jī)方便地連接到CAN總線上；控制單元以單片機(jī)為核心，主要負(fù)責(zé)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境參數(shù)和設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)采集來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行打包處理并將處理過(guò)的數(shù)字信號(hào)通過(guò)CAN通信控制器SJA1000送入CAN總線。

1．2 控制單元模塊設(shè)計(jì)及關(guān)鍵問(wèn)題的解決

控制單元的主要功能是將現(xiàn)場(chǎng)采

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