工业计量装置中称重仪表的CAN总线设计

ＳＣＩ－ＴＥＣＨ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ＆ＥＣＯＮＯＭＹ　文章编号：１００５－６０３３（２００７）０１—０２３８—０２　２００７年第ｌ７卷第１期　工业计量装置中称重仪表的ＣＡＮ总线设计木　韩丁，谢克明，李丽宏　（太原理工大学信息工程学院，山西太原，０３００２４）　摘要：比较了ＣＡＮ总线与传统ＲＳ－４８５的特点和功能，指出ＣＡＮ总线在智能称重仪　表设计中重要性，重点阐述了ＣＡＮ总线在智能称重仪表中的电路设计和控制程序设　计。　●　关键词：ＣＡＮ总线；ＲＳ－４８５；智能仪表；计量装置　中图分类号：ＴＨ７１　文献标识码：Ａ　随着国内煤炭、冶金、电力、化工等行业的迅速发展，对皮带秤、配料　秤、料斗秤等多种工业计量装置及其联网系统的需求量日益增加。国内　称重行业目前普遍采用ＲＳ－４８５来实现信号的传输。随着对通信要求的　提升，ＲＳ－－４８５通信方式无完整的协议规约、系统实时性差、通讯可靠性　低、后期维护成本高、传输距离不理想、应用不灵活等缺点对监控网络的　延伸、功能强化、应用环境都有很大的影响。而ＣＡＮ总线作为到目前为　止唯一具有国际标准的现场总线技术，其数据通信具有突出的优点，可　靠性高、实时性强和灵活性好，应用前景非常乐观［１］。本文是基于智能称　重仪表ＸＫ３１０８的ＣＡＮ总线整体设计，以满足大型工矿企业对配料称等　多种仪表提出的具有现场总线接口功能的需要，实现仪表与上位机设备　的优化通信，将企业中的皮带秤、配料秤等多种计量衡器称重相关数据　送入企业网，实现远程数据采集和数据共享。　通讯失败率　点错误　的影响　通讯距离　特性　卜４８５　１ＣＡＮ总线　总线利用率　通讯协议　低　无　高　有　网络特性　主从结构（最多３２节点）　多主结构（最多１１０节点）　数据传输率　容错机制　低　无　最高可达ＩＭｌｄｓ　由硬件完成错误　处理和检错机制　很高　故障节点有可能　导致整个网络瘫痪　＜１．２　ｋｍ　极低　故障节点对整个　网络没有影响　可达１０　ｋｉｎ（５　ｋｂ／ｓ）　后期维护成本　较高　很低　１　ＣＡＮ总线与ＲＳ一４８５特点的比较　ＣＡＮ总线最早由德国Ｂｏｓｃｈ公司推出，由于其具有高性能、高可靠性　的优点及独特的设计，因此其应用范围已向过程工业、机械工业、机器人、　传感器等领域拓展。ＣＡＮ已经形成国际标准　，并被公认为是几种最有前　途的现场总线之一。ＣＡＮ总线的优点为通信方式采用非破坏性仲裁技术，　制子层（ＭＡＣ）的作用主要是传送规则，控制帧的结构、执行仲裁、错误检　验、错误标定、故障界定。　（２）物理层（Ｐｈｙｓｉｃａｌ　ａｙｅＬｒ）。物理层的作用是在不同节点之间根据所　有的电气属性进行位的实际传输，涉及到位时间、位编码、同步的解释。　ＣＡＮ总线提供４种帧结构进行报文传输　，它们分别为带有应用数　据的数据帧、向网络请求数据的远程帧、能够报告每个节点错误的出错　帧以及如果节点的接收器电路尚未准备好就会延迟传输的过载帧。在这　４种帧中，又可以将一帧分为几个部分，每一部分负责不同的功能。　按优先级不同进行信号传输，传输速率高，距离远，易于管理。ＲＳ－４８５虽比　ＲＳ－２３２在传输距离和抗干扰能力上有了长足的进步，但它只能构成主从　式结构系统，通信方式也只能以主站轮询的方式进行，没有自己的通信协　议，无故障定位和错误处理功能，运行效率低，高峰期易堵塞，同时传输距　离也同样受到限制，ＣＡＮ总线与ＲＳ＿＿４８５特点详细比较见表ｌ。　３系统硬件设计　系统主要由国家重点新产品ＸＫ３１０８配料秤智能称重仪表（带ＣＡＮ　控制器）、皮带秤智能称重仪表（带ＣＡＮ控制器）、ＣＡＮ总线、上位机（配　２　ＣＡＮ总线协议　根据ＩＳＯ／ＯＳＩ参考模型，ＣＡＮ总线协议分层如下：　（１）数据链路（Ｄａｔａ　ＬｉｒＩｋ　Ｌａｙｅｒ）。又分为逻辑链路控制子层（ＬＬｃ，　Ｌｏｇｉｃａｌ　Ｌｉｎｋ　ＣｏｎｔｍＩ）和介质访问控制子层（ＭＡＣ，Ｍｅｄｉｕｍ　Ａｃｃｅｓｓ　ＣｏｎｔｒｏＩ）。　有ＣＡＮ适配器）以及远程管理计算机组成。各称重仪表通过ＣＡＮ总线　将瞬时流量、累计流量、皮带速度等相关数据送人上位机，实现对现场仪　表进行集中管理，同时可由以太网进行远程数据共享，将相关数据送入　逻辑链路控制子层（ｕ　）的作用是为远程数据请求以及数据传输提　供服务，主要完成报文滤波、过载通知以及恢复管理等工作。介质访问控　社，２００５．　管理层计算机。系统结构见图ｌ。　微控制器选用美国模拟器件公司（ＡＤＩ）的ＡＤｕＣ８４５，该芯片集成　武汉教育学院学报，　［２］许风宝．工业控制计算机抗干扰技术［Ｊ］．　（责任编辑：邱娅男）　２０００，１９（３）：８７—８９．　第一作者简介：白云飞，男，１９７４年ｌ１月生，２００５年毕业于中北大　学（硕士），助教，运城学院，山西省运城市河东东街３３３号，Ｏ４４ＯＯＯ．　Ｔｈｅ　Ａｎｔｉ－ｊａｍｍｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｓｙｓｔｅｍ　ＢＡＩ　Ｙｕｎ－ｆｅｉ，ＱＵ　Ｅｒ－ｇｕａｎｇ　ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｓｕｍｓ　ｕｐ　ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｊａｍｍｉｎｇ　ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　ｏｆ　ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｎ　ｔｈｅ　ａｃｔｕａｌ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ，　ｉｎｔ】．ｏｄｕｃｅｓ　ｓｅｖｅｒｌａ　ｈａｒｄｗａｒｅ　ａｎｄ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ａｎｔｉ－ｊａｍｍｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ｔｈａｔ　Ｃａｎ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ・　ＫＥＹ　ＷＯＲＤＳ：ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ；ａｎｔｉ－ｊａｍｍｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｈａｒｄｗａｒｅ　ｓｙｓｔｅｍ；ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｓｙｓｔｅｍ　维普资讯 http://www.cqvip.com

韩丁，谢克明，李丽宏工业计量装置中称重仪表的ＣＡＮ总线设计　本刊Ｅ－ｍａｉｌ：ｂｊｂ＠ｍａｉｌ．ｓｘｉｎｆｏｎｅｔ．信息技术　图１智能称重仪表及ＣＡＮ总线系统示意图　ＡＤＩ公司精密数据转换器、可编程微控制器（ＭＣＵ）和闪速存储器，它是　一个快速可编程的８位单片机　，具有灵活的在线编程功能。ＡＤｕＣ８４５　具有看门狗电路、电源监视等功能，因此该系统可以在强电磁干扰、波动　以及恶劣的环境下正常工作。微处理器ＡＤｕＣ８４５对ＳＪＡ１０００进行初始　化后实现数据采集和数据传输。ＣＡＮ控制器选用具有访问优先权的独立　控制芯片ＳＪＡ１０００，它是Ｐｈｉｌｉｐｓ公司生产的高度集成的通信控制器，具　有较强的抗干扰能力和检错、纠错的能力，在ＳＪＡ１０００硬件结构中，包括　为实现高性能串行网络通信所必需的所有硬件。ＣＡＮ收发器选用Ｐｈｉｉｆｐｓ　公司的ＴＪＡ１０５０。此芯片完全符合ＩＳＯ　１１８９８标准，能提供向总线差动发　送能力和对ＣＡＮ控制器的差动接收能力，电磁抗干扰能力极强，电磁辐　射极低。为了增强ＣＡＮ总线节点的抗干扰能力，ＳＪＡ１０００的ＴＸ０和ＲＸ０　图３　ＣＡＮ总线主程序通信流程图　ＣＡＮＢＴＲ０＝（Ｏ－０９；，，｛殳置波特率　ＣＡＮＢＴＲＩ＝Ｏｘｌｃ；，，定时寄存器１　ＣＡＮＯＣＲ＝Ｏｘａａ；，黼出控制寄存器　ＣＡＮＭＯＤ＝Ｏｘ０２；，般置单滤波接收方式　ＣＡＮＣＭＲ＝Ｏｘ０ｅ：　并不是直接与ＴＪＡ１０５０的ＴＸＤ和ＲＸＤ相连，而是通过高速光耦６Ｎ１３７　后与ＴＪＡ１０５０相连。这样就很好地实现了总线上各ＣＡＮ节点间的电气　隔离。光耦部分由两个电源分别供电来实现电气的完全隔离。ＣＡＮＨ和　ＣＡＮＬ与地之间并联了两个Ｃ１０３的小电容，可以起到滤除总线上的高频　干扰和一定的防电磁辐射的作用，硬件电路设计见图２。　５结语　通过实验得出ＣＡＮ总线比ＲＳ－－４８５总线通信有明显的优越性，上位　机处理事件更及时，单个模块出错不能影响到整个系统，抗干扰性能也　提高了许多。因此，ＣＡＮ总线有很好的推广价值，采用ＣＡＮ总线技术的　数据采集系统，以其通信可靠、抗干扰性好、传输距离远的特点，越来越　受到人们的重视。　・本文为２００５年国家重点新产品计划仪器仪表基金项目（项目编　号：２００５ＥＤ６３００２２）论文。　４　ＣＡＮ总线软件程序设计　ＣＡＮ总线软件程序设计主要包括主程序（系统初始化、任务调度、喂　狗等）、ＳＪＡ１０００初始化程序、ＣＡＮ总线发送数据程序和ＣＡＮ总线接收数　据程序。ＳＪＡ１０００在复位模式下完成初始化，主要设置工作方式、接收滤　波方式、接收屏蔽寄存器ＡＭＲ和接收代码寄存器ＡＣＲ、波特率参数和中　断允许寄存器等，其流程示意图见图３。　ＳＪＡ１０００初始化程序设置如下：　ＣＡＮＭＯＤ－－０ｘｌ；臌收中断和复位请求　ＣＡＮＣＤＲ－－Ｏｘ８；，，选择ＣＡＮ模式　参考文献　［１］郭庆祝．基于ＣＡＮ现场总线的船舶机舱分布式监控系统的研制　［Ｊ］．中国海洋平台，２００５，２０（４）：４８－５０．　［２］徐祥．ＣＡＮ总线在煤矿监控数据采集系统中的应用［Ｊ］．工业控制计　算机，２００５，１８（８）：２０－２１．　［３］　吕当侠・ＣＡＮ总线的特点及应用［Ｊ］・航空与航天，２００５（３）：　ｃＡＮＨ１６—１８．　ＣＡＮＡＭＲ－－０ｘｆ；臌收屏蔽寄存器　ＣＡＮＡＣＲ＝Ｏｘ０１；臌收代码寄存器　［４］邬宽明．单片机外围器件实用手册ＥＭ］．北京：北京航空航天　ＣＡＮＬ大学出版社＇２０ｏ１．　（责任编辑：邱娅男）　第一作者简介：韩０３００２４．　丁，男，１９８１年４月生，现为太原理工大　学信息工程学院２００４级在读硕士研究生，山西省太原市，　图２　ＣＡＮ总线硬件原理示意图　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｎ　ｔｈｅ　ＣＡＮ　Ｂｕｓ　ｏｆ　Ｗｅｉｇｈｒｉｎｇ　ｌｎｓｔｒｍｎｅｎｔ　ｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　Ｍｅｔｅｒｉｎｇ　ＩＨＡＮＧ　Ｄｉｎｇ，Ｘｉｅ　Ｋｅ－ｍｉｎｇ，ＬＩ　Ｌｉ－ｈｏｎｇ　ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｃ。ｍｐａｒｅｓ　ｔｈｅ　ｌｅａｔｕｒｅｓ　ａｎｄ　ｆｕｎｃｔｉ。ｎｓ　ｏｆ　ＣＡＮ　ｂｕｓ　ｗｉｔｈ　ＲＳ一４８５，ｐｏｉｎｔｓ。ｕｔ　ｔｈｅ　ｉｍｐ。ｒｔａｎｃｅ。ｆ　ＣＡＮ　ｂｕｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ｗｅｉｇｈｔｉｎｇ　ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ，ａｎｄ　ｅｘｐ。ｕｎｄｓ　ｔｈｅ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃ。ｎｔｒｏｌｌｉｎｇ　ｐｍ　帅　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ＣＡＮ　ｂｕｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ｗｅｉｇｈｔｉｎｇ　ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ・　ＫＥＹ　ＷＯＲＤＳ：ＣＡＮ　ｂｕｓ；ＲＳ－－４８５；ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ；ｍｅｔｅｒｉｎｇ　ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ　２３９