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)-設(shè)計(jì)應(yīng)用

精品文檔-下載后可編輯基于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)-設(shè)計(jì)應(yīng)用前言

隨著自動化程度的提高和信息的網(wǎng)絡(luò)化進(jìn)程，所需要的測控點(diǎn)和測控參量越來越多，使得一個(gè)自動控制系統(tǒng)日益龐大而復(fù)雜。對于一個(gè)系統(tǒng)來說，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)場總線則是很關(guān)鍵的?，F(xiàn)場總線是開放型控制系統(tǒng)，是用于現(xiàn)場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)對點(diǎn)，一點(diǎn)對多點(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)先級低的節(jié)點(diǎn)主動停止發(fā)送數(shù)據(jù)，而優(yōu)先級高的節(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，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)，且無主、從機(jī)之分，每個(gè)節(jié)點(diǎn)均主動發(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)TXB13字節(jié)長存儲器，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）接收過濾器ACF對接收到的信息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PHILIPSSJA1000，單片機(jī)采用89C51，主要完成信號的采集和對信號的預(yù)處理，并把經(jīng)過處理的數(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)動總線差動接收或發(fā)送?？紤]到現(xiàn)場有各種各樣的干擾，在CAN控制器和驅(qū)動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)采集和對執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制功能。對CAN控制器的初始化，對各個(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，#0BH04H為ACR寄存器地址00H為CR寄存器的地址

MOVDPTR，#8000H

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

MOVDPTR，#8004H

MOVA，#02H

MO@DPTR，A

INCDPTR05H為AMR寄存器地址。設(shè)為全部收

MOVA，#FFH

MO@DPTR，A

INCDPTR

MOVA，#01H06H為BTR0的寄存器地址

MO@DPTR，A

INCDPTR

MOVA，#FFH07H為BTRl的寄存器地址，寫B(tài)TR0和BTRl，波特率設(shè)為160K

MO@DPTR，A

INCDPTR

MOVA，#0AH08H為OCR寄存器地址，SJAl000采用正常模式輸出

MO@DPTR，A

MOVA，#OFH

MOVDPTR，#801FH1FH為CDR寄存器地址，使微控制器與SJAl000的時(shí)鐘相同

MO@DPTR，A

MOVA，#0AH

MOVDPTR，#8000H

MO@DPTR，A寫CR寄存器使SJAl000進(jìn)入工作模式

RET

5、結(jié)語