隨著國內煤炭、 冶金、 電力、 化工等行業的迅速發展, 對皮帶秤、 配料秤、 料鬥秤等多種工業計量裝置及其聯網係統的需求量日益增加。國內稱重行業目前普遍采用 RS- 485 來實現信號的傳輸。隨著對通信要求的提升, RS- 485 通信方式無完整的協議規約、 係統實時性差、 通訊可靠性低、 後期維護成本高、 傳輸距離不理想、 應用不靈活等缺點對監控網絡的延伸、 功能強化、 應用環境都有很大的影響。而 CAN 總線作為到目前為止唯一具有國際標準的現場總線技術, 其數據通信具有突出的優點, 可靠性高、 實時性強和靈活性好, 應用前景非常樂觀 [1 ] 。本文是基於智能稱重儀表 XK3108 的 CAN 總線整體設計, 以滿足大型工礦企業對配料稱等多種儀表提出的具有現場總線接口功能的需要, 實現儀表與上位機設備的優化通信, 將企業中的皮帶秤、 配料秤等多種計量衡器稱重相關數據送入企業網, 實現遠程數據采集和數據共享。
1  CAN 總線與 RS- 485 特點的比較
CAN 總線最早由德國 Bosch 公司推出, 由於其具有高性能、 高可靠性的優點及獨特的設計, 因此其應用範圍已向過程工業、 機械工業、 機器人、傳感器等領域拓展。 CAN 已經形成國際標準 [2 ] , 並被公認為是幾種最有前途的現場總線之一。 CAN 總線的優點為通信方式采用非破壞性仲裁技術,按優先級不同進行信號傳輸, 傳輸速率高, 距離遠, 易於管理。 RS-485 雖比RS-232 在傳輸距離和抗幹擾能力上有了長足的進步, 但它隻能構成主從式結構係統, 通信方式也隻能以主站輪詢的方式進行, 沒有自己的通信協議, 無故障定位和錯誤處理功能, 運行效率低, 高峰期易堵塞, 同時傳輸距離也同樣受到限製。
2  CAN 總線協議
根據 ISO/OSI 參考模型, CAN 總線協議分層如下:
( 1 ) 數據鏈路層 ( Data Link Layer ) 。又分為邏輯鏈路控製子層 ( LLC,Logical Link Control ) 和介質訪問控製子層 ( MAC,MediumAccess Control ) 。
邏輯鏈路控製子層 ( LLC ) 的作用是為遠程數據請求以及數據傳輸提供服務, 主要完成報文濾波、 過載通知以及恢複管理等工作。介質訪問控製子層 ( MAC ) 的作用主要是傳送規則, 控製幀的結構、 執行仲裁、 錯誤檢驗、 錯誤標定、 故障界定。
( 2 ) 物理層 ( Physical Layer ) 。 物理層的作用是在不同節點之間根據所有的電氣屬性進行位的實際傳輸, 涉及到位時間、 位編碼、 同步的解釋。
CAN 總線提供 4 種幀結構進行報文傳輸 [3 ] , 它們分別為帶有應用數據的數據幀、 向網絡請求數據的遠程幀、 能夠報告每個節點錯誤的出錯幀以及如果節點的接收器電路尚未準備好就會延遲傳輸的過載幀。在這4 種幀中, 又可以將一幀分為幾個部分, 每一部分負責不同的功能。
3 係統硬件設計
係統主要由國家重點新產品 XK3108 配料秤智能稱重儀表 ( 帶 CAN控製器) 、 皮帶秤智能稱重儀表 ( 帶 CAN 控製器) 、 CAN 總線、 上位機 ( 配有 CAN 適配器) 以及遠程管理計算機組成。各稱重儀表通過 CAN 總線將瞬時K8凯发登录入口、 累計K8凯发登录入口、 皮帶速度等相關數據送入上位機, 實現對現場儀表進行集中管理, 同時可由以太網進行遠程數據共享, 將相關數據送入管理層計算機。
微控製器選用美國模擬器件公司 ( ADI ) 的 ADuC845 , 該芯片集成ADI 公司精密數據轉換器、 可編程微控製器 ( MCU ) 和閃速存儲器, 它是一個快速可編程的 8 位單片機 [4 ] , 具有靈活的在線編程功能。 ADuC845具有看門狗電路、 電源監視等功能, 因此該係統可以在強電磁幹擾、 波動以及惡劣的環境下正常工作。微處理器 ADuC845 對 SJA1000 進行初始化後實現數據采集和數據傳輸。 CAN 控製器選用具有訪問優先權的獨立控製芯片 SJA1000 , 它是 Philips 公司生產的高度集成的通信控製器, 具有較強的抗幹擾能力和檢錯、 糾錯的能力, 在 SJA1000 硬件結構中, 包括為實現高性能串行網絡通信所必需的所有硬件。 CAN 收發器選用 Philips公司的 TJA1050 , 此芯片完全符合 ISO11898 標準, 能提供向總線差動發送能力和對 CAN 控製器的差動接收能力, 電磁抗幹擾能力極強, 電磁輻射極低。為了增強 CAN 總線節點的抗幹擾能力, SJA1000 的 TX0 和 RX0並不是直接與 TJA1050 的 TXD 和 RXD 相連 , 而是通過高速光耦 6N137後與 TJA1050 相連, 這樣就很好地實現了總線上各 CAN 節點間的電氣隔離, 光耦部分由兩個電源分別供電來實現電氣的完全隔離。 CANH 和CANL 與地之間並聯了兩個 C103 的小電容 , 可以起到濾除總線上的高頻幹擾和一定的防電磁輻射的作用。
4  CAN 總線軟件程序設計
CAN 總線軟件程序設計主要包括主程序 ( 係統初始化、 任務調度、 喂狗等) 、 SJAI000 初始化程序、 CAN 總線發送數據程序和 CAN 總線接收數據程序。 SJAI000 在複位模式下完成初始化, 主要設置工作方式、 接收濾波方式、 接收屏蔽寄存器 AMR 和接收代碼寄存器 ACR 、 波特率參數和中斷允許寄存器等。
SJA1000 初始化程序設置如下:
CANMOD=0x1; // 接收中斷和複位請求
CANCDR=0x8; // 選擇 CAN 模式
CANAMR=0xff; // 接收屏蔽寄存器
CANACR=0x01; // 接收代碼寄存器
CANBTR0=0x09; // 設置波特率
CANBTR1=0x1c; // 定時寄存器 1
CANOCR=0xaa; // 輸出控製寄存器
CANMOD=0x02 ; // 設置單濾波接收方式
CANCMR=0x0e；
5 結語
通過實驗得出 CAN 總線比 RS- 485 總線通信有明顯的優越性, 上位機處理事件更及時, 單個模塊出錯不能影響到整個係統, 抗幹擾性能也提高了許多。因此, CAN 總線有很好的推廣價值, 采用 CAN 總線技術的數據采集係統, 以其通信可靠、 抗幹擾性好、 傳輸距離遠的特點, 越來越受到人們的重視。

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