多節(jié)點(diǎn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的硬件接口設(shè)計(jì)和相應(yīng)的軟件設(shè)計(jì)

　針對(duì)在測(cè)量環(huán)境較差的場(chǎng)合中，要求測(cè)量系統(tǒng)體積小，數(shù)據(jù)處理性能高且遠(yuǎn)程傳輸穩(wěn)定的問(wèn)題，提出了利用DSP 和CAN總線技術(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集傳輸?shù)姆桨?。系統(tǒng)通過(guò)CAN 控制器進(jìn)行遠(yuǎn)程多節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)傳輸，與上位機(jī)采用DSP 的SCI串口進(jìn)行通信。介紹了系統(tǒng)的硬件接口設(shè)計(jì)和相應(yīng)的軟件設(shè)計(jì)。經(jīng)測(cè)試，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高效穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸處理，具有很高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
　　1 　引言
　　控制局域網(wǎng)CAN屬于現(xiàn)場(chǎng)總線范圍，是德國(guó)Bosch 公司從20 世紀(jì)80 年代初為解決現(xiàn)代汽車中眾多的控制與測(cè)試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開(kāi)發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議，它是一種多主總線，通信介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜或光導(dǎo)纖維，通信速度可達(dá)1 M bit/ s. CAN 協(xié)議的最大特點(diǎn)是廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼，而對(duì)通信數(shù)據(jù)塊進(jìn)行編碼。采用這種方法的優(yōu)點(diǎn)可使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)在理論上不受限制，數(shù)據(jù)塊的標(biāo)識(shí)碼可由11 位或29 位二進(jìn)制數(shù)組成，因此可以定義211或229個(gè)不同的數(shù)據(jù)塊，這種按數(shù)據(jù)塊編碼的方式，還可使不同的節(jié)點(diǎn)同時(shí)接收到相同的數(shù)據(jù)，這一點(diǎn)在分布式控制系統(tǒng)中非常有用。
　　2 　系統(tǒng)設(shè)計(jì)
　　在很多野外或測(cè)量環(huán)境比較差的地方，需要采用體積小，數(shù)據(jù)處理性能高，并且遠(yuǎn)程傳輸穩(wěn)定的數(shù)據(jù)處理傳輸系統(tǒng)。針對(duì)這種要求，設(shè)計(jì)了多節(jié)點(diǎn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)。在遠(yuǎn)端將要檢測(cè)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集送到DSP進(jìn)行處理，通過(guò)DSP的CAN控制接口，將各節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)紺AN 總線上，然后用DSP 的串行通信口與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和控制操作。
　　系統(tǒng)采用了DSP 作為微處理器，充分利用DSP 器件的體積小，功耗低，數(shù)據(jù)處理功能強(qiáng)大的優(yōu)點(diǎn);同時(shí)采用CAN 總線來(lái)傳輸數(shù)據(jù)，不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單（只有2 根線與外部連接） ，傳輸穩(wěn)定性高而且傳輸距離遠(yuǎn)，尤其是可對(duì)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各個(gè)節(jié)點(diǎn)通信數(shù)據(jù)塊進(jìn)行獨(dú)立編碼，加大了數(shù)據(jù)接收的靈活性，擴(kuò)展了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)。系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集處理同時(shí)，可以方便地與當(dāng)?shù)豍C 利用DSP 的SCI串行口進(jìn)行通信?；谝陨蟽?yōu)點(diǎn)的方案設(shè)計(jì)解決了在很多工作環(huán)境惡劣，檢測(cè)點(diǎn)較多的場(chǎng)合下的數(shù)據(jù)處理傳輸問(wèn)題。
　　美國(guó)德州儀器（TI） 公司的DSP24xx 系列是TI 公司推出的低價(jià)格高性能的16 位定點(diǎn)DSP 芯片，是專為數(shù)字電機(jī)控制和其他控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)的芯片。選用了TMS320LF2407 芯片作為數(shù)據(jù)處理芯片，與上位PC 機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。TMS320LF2407 自帶CAN控制器（符合CAN 總線210 協(xié)議） ，且可以通過(guò)設(shè)置內(nèi)部寄存器的自測(cè)試位來(lái)實(shí)現(xiàn)CAN 控制器的自發(fā)自收功能，為調(diào)試CAN 通訊的下位機(jī)提供了方便?；谛酒拇斯δ苣K，硬件設(shè)計(jì)只要通過(guò)CAN 驅(qū)動(dòng)器（電平轉(zhuǎn)換） 接到CAN 總線上，就可以與其他CAN 節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通訊。DSP與上位機(jī)通信部分可以通過(guò)SCI 異步串行通信口來(lái)實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。
　　
　　圖1 　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
　　3 　硬件設(shè)計(jì)
　　采用的DSP 芯片自帶了CAN 控制器模塊和SCI 串行通信口，但是在系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)的連接和與PC 機(jī)通信上存在電平驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換的問(wèn)題。
　　CAN 驅(qū)動(dòng)芯片采用TI 公司的UC5350 驅(qū)動(dòng)芯片。UC5350控制器區(qū)域網(wǎng)轉(zhuǎn)換器專為采用CAN 通信的工業(yè)應(yīng)用而設(shè)計(jì)，具有最高可達(dá)1 M bit/ s 的高速收發(fā)特性，并且至少可以連接110 個(gè)節(jié)點(diǎn)。圖2 為UC5350 與TMSLF2407 芯片的硬件連接圖。
　　需要注意的是，在CAN 傳輸網(wǎng)絡(luò)的兩個(gè)終端CAN 節(jié)點(diǎn)上，節(jié)點(diǎn)的CANH和CANL 兩根信號(hào)線之間一定要跨接1個(gè)120 Ω的電阻R2 ，這是為了消除傳輸中的回流干擾問(wèn)題。
　　
　　圖2 　CAN 驅(qū)動(dòng)硬件圖
　　DSP 與上位機(jī)的通信部分，采用TMS320LF2407 的SCI 異步串口來(lái)完成。由于TMS320LF2407 的串行口輸入輸出均為TTL電平，而IBM- PC 機(jī)的串行口是按RS - 232 - C 標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的，必須經(jīng)過(guò)電平轉(zhuǎn)換才能實(shí)現(xiàn)兩者之間的通信。設(shè)計(jì)中采用了符合RS - 232 標(biāo)準(zhǔn)的驅(qū)動(dòng)芯片MAX232 進(jìn)行電平之間的轉(zhuǎn)換。圖3 為DSP 與PC 串口之間的接口硬件圖。