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基子CAN總線的分布式網(wǎng)架健康狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的設計
摘要：針對某網(wǎng)架安全監(jiān)測的需要設計了分布式健康狀態(tài)監(jiān)測系統(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)絡模塊的方案。詳細闡述了基于CAN總線控制器SJAl000的采集系統(tǒng)設計方案及具體的硬件電路設計，并解決了在軟件設計中容易碰到的問題。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風多發(fā)地帶，因此需要設計高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的健康狀況進行實時監(jiān)測，并對數(shù)據(jù)進行實時分析和評估。由于需要對網(wǎng)架上受力情況進行多點監(jiān)測，考慮到硬件集中控制擴展能力差且在現(xiàn)場施工有較大的布線困難，因此本系統(tǒng)采用目前廣泛應用的分布式系統(tǒng)設計方案，將各個控制單元分布在現(xiàn)場各采集點上。為了實現(xiàn)分布式系統(tǒng)的監(jiān)測與控制功能，需要建立良好的通訊方式，以完成系統(tǒng)主機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，其通信系統(tǒng)應具有良好的可靠性、適應性、可擴展性和簡單的連接方式，并能滿足長距離傳輸?shù)男枰�。由于此�?shù)據(jù)采集系統(tǒng)節(jié)點數(shù)多(100路)、對信號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)點只能有32個，在超過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”等問題不易解決，因此采用485總線顯然達不到設計要求。
相對于傳統(tǒng)的485總線來講，控制器局域網(wǎng)CAN(Controller Area Network)作為現(xiàn)場總線的一種，以其分時多主、非破壞性總線仲裁和自動檢錯重發(fā)等靈活、可靠的通信技術(shù)解決了485總線現(xiàn)場調(diào)試困難、開發(fā)周期長等問題[1]。尤其在較為艱苦的安裝環(huán)境中，其高效的現(xiàn)場調(diào)試性能顯得尤為實用。作為一種分散式、數(shù)字化、雙向多點、具有高速率高可靠性特點的通信系統(tǒng)，CAN可以構(gòu)建靈活的多主通訊機制，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。其自動進行數(shù)據(jù)編碼、CRC冗余校驗、出錯自動重發(fā)的功能保證了數(shù)據(jù)的準確率，某一節(jié)點嚴重出錯時能自動脫離總線保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，且其具有極強的帶負載能力，可驅(qū)動多達110個節(jié)點，可滿足本系統(tǒng)高速、精確、多負載的要求。
1 采集卡硬件電路的設計
1．1 CAN總線分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。本系統(tǒng)由上位監(jiān)控PC機、CAN總線適配卡和控制單元三部分組成。上位監(jiān)控PCs機采用IBM-PC兼容機，主要負責對系統(tǒng)數(shù)據(jù)的接收與管理、控制命令的發(fā)送以及各控制單元動態(tài)參數(shù)和設備狀態(tài)的實時顯示；CAN總線適配卡可以使PC機方便地連接到CAN總線上；控制單元以單片機為核心，主要負責對現(xiàn)場的環(huán)境參數(shù)和設備狀態(tài)進行監(jiān)測，對采集來的數(shù)據(jù)進行打包處理并將處理過的數(shù)字信號通過CAN通信控制器SJA1000送入CAN總線。
1．2 控制單元模塊設計及關(guān)鍵問題的解決
控制單元的主要功能是將現(xiàn)場采
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