基于CAN總線的智能控制器設計

2.4 系統(tǒng)數(shù)字信號輸出電路

針對此模塊設計，本設計包括4路數(shù)字量輸出，產生的數(shù)字信號由處理器產生頻率信號經(jīng)過主控芯片I/O輸出。對此本設計考慮到兩點：將產生的二進制0或1直接輸出到執(zhí)行器前，會受到外部干擾，此處采用了光電隔離處理，選用了H11A817A作為光電隔離器件，集電極輸出電流為50 mA;再者由于數(shù)字輸出口的驅動能力較低，所以在此選用高耐壓，大電流達林頓陣列，由7個硅NPN達林頓管組成的ULN2003AD，該器件電流增益高，灌電流可達500mA，工作電壓較大，具有較寬的溫度范圍，所以選取該器件來提高數(shù)字輸出端口的驅動能力。

該電路的工作原理：對于第一路數(shù)字量輸出來說，第一種情況若DO0端輸出電壓信號為低電平時，則H11A817A的發(fā)光二極管導通發(fā)光，致使光敏三極管端導通，輸出信號接在光敏三極管集電極，隔離后得到高電平信號。第二種情況若DO0端輸出高電平。光敏三極管不導通。最終得到低電平信號。

3 測試系統(tǒng)軟件設計

為了使系統(tǒng)實現(xiàn)需要的功能，還必須有軟件的支持。在此主要用C語言編寫單片機的軟件程序，軟件部分主要完成對傳感器信號A/D，D/A轉換處理，CAN總線的通信等工作。該控制器實現(xiàn)是通過微處理器把信號調理電路輸出的信號進行轉換，以便于進一步處理、傳輸?shù)?。所有功能都在這個主循環(huán)里面實現(xiàn)，只需調用這個主循環(huán)以外所定義的功能函數(shù)。根據(jù)不同的值執(zhí)行與之對應的處理程序，A/D，D/A在系統(tǒng)初始化后，啟動并不斷轉換采樣通道并根據(jù)采樣值不斷更新顯示，當有中斷發(fā)生時執(zhí)行中斷服務程序。

對于整個設計框架，主程序尤為重要，系統(tǒng)開啟時，主程序調用各個模塊的功能子函數(shù)進行初始化，主函數(shù)將各個子程序連接起來，處理各個事件，等到程序運行結束后，再還原系統(tǒng)環(huán)境。本系統(tǒng)的軟件部分主要包括：STM32自帶ADC寄存器設置，AD轉換程序，CAN通訊收發(fā)程序，DA轉換程序等。總流程如圖6所示。

4 通訊設計

制定iCAN協(xié)議的思路源于為中國中小型CAN應用網(wǎng)絡提供一種簡單、可靠、穩(wěn)定的應用層協(xié)議。在充分汲取了DeviceNet協(xié)議和 CANopen協(xié)議之精萃的基礎上，優(yōu)先保障通信數(shù)據(jù)的可靠性與實時性，以相對簡單的方式進行數(shù)據(jù)通信，從而有效降低了硬件實現(xiàn)成本，這就是iCAN協(xié)議的巨大優(yōu)勢。系統(tǒng)iCAN所具備的特點結構簡單，靈活構建、低成本，而且由于采用CAN總線還具有良好的可靠性和穩(wěn)定性，同時iCAN系統(tǒng)具有易于組態(tài)，安裝、運行、維護簡便的特點。

iCAN協(xié)議規(guī)范中，I/O數(shù)據(jù)單元分為7個不同的空間，占用0x00—0xdf數(shù)據(jù)空間：數(shù)字量輸入單元DI、數(shù)字量輸出單元DO、模擬量輸入單元 AI、模擬量輸出單元AO、串行接口0單元、串行接口1單元以及保留部分。iCAN協(xié)議中資源節(jié)點占用256字節(jié)空間：對于任意I/O數(shù)據(jù)需訪問指定資源節(jié)點地址，但對于配置資源中的IO配置單元要通過資源節(jié)點地址以及子地址的方式訪問，如圖7所示說明報文處理流程。

5 結論

本設計的CAN控制器具備運行速度快、體積、性能可靠、功耗低等特性，實現(xiàn)了工業(yè)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)輸出以及CAN控制器與上位機通訊等功能。在模擬量與數(shù)字量的采集基礎上，CAN控制節(jié)點上也有很大余量。本設計主要是針對當前工業(yè)控制的需求和現(xiàn)有工業(yè)設備接口單一、傳輸距離有限、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡化程度較低等多方面的缺點而開發(fā)設計的，設計出了這款接口種類多、體積小、可靠性高、易操作的新型CAN智能控制器設備。達到預期效果。采用 STM32F103RC平臺控制板進行軟件模擬測試，數(shù)據(jù)正常采集輸出。