CAN總線通信技術(shù)在洗煤廠皮帶綜合保護中的應用

0 引言

CAN(Controller Area Network)控制器局域網(wǎng)，主要應用在微控制器之間需要彼此通信的場合。設(shè)計以PIC18F248單片機(內(nèi)部集成CAN模塊)為主的控制器，以PCA82C250實現(xiàn)與外部CAN總線的物理連接，形成一個CAN通信節(jié)點，并將此應用到洗煤廠皮帶綜合保護控制系統(tǒng)中，取得了較好的控制效果。

1 內(nèi)嵌CAN控制器的PIC18F248單片機性能簡介

使用內(nèi)嵌CAN控制器的PIC18F248單片機構(gòu)建CAN通信網(wǎng)絡(luò)節(jié)點時，硬件設(shè)計簡單，軟件編制也容易許多，系統(tǒng)的抗電磁干擾能力大大增強，軟硬件設(shè)計也大大簡化，降低了成本。圖1是該單片機的引腳情況，其23、24引腳分別是其內(nèi)嵌CAN模塊的發(fā)送和接收引腳。

PIC18F248內(nèi)嵌的CAN模塊主要有如下特點：

1)能夠支持CAN2.0A、CA2N2.0B協(xié)議規(guī)范;2)數(shù)據(jù)信息支持標準幀和擴展幀;3)3個傳送信息緩沖器，2個接收信息緩沖器，6個有優(yōu)先級的接收過濾器。

2 應用系統(tǒng)中CAN通信部分的硬件電路設(shè)計

系統(tǒng)中CAN通信部分的硬件構(gòu)成部分主要由PIC18F248、PCA82C250、6N137器件構(gòu)成，圖2是其實際的電路連接情況。

三個器件構(gòu)成一個CAN總線通信節(jié)點，其中PIC18F248主要負責數(shù)據(jù)信息的收集、組織、發(fā)送和接收，保證節(jié)點之間的通信正常暢通;光電耦合器6N137實現(xiàn)外接總線和控制系統(tǒng)之間的完全電隔離，提高系統(tǒng)的抗電磁干擾能力。

3 CAN通信系統(tǒng)的軟件設(shè)計流程

系統(tǒng)中CAN節(jié)點通信部分的軟件設(shè)計主要就是初始化子程序、數(shù)據(jù)發(fā)送子程序、數(shù)據(jù)接收子程序。

程序初始化部分包含CAN模塊工作方式配置、設(shè)置屏蔽寄存器與接收濾波器、設(shè)置波特率參數(shù)、設(shè)置發(fā)送優(yōu)先級和設(shè)置中斷允許寄存器等。圖3是初始化子程序流程圖。

數(shù)據(jù)發(fā)送程序是由CAN控制器據(jù)總線協(xié)議自動完成的。其工作過程是先將發(fā)送緩沖器控制寄存器清零，然后將要發(fā)送的數(shù)據(jù)裝載到發(fā)送緩沖器中，在命令寄存器中將“發(fā)送請求標識位”激活，當檢測到總線可用時，器件自動開始發(fā)送數(shù)據(jù)。圖4是CAN節(jié)點數(shù)據(jù)發(fā)送程序流程圖。

數(shù)據(jù)接收程序也是由CAN控制器自動完成的，采用中斷方式接收數(shù)據(jù)。每當接收到一條信息時，該信息就會通過接收過濾器過濾，滿足條件的信息才送到接收緩沖器(RXBn)中，置位相應的接收中斷標志位(RXBnIF)并產(chǎn)生中斷;在接收數(shù)據(jù)中斷服務(wù)程序中，直接從接收緩沖器中將內(nèi)容取出并進行相應的處理即可。圖5是CAN節(jié)點數(shù)據(jù)接收程序流程圖。

4 皮帶綜合安全保護問題分析

皮帶綜合保護有如下部分構(gòu)成：主、副滾筒轉(zhuǎn)速，皮帶打滑、撕裂、跑偏、堆物、拉繩急停開關(guān)及其信息的綜合分析。主副滾筒轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)和打滑傳感器(安裝在皮帶上通過與皮帶摩擦而轉(zhuǎn)動的測速裝置)輸出的數(shù)據(jù)用于判斷皮帶運轉(zhuǎn)是否正常，當主副滾筒轉(zhuǎn)速在正常范圍內(nèi)，而打滑傳感器輸出不正常，可以判斷出皮帶打滑;撕裂、跑偏、堆物傳感器在出現(xiàn)故障時都是輸出開關(guān)量信號。

本系統(tǒng)中數(shù)據(jù)長度設(shè)置為8個字節(jié)，第一字節(jié)表示皮帶序號;主滾筒、副滾筒、皮帶打滑傳感器轉(zhuǎn)速分別使用一個字節(jié);撕裂、跑偏、堆物、拉繩急停占用四個字節(jié)，每一個傳感器節(jié)點占用一位，傳感器動作則相應位置1，這四個字節(jié)中空余的位和字節(jié)用來擴展測量點用。當任意一個節(jié)點上出現(xiàn)異常系統(tǒng)就向CAN總線上發(fā)送數(shù)據(jù)，每次發(fā)送8個字節(jié)的數(shù)據(jù)。當正常運行時每間隔1s也向CAN總線上發(fā)送8個字節(jié)的數(shù)據(jù)。

5 CAN通信配置程序

PIC18f248的CAN通信主要就是CAN模塊的配置，將CAN模塊的各個寄存器配置好后，需要發(fā)送數(shù)據(jù)時將發(fā)送緩沖器裝載好數(shù)據(jù)后，就可以直接請求發(fā)送;接收采用中斷方式接收數(shù)據(jù)，當PIR3bits.RXB0IF(注：此處使用接收緩沖器0)為1時表示緩沖器0接收到信息，由此引起中斷。以下是系統(tǒng)中CAN通信部分初始化子程序。

6 結(jié)束語

內(nèi)嵌CAN總線控制模塊的單片機PIC18F248組成的系統(tǒng)，在開發(fā)CAN總線通信時具有硬件結(jié)構(gòu)簡單、編程容易、系統(tǒng)抗電磁干擾能力強等優(yōu)點，在未來的工程應用中越來越受到重視。文章從硬件構(gòu)成和軟件編程兩方面對PIC18F248內(nèi)嵌的CAN模塊的使用進行了詳細的介紹;并將此應用到洗煤廠皮帶綜合保護應用系統(tǒng)中，取得了良好的通信效果，對CAN總線系統(tǒng)開發(fā)有一定的實際參考價值。