1、 引言

隨著紡織工業(yè)技術(shù)進步,紡織機械日益趨向成套化、自動化和系統(tǒng)化。自動絡(luò)筒機是紡織工業(yè)上檔次的關(guān)鍵設(shè)備,起著承上啟下、改善紗線性能的重要作用,它是紡部的整理設(shè)備和織部的準(zhǔn)備設(shè)備,機電氣一體化,自動化程度高,速度快,生產(chǎn)效率高。自動絡(luò)筒機是一種具有高速、高產(chǎn)、高效、高質(zhì)和高自動化功能，并綜合了最新機械、電子、材料、儀表及計算機信息處理和控制等技術(shù)的機電一體化產(chǎn)品。自動絡(luò)筒機的出現(xiàn)，從根本上改變了普通絡(luò)筒機的面貌，其生產(chǎn)的筒子卷裝大，絡(luò)紗速度高，對紗線的絡(luò)紗全過程自動化控制程度和勞動生產(chǎn)率高，從而成為機械、電子、氣動、儀表和計算機信息處理相結(jié)合的高新技術(shù)產(chǎn)品。自動絡(luò)筒機是科技含量最高的紡織機械設(shè)備，有“紡織機械皇冠上的明珠”之稱。

CAN總線是一種有效支持分布式控制系統(tǒng)或?qū)崟r控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)，是一個多主總線，總線上的各個節(jié)點都有權(quán)隨時向其他節(jié)點發(fā)送信息，總線沖突時通過總線仲裁機制來決定占用總線的節(jié)點。CAN能夠使用多種物理介質(zhì)傳播，例如雙絞線、同軸電纜、光纖等。最常用的就是雙絞線。CAN總線描述的是 ISO/OSI七層協(xié)議中的第一層和第二層的高速協(xié)議。目前，CAN 總線的規(guī)范常見的是2.0A和2.0B版本。本自動絡(luò)筒機通信統(tǒng)中采用的是2.0B擴展幀，29位標(biāo)志符。

CAN中的信號包括幀起始、仲裁場、控制場、數(shù)據(jù)場、CRC 場、應(yīng)答場、幀結(jié)尾等部分。報文傳輸由數(shù)據(jù)幀、遠程幀、錯誤幀、過載幀、表示和控制。數(shù)據(jù)幀/遠程幀通過幀間空間相分隔。信號使用差分電壓傳送，兩條信號線被稱為“CAN_H”和“CAN_L”，靜態(tài)時均是2.5V左右，此時狀態(tài)表示為邏輯“1”，也可以叫做“隱性”。用CAN_H比CAN_L高表示邏輯 “0”，稱為“顯性”，此時，通常電壓值為：CAN_H = 3.5V 和CAN_L = 1.5V 。

2、基于SJA1000的自絡(luò)筒通信系統(tǒng)設(shè)計

2.1、SJA1000簡介

SJA1000是Philips公司生產(chǎn)的獨立CAN 總線控制器,它是早期的PCA82C200 的替代產(chǎn)品。它與 PCA82C200在管腳、電氣特性上完全兼容,不僅有 和PCA82C200一樣的基本CAN (BasicCAN)工作模式,而且新增加了增強CAN ( PeliCAN)工作模式,這種模式支持具有很多新特性的CAN2. 0B 協(xié)議。SJA1000是一種應(yīng)用于汽車和一般工業(yè)環(huán)境的獨立CAN總線控制器，經(jīng)過簡單總線連接可完成CAN總線的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的所有功能。其硬件與軟件設(shè)計和PCA82C200的基本CAN模式BasicCAN兼容。同時，新增加的增強CAN模式PeliCAN還可支持CAN2.0B協(xié)議。SJA1000的主要特性如下 ：1、管腳及電氣特性與獨立CAN總線控制器PCA82C200兼容 ;2、軟件與PCA82C200兼容(缺省為基本CAN模式);3、擴展接收緩沖器(64字節(jié)FIFO);4、支持CAN2.0B時支持11和29位標(biāo)識符;5、位通訊速率為1Mbits/s;6、增強CAN模式(PeliCAN);7、采用24MHz時鐘頻率;8、支持多種微處理器接口;9、可編程 CAN輸出驅(qū)動配置;10、工作溫度范圍為-40~+125℃。

2.2、CAN通信系統(tǒng)中硬件設(shè)計

CAN控制模塊主要由接口管理邏輯、發(fā)送緩沖器、接收緩沖器(RXFIFO)、接收過濾器、位流處理器 (BSP)、位時序邏輯 (BTL)和錯誤管理邏輯(EML)組成。

本項目中自動絡(luò)筒機控制系統(tǒng)中共有60個單錠，通過上位機來對各個單錠進行控制。

根據(jù)自動絡(luò)筒機通信系統(tǒng)的功能及要求，選SJA1000作為CAN控制器，并且使用了CAN控制器接口芯片PCA82C250，PCA82C250是 CAN協(xié)議控制器和物理總線之間的接口。此器件對總線提供差動發(fā)送能力，對CAN控制器提供差動接收能力。整個系統(tǒng)以Atmel AVR單片機Mega64L。ATMEL公司的AVR單片機，是增強型RISC內(nèi)載Flash的單片機，芯片上的Flash存儲器附在用戶的產(chǎn)品中，可隨時編程，再編程，使用戶的產(chǎn)品設(shè)計容易，更新?lián)Q代方便。AVR單片機采用增強的RISC結(jié)構(gòu) ，使其具有高速處理能力，在一個時鐘周期內(nèi)可執(zhí)行復(fù)雜的指令。本系統(tǒng)采用的AVR mega64L還具有：用32個通用工作寄存器代替累加器，從而可以避免傳統(tǒng)的累加器和存儲器之間的數(shù)據(jù)傳送造成的瓶頸現(xiàn)象;一個時鐘周期執(zhí)行一條指令;可直接訪問8M字節(jié)程序存儲器和8M字節(jié)數(shù)據(jù)存儲器寄存器等特點。因此，采用ATMEL公司生產(chǎn)的AVR位單片機Mega64L機作為控制系統(tǒng)的主控制器是十分理想的選擇。SJA1000在自絡(luò)筒通信系統(tǒng)中單錠的硬件配置與CAN總線接口的電路如圖 2示。硬件電路中使用 PCA82C250的目的是為了增大通信距離，提高系統(tǒng)的瞬間抗干擾能力，保護總線，降低射頻干擾，實現(xiàn)熱防護等。

SJA1000在電路中是一個總線接口芯片，實現(xiàn)從上位機PC-CAN接口到現(xiàn)場微處理器之間的數(shù)據(jù)通信。對于微處理器而言，SJA1000是一個總線接口，SJA1000片內(nèi)的存儲單元相對Mega64L來說是片外的數(shù)據(jù)存儲器，因此，可以按照擴展片外數(shù)據(jù)存儲器的形式來訪問SJA1000的寄存器地址。Mega64L是CAN控制器的微處理器，把Mega64L的ALE、RD、WR和 SJA1000的ALE、RD、WR相連就構(gòu)成一個最小系統(tǒng)節(jié)點。Mega64L通過地址總線經(jīng)GAL譯碼來選通 SJA1000，并由此決定CAN控制器各寄存器的地址，通過讀、寫外部數(shù)據(jù)存儲器的形式來訪問 SJA1000。在系統(tǒng)中我們將SJA1000的TX1腳懸空，RX1引腳接地，形成CAN協(xié)議所要求的電平邏輯。該電路的主要功能就是通過CAN總線接收來自上位機的數(shù)據(jù)進行分析組態(tài)，然后下傳給下位機的控制電路實現(xiàn)控制功能，當(dāng)智能控制系統(tǒng)接收到下位機的上傳數(shù)據(jù)，SJA1000的中斷輸出INT腳就會被激活，出現(xiàn)一個由高電平到低電平的躍變，產(chǎn)生一個中斷，從而引發(fā)微處理器Mega64L產(chǎn)生中斷，通過中斷處理程序接收每一幀信息并通過CAN總線上傳給上位機進行分析，以便及時糾正誤碼、錯碼。

在進行電路設(shè)計時需注意：為進一步提高系統(tǒng)抗干擾能力，在CAN控制器SJA1000和CAN控制器接口PCA82C250之間加接6N137光電隔離芯片，并采用DC-DC變換器隔離電源;通信信號傳輸?shù)綄?dǎo)線的端點時會發(fā)生反射，反射信號會干擾正常信號的傳輸，因而總線兩端兩個124歐姆電阻對匹配總線阻抗起著相當(dāng)重要的作用，忽略掉它們，會使數(shù)據(jù)通信的抗干擾性和可靠性大大降低，甚至無法通信;PCA82C250第8腳與地之間的電阻RS稱為斜率電阻，它的取值決定了系統(tǒng)處于高速工作方式還是斜率控制方式。把該引腳直接與地相連，系統(tǒng)將處于高速工作方式。在這種方式下，為避免射頻干擾，建議使用屏蔽電纜作總線;而在波特率較低、總線較短時，一般采用斜率控制方式，上升和下降的斜率取決于RS的阻值。