基于CAN總線的溫室測控系統(tǒng)的研究與設
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選擇一款合適的MCU是系統(tǒng)穩(wěn)定的重要保障。綜合功耗、性能和價格等各種因素的考慮，本系統(tǒng)采用Freescale公司的MC68S08QG8(以下簡稱為QG8)作為系統(tǒng)控制信號采集的芯片。MC68S08QG8單片機采用高性能、低功耗HCS08飛思卡爾8位微控制器為內核，是一款集成度高、結構緊湊、功能豐富、適用于各種場合的低價位單片機。MC68S08QG8除了提供Freescale豐富的外圍接口與HCS08內核卓越性能的多功能組合外，還包括更長的電池壽命(即使工作電壓低至1．8 V，也能發(fā)揮最大效能)、業(yè)界領先的Flash技術、3個通信接口(SCI、SPI和IIC)以及創(chuàng)新的開發(fā)支持等其他系列單片機不可比擬的優(yōu)勢。
智能節(jié)點中CAN控制器完成了CAN協(xié)議中數(shù)據(jù)鏈路層和物理層的所有功能，保證通信質量。本系統(tǒng)選用了一種獨立的CAN協(xié)議控制器——Microchip公司的MCP2515。MCP2515完全支持CAN V2．0B技術規(guī)范，MCP2515還包含3個發(fā)送緩沖器和2個接受緩沖器，減少了單片機的管理負擔。與傳統(tǒng)上使用的CAN控制器SJA1000相比較，它與MCU的連接是通過行業(yè)標準串行外設接口(SPI)來實現(xiàn)的，這樣可以減少芯片使用的引腳，簡化CAN總線的電路的連接，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性。
CAN總線收發(fā)器提供CAN控制器與物理總線之間的接口，是影響CAN總線網(wǎng)絡安全性、可靠性和電磁兼容性的主要因素。本系統(tǒng)采用Phlips公司的TJA1050作為總線收發(fā)器。TJA1050有兩種工作模式：高速和待機，其中待機模式可以防止由于CAN控制器失控而造成的網(wǎng)絡阻塞。并且在TJA1050中還設計了一個超時定時器，用以對TXD的低電壓(此時CAN總線上為顯性位)進行監(jiān)視。該功能可以避免由于系統(tǒng)硬件或者軟件故障而造成TXD端長時問為低電位時總線上所有其他節(jié)點也將無法通信的情況出現(xiàn)。這也是FJA1050與82C250相比較之后最大的改進地方。
2．2 智能節(jié)點硬件電路
智能節(jié)點最小系統(tǒng)硬件電路如圖3所示，主要的連接有以下3個方面：
1)QG8的SPI接口使用4條信號線：主機輸出低有效片選信號線
、主機輸出線SPSCK、主機輸出／從機輸入數(shù)據(jù)線MOSI以及主機輸入／從機輸出數(shù)據(jù)線MISO，分別于MCP2515的
、SCK、SI、SO引腳連接。QG8的
與MCP2515的中斷引腳
相連，可以通過中斷來提高系統(tǒng)實時性。
2)MCP2515的3個發(fā)送緩沖器TXBn請求發(fā)送引腳(4、5、6引腳)接到+5 V終端，兩個接收緩沖器RXBn中斷引腳(10、11引腳)空置。由于該測控系統(tǒng)對于環(huán)境的要求比較高，MCP2515的TxCAN和RxCAN并不是直接與SJA1050的TXD和RXD相連，而是通過6N137(高速光耦)后于SJA1050相連，這樣很好地實現(xiàn)了總線上各CAN節(jié)點的電氣隔離，進一步提高了該系統(tǒng)的抗干擾能力。不過需要特別注意的是，光耦部分電路的兩個VCC、VDD必須完全隔離，否則采用光耦也就失去了意義。電源的完全隔離可采用小功率電掾隔離模塊或帶多5 V隔離輸出地開關電源模塊實現(xiàn)。雖然這部分增加了接口電路的復雜性，但是卻提高了節(jié)點的穩(wěn)定性和安全性，從而也提高了測控系統(tǒng)的性能。
3)TJA1050的第8個引腳VREF是參考電壓，輸出可以空置。第5個引腳決定芯片的工作模式(高速和待機兩種模式)，圖中和地之間接47 kΩ的電阻進入高速模式(也是正常工作時的模式)。本系統(tǒng)在CANH和CANL總線輸入端與地之間分別接了一個SA28A(瞬態(tài)抑制二極管)，當兩輸入端與地之間出現(xiàn)瞬變干擾時，通過SA28A的放電可起到一定的保護作用。在CANH和CANL之間還接了一個120 Ω的終端電阻，可以在阻抗不連續(xù)時消除通信線路中產(chǎn)生的信號發(fā)射。
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