基于CAN总线的监控系统设计

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1、摘要：鉴于目前基于RS-485通信的监控系统的一些问题，本文阐述了用微控制器P87C591和现场总线技术实现基于CAN总线的监控系统，还详细说明了RS-232与CAN总线转换器和基于CAN总线的云台控制器的硬件、软件的设计。通过分析得出该监控系统的特点，并指出其可推广应用于其它测控领域。关键词:　CAN总线；监控系统；协议转换；P87C5910引言   目前，大多数监控系统采用的是RS-485通信，以此实现监测、控制信号的传输；但是随着对通信要求的提升，其无完整的协议规约、系统的实时性差、通讯的可靠性低、后期维护成本高、

2、传输距离不理想、应用不灵活等缺点慢慢地暴露出来，这些都将对监控网络的延伸、功能强化、应用环境都会有所限制。CAN总线作为到目前为止惟一具有国际标准的现场总线技术，它的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。本文就此给出了一种基于CAN总线的监控系统，尤其适合应用于强干扰环境，并可推广嵌入应用于各种测控领域。1基于CAN总线的监控系统构成图1 基于CAN总线的监控系统构成   基于CAN总线的监控系统包括上位监控计算机、232-CAN网桥、基于CAN总线的云台控制器、云台及其中的CCD摄像机。在上位机安装视频解码板和视频

3、软件，用于输入显示视频信号。云台是一个固定摄像机的装置，有上、下、左、右旋转功能(通过控制两个电机的正反转来实现)。上位机的串行通信口与232-CAN网桥连接，232-CAN网桥与各个云台控制器构成总线各节点，通过双绞线组成总线型拓扑网络，如图1所示。232-CAN网桥将上位机输出的RS-232信号转换为CAN总线通信信号，信号通过CAN总线传输，以此实现上位机与各个基于CAN总线的云台控制器之间的通信，从而远程控制云台的动作及其中的CCD摄像机。这种系统构成与现有的基于RS-485的监控系统的组网方式相同，只是原来的2

4、32-485转换器被232-CAN网桥替代，原来的基于RS-485通信的云台控制器被基于CAN总线通信的云台控制器替代，这样可最大程度地保留现有监控网络设备，不改变网络布线，完成监控系统从RS-485向现场总线CAN的升级。2硬件电路设计2.1 232-CAN网桥硬件电路设计   232-CAN网桥由CAN总线通信控制电路和RS-232收发电路构成。CAN总线通信控制电路包括带CAN控制器的单片机、串行EERPOM、CAN总线驱动器、光电隔离模块和DC/DC隔离电源模块，如图2所示。图2  232-CAN网桥硬件示意图 

5、  图3为232-CAN网桥电路原理图。该网桥的微控制器采用带CAN控制器的单片机P87C591，其组合了MCS-51系列单片机和CAN控制器的功能，具有32个I/O口和1个I2C总线接口。芯片有PLCC44和QFP44两种封装，可根据需要选择。TXDC为片内CAN发送器输出脚，其接电阻R1后，再与光电耦合器件N1连接；RXDC为片内CAN接收器输入脚，其与光电耦合器件N2连接。     两个光电耦合器件N1、N2隔离输入、输出信号，DC/DC 隔离电源模块输出VDD和CGND为光电耦合器件及其隔离后的器件独立供电，使得

6、微控制器不直接与CAN总线驱动器TJA相连，并与总线完全隔离，增强CAN总线节点的抗干扰能力。CAN总线驱动器选用TJA1040(其本身具有限流、过热保护、自动关闭等功能)。TJA的5脚为共模稳压输出端，6脚和7脚为CAN电平输入、输出引脚，它们与地之间接电容C7、C8、C9以滤除总线上的高频干扰并具有一定的防电磁辐射的能力。瞬变电压抑制器(TVS)D6、D7可抑制瞬变电压干扰并防止浪涌电压对CAN总线驱动器的冲击；另外，在CAN总线驱动器与总线之间串接自恢复保险F4、F5，限制大电流通过；在连接总线端CANL和CANH

7、与地之间接一个气体放电防雷管GDT，通过其放电消耗脉冲幅值高、时间短、能量大的浪涌波，实现本地防雷击。为表述简洁，电路中的去耦电容没有画出。   TJA的8脚为工作模式控制引脚，若需要设置待机模式，可直接连接到微控制器的输出端口。为了简单，此处直接将其接地设为普通工作模式。R5、R6为终端匹配电阻，各为60Ω，这种分离终端的方法可以增强EMC性能；若在总线上如图1所示在两端各配置一个120Ω的电阻，则在各节点都不需要另加终端匹配电阻。     图3 232-CAN网桥电路原理图                      

8、                              单片机P87C591的I2C接口P1.6、P1.7引脚接具有I2C总线接口的串行可编程存储器EEPROM，此处选用AT24C02芯片，可用作备份数据，保存产品信息，协议控制，最主要是用作站点编址，进行地址管理。WDT为微控制器复位芯片，可选用MAX705等，