摘要：介紹了CAN總線技術及特點，提出了一種基于CAN總線的溫度測量節點的設計，該系統采用單片機技術和CAN總線技術實現，給出了溫度測量節點的硬件、軟件的設計。經實際應用，使用CAN總線的溫度測量節點在信號傳輸的實時性、可靠性、傳輸距離和測量精度有著顯著的提高。
關鍵詞：CAN總線；節點；CAN通信
0 引言
CAN是Controller Area Network的縮寫，即控制器局部網，通常稱為CAN bus(CAN總線)，是一種支持分布式控制的串行通信協議。CAN最初出現在汽車工業中，是20世紀80年代德國Boech公司為汽車的監控、控制系統而設計的，主要是解決汽車中的電子控制裝置之間的通信，減少不斷增加的信號線。CAN總線的直接通信距離最遠可以達到10 km，此時通信速率為5 kbps以下；而通信速率最高可達1 Mbps，此時通信距離長為40 m。同時CAN總線的通信媒介采用雙絞線或光纖，選擇靈活，其結構較簡單，總線接口芯片支持8位、16位的CPU。
由于CAN總線采用短幀結構，在標準格式中，短幀的字節數為8個，因此傳輸時間短，受干擾的概率低，重新發數據幀的時間短，并且每幀信息都有CBC校驗及其他檢錯措施，這樣可以保證極低的數據出錯率。CAN總線上的節點在錯誤嚴重時，可以自動關閉總線的功能，使總線上的其它操作不受到影響。由于CAN總線的數據通信具有卓越的特性及極高的可靠性，因而非常適合工業過程監控設備互連，也是最有前途的現場總線之一。由于CAN總線的特點，使得其廣泛地應用于電力、航空航天、治金、交通工具、機器人、醫療設備、環境監控和家用電器等眾多領域。本文提出基于CAN總線的溫度測量節點的設計。
1 系統總體結構設計
根據系統的設計要求，其總體設計結構如圖1所示。整個系統由主站節點、分布式溫度測量節點兩部分組成。由于基于CAN總線的溫度測量節點是一種分布式、實時的通信系統，可采用主從方式通信，其特點就是系統中任一節點設一為主站節點，其余均為從站節點，主站節點通過CAN總線與各個從站節點進行通信。我們只需設一個主站節點作為主監控器，以點對點方式進行通信，其余的從站均為各個溫度測量節點。各個節點都通過CAN總線實現信號數據的連接，各個溫度測量節點具有較強的獨立性，具有工作可靠性、性能穩定、測量精確、安裝調試方便、造價低廉等特點。
2 溫度測量節點的硬件電路設計
CAN總線溫度測量節點主要任務是溫度采集與CAN通信，其硬件結構框圖如圖2所示。硬件電路由微處理器STC89C52、總線控制器SJA10 00、總線驅動器PCA82CS0和傳感器DS18B20四個部份組成。微處理器負責對SJA1000和DS18B20進行初始化，通過總線控制器SJA1000實現數據的接收和發送等通信任務。
2．1 溫度傳感器DS18B20
DS18B20是美國DALLAS公司推出的第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器，該傳感器只需一個端口引腳進行通信，就可以實現多點分布的應用，具有低功耗、高性能、抗干擾強等優點。其傳感器的特性為：
(1)溫度測量范圍寬，能測到-55℃～125℃的溫度，在-10℃～+85℃時精度為正負0．5℃。
(2)提供9—12位的測量分辯率，對應的溫度精度分別為0．5℃、0．25℃、0．125℃和0．0625℃，實現了高精度的測量。
(3)接口方式獨特，僅需一條信號線就可以實現與微處理器的雙向通信。
(4)測量出的溫度能直接轉化成串行數字信號供CPU處理，同時還傳送CRC校驗碼，具有很強的抗干擾糾錯能力。
溫度傳感器的電路設計由單片機的引腳P3．5與傳感器DS18B20的DQ腳相連，實現微處理器與傳感器的雙向數據的通信。同時DQ單總線外接一4．7 k的上拉電阻。溫度傳感器的電路圖如圖3所示。
2．2 CAN通信電路的設計
CAN通信電路是整個系統實現通信的關鍵部分，系統中各個節點和節點控制器是通過CAN通信電路接入CAN總線網絡上的，實現信號數據的傳輸。CAN通信電路采用STC89C52處理器、PHILIPS公司的總線控制器SJA1000、NXP公司的總線收發器82C250和高速光電耦合器6N137等器件組成。在CAN通信電路中微處理器負責對SJA1000進行初始化，各信號通過CAN總線控制器實現信號數據的接收和發送等通信任務。同時為了增加CAN總線節點的抗干擾能力，更好地實現了總線上各CAN節點間的電氣隔離，SJA1000的TX和RX引腳通過連接光耦6N137后再與總線收發器PCA82C250相連，總線收發器82C250的TXD和RXD分別接光耦6N137的輸出OUT和輸入IN端，再通過具有差動發送和接收功能的總線終端CAN_H和CAN_L連接入總線電纜中，完成通信的傳輸。
3 溫度測量節點的軟件設計
溫度測量節點的軟件設計包括CAN總線初始化、發送子程序及中斷接收程序軟件設計和溫度傳感器DS18B20的程序設計。其節點流程圖如圖4所示。
3．1 CAN初始化程序
CAN初始化即初始化CAN節點。要保證通信正確可靠則必須先對控制器SJA1000進行初始化參數設置。初始化設置是通過微處理器對SJA1 000的寄存器進行初始化，這些初始化包括控制寄存器的配置、命令寄存器的配置、狀態寄存器的配置、中斷管理寄存器的設置、總線定時寄存器的配置、輸出控制寄存器的設置以及時鐘分頻寄存器的設置等。
系統上電后，對CAN初始化只有在復位模式下才可以開始，初始化設置完成后，CAN控制器就可以回到工作狀態，即進入工作模式，執行正常的通信任務。CAN控制器初始化流程圖如圖5所示。
3．2 CAN通信電路程序
CAN總線節點要完成通信任務則還必須包括發送子程序及中斷接收程序。發送子程序負責各節點報文的發送任務。發送時只需將待發送的數據信息按特定的格式組合成一幀報文，送入CAN控制器SJA1000的發送緩沖器中，啟動SJA1000發送即可完成發送報文任務。在向SJA1000發送緩沖器發送報文之前，可先做一些判斷，判斷其是否正在接收數據、先前發送是否成功以及發送緩沖器是否鎖定等等，以確保數據發送的可靠性。
中斷接收程序主要是負責節點報文的接收以及其它中斷情況的處理。當進入中斷后要進行是否有數據的判斷，以防干擾誤中斷。
3．3 溫度傳感器的程序設計
溫度測量節點電路上電后也要進行初始化設置，初始化完成后，溫度測量節點中的溫度傳感器對采集到的數據信息實時處理、現場數據實時顯示，并判斷采集的信息是否超過正常值，如出現異常，則報警提示并通過CAN通信電路進行通信。
4 結束語
本設計應用性很強，在實際應用中表明，其溫度測量的精度和穩定性都得到很好的提高，準確地反應了工作狀況和實際狀況，達到了預期目標。