基于CAN總線汽車(chē)加速度信息采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）

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1、貴陽(yáng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于CAN總線汽車(chē)加速度信息采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué) 院：機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè)：汽車(chē)服務(wù)工程 班 級(jí)：11級(jí)汽車(chē)服務(wù) 學(xué) 號(hào)：111400401063 學(xué)生姓名：劉逍 指導(dǎo)老師：丁小可 2015年6月1日 基于CAN總線汽車(chē)加速度信息采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2、 摘 要 隨著通訊技術(shù).計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展,CAN總線技術(shù)隨之應(yīng)運(yùn)產(chǎn)生,推動(dòng)了測(cè)控領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)化進(jìn)程,CAN總線.屬于現(xiàn)場(chǎng)總線的范疇,CAN總線以其基礎(chǔ)構(gòu)成的分布式網(wǎng)絡(luò)方便.低成本實(shí)現(xiàn)了工程實(shí)際要求,已經(jīng)逐漸成為了當(dāng)今自動(dòng)化領(lǐng)域發(fā)展的熱點(diǎn)之一。本文用CAN總線技術(shù)對(duì)汽車(chē)加速度進(jìn)行研究,討論了汽車(chē)加速度變化所帶來(lái)的變化。繼而可以理解和使用CAN總線的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)所在,并敘述了光電檢測(cè)技術(shù)特點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)。而后,針對(duì)本文所選用的現(xiàn)場(chǎng)總線——CAN總線進(jìn)行了研究討論,論述了CAN總線的工作原理并針對(duì)CAN總線的性能特點(diǎn)詳細(xì)分析了其分層結(jié)構(gòu)協(xié)議和數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)。針對(duì)光電檢測(cè)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì),本文設(shè)計(jì)了一種基

3、于CAN總線汽車(chē)加速度的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),以CAN總線作為通信總線,采用了以DSP芯片TMS320F2812為主控制器,外接刀D轉(zhuǎn)換芯片AD977A進(jìn)行數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換,并通過(guò)CAN總線將數(shù)據(jù)傳輸至顯示器。軟件采用TI公司開(kāi)發(fā)的CCS作為開(kāi)發(fā)環(huán)境,軟件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)方法完成了各個(gè)子模塊的設(shè)計(jì),通過(guò)對(duì)主程序的仔細(xì)分析與設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了各個(gè)任務(wù)的合理調(diào)度,達(dá)到了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求.嵌入式工控機(jī)顯示界面采用MCGS組態(tài)軟件編寫(xiě),用以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理和顯示。該系統(tǒng)通用性好.可靠性高.傳輸速率快.操作方便,具有較好的應(yīng)用前景。 關(guān)鍵詞: CAN總線、數(shù)據(jù)采集、汽車(chē)加速度、單片機(jī)。

4、 Abstract With the development of communication technology The development of computer technology, can bus technology will be shipped to produce, promote the process of network in the field of measurement and control, can bus. Belongs to the category of field bus, can bus as a new bus technology,

5、which has a high performance。The characteristics of high reliability, convenient bus at the base of the distributed network. Low cost to realize the practical requirements of the project, has gradually become the one of the hot topics in the automation domain today "in this paper, by CAN Bus Technol

6、ogy on vehicle speed research, discusses the changes in the vehicle acceleration changes brought about by the.Then we canunderstand and use the CANbus characteristicsand advantages,and describes thecharacteristics and development trend ofphotoelectric detection technology"and then,in the field busby

7、aCAN busresearchdiscussion,discusses the working principle ofCAN busand theCAN buscananalyze the characteristics ofthehierarchical structure forthedevelopment trend ofthe fieldof photoelectric detectionprotocol anddata frame structure this paper designs adata acquisition system ofCAN busbased on acc

8、eleration,the CAN bus as the communicationbus,using DSPchip TMS320F2812 as themain controller,the externalcutter Dconversion chipAD977A for data acquisition and conversion,andtransmits the datato the displayby-CAN bus."Software using CCS of TI company development as a development environment, softwa

9、re design using modular design method to complete the design of each sub module, through careful analysis and design of the main program, realize the reasonable scheduling of each task, meets the system design requirements. embedded industrial computer display interface using MCGS configuration soft

10、ware written to realize the data processing and display "the system has good universality! High reliability! Fast transmission speed, convenient operation, with good prospects of application。 Keywords:CAN- bus. data acquisition.automobile acceleration。 目 錄 基于CAN總線汽車(chē)加速度信息采集系統(tǒng)

11、設(shè)計(jì) I 摘 要 I Abstract II 目 錄 III 第1章 緒論 5 1.1什么是CAN總線 5 1.2 CAN總線的產(chǎn)生與發(fā)展 5 1.2.1 CAN總線的產(chǎn)生背景 5 1.2.2 CAN總線的發(fā)展過(guò)程 5 1.3 CAN總線的特點(diǎn) 6 1.4 CAN總線的優(yōu)點(diǎn) 6 1.5 光電檢測(cè)領(lǐng)域 7 1.5.1光電檢測(cè)的特點(diǎn) 7 1.5.2光電檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 8 1.6 本文的主要研究?jī)?nèi)容 8 第2章 CAN總線技術(shù) 9 2.1 CAN總線介紹 9 2.2 CAN總線的基本工作原理 9 2.3 CAN總線的特點(diǎn) 9 2.4 CAN協(xié)議分析 10

12、 2.4.1CAN協(xié)議的分層結(jié)構(gòu) 10 2.4.2報(bào)文傳輸及其幀結(jié)構(gòu) 12 第3章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 15 3.1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)整體框架 15 3.2 DSP系統(tǒng)及外圍電路設(shè)計(jì) 15 3.2.1 TMS320F28-2功能介紹 15 3.3電源模塊設(shè)計(jì) 17 3.4信號(hào)變換電路 18 3.5信號(hào)放大電路 18 3.6信號(hào)采集電路 20 3.7 CAN總線接口電路 20 第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 22 4.1汽車(chē)加速度數(shù)據(jù)采集模塊軟件設(shè)計(jì) 22 4.2汽車(chē)加速度的CAN總線通信軟件設(shè)計(jì) 23 4.2.1汽車(chē)加速度數(shù)據(jù)的發(fā)送和接受 23 4.3 CAN總線在汽車(chē)加速度信息采集

13、的設(shè)計(jì)電路圖 24 4.4汽車(chē)加速度信息采集電路設(shè)計(jì) 25 第5章 抗干擾措施和系統(tǒng)調(diào)試 26 5.1硬件抗干擾措施 26 5.1.1電路的抗干擾設(shè)計(jì) 26 5.1.2電源部分的抗干擾設(shè)計(jì) 27 第6章 結(jié)論 28 參考文獻(xiàn) 29 II 第1章 緒論 1.1什么是CAN總線 CAN總線,總的說(shuō)來(lái)它其實(shí)就是由現(xiàn)場(chǎng)總線的局限性，不能滿足一些自動(dòng)化領(lǐng)域的技術(shù)所產(chǎn)生的一種技術(shù),它主要是作用于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間、和控制裝置之間實(shí)行雙向、串行、多節(jié)、數(shù)字通信的技術(shù)。整體來(lái)說(shuō)它不僅僅是一種通信技術(shù),也不僅是用數(shù)字儀表代替模擬儀表,而是一種采用新型的CAN總線控制系統(tǒng)FCS來(lái)替換其

14、他傳統(tǒng)的集散控制系統(tǒng)DCS來(lái)實(shí)現(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)和控制系統(tǒng)的集成。CAN總線在當(dāng)今的自動(dòng)化領(lǐng)域發(fā)展是十分的迅速,被譽(yù)為自動(dòng)化領(lǐng)域計(jì)算機(jī)局域網(wǎng),這是因?yàn)樽鳛楣I(yè)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ),具備其他技術(shù)所不具備的先決條件。這項(xiàng)以智能傳感、控制、計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)通信相結(jié)合的綜合性技術(shù),己得到世界范圍的認(rèn)可。因而CAN總線變成自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的大熱門(mén),并會(huì)使得自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)快速發(fā)展。 1.2 CAN總線的產(chǎn)生與發(fā)展 1.2.1 CAN總線的產(chǎn)生背景 CAN總線的產(chǎn)生背景、很久一段時(shí)間以來(lái)。計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)傳輸都在用RS232等的標(biāo)準(zhǔn),盡管它們一直都有人應(yīng)用,但卻一直存在很多問(wèn)題。比如通訊速率慢只能點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸,根本無(wú)法

15、支持更高級(jí)的計(jì)算機(jī)之間的功能操作等缺點(diǎn)。還有在復(fù)雜或大規(guī)模的應(yīng)用中需要使用大量的傳感器.執(zhí)行器和控制器等,但是如果采用新的的LAN組件及環(huán)型或總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),雖然可以減少電纜長(zhǎng)度,但是增加的LAN介質(zhì)及相關(guān)硬件和軟件又使其系統(tǒng)造價(jià)與新型系統(tǒng)差不多。所以在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的底層上的確需要設(shè)計(jì)出一種造價(jià)低廉而又能適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)惡劣環(huán)境的通信系統(tǒng),CAN總線就是在這種情況下出現(xiàn)的。 1.2.2 CAN總線的發(fā)展過(guò)程 CAN總線是20世紀(jì)后期的時(shí)候在國(guó)際上才發(fā)展起來(lái)的,它在先前的模擬儀表的基礎(chǔ)上加上了計(jì)算功能的微處理器芯片,在輸出的直流信號(hào)上插入了數(shù)字信號(hào),使得現(xiàn)基于CAN總線的數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)場(chǎng)裝置

16、與控制室裝置之間的連接由模擬信號(hào)轉(zhuǎn)過(guò)到了數(shù)字信號(hào)。在此前提上,美國(guó)Rosemount公司研制出了自機(jī)HART數(shù)字通信協(xié)議。始于1986年在Montrea的IEC技術(shù)委員會(huì)Te65C會(huì)議上決定由prowayWorkingGroup小組負(fù)責(zé)此項(xiàng)工作。這個(gè)小組在1986年到1987這兩年期間年公布了一組CAN總線的功能需求。而在此時(shí)其他一些國(guó)際機(jī)構(gòu)或?qū)嵙Τ霰姷墓疽查_(kāi)始了這項(xiàng)工作。 1.3 CAN總線的特點(diǎn) CAN總線控制系統(tǒng)具有很多其他通信網(wǎng)絡(luò)所不具備的有點(diǎn),除此之外還是一個(gè)全分布式的控制系統(tǒng)其主要的特點(diǎn)如下幾點(diǎn)； （1）低成本； （2）極高的總線利用率； （3）很遠(yuǎn)的

17、數(shù)據(jù)傳輸距離(長(zhǎng)達(dá)10Km)； （4）高速的數(shù)據(jù)傳輸速率（高達(dá)1Mbit/s）； （5）可根據(jù)報(bào)文的ID決定接收或屏蔽該報(bào)文； （6）可靠的錯(cuò)誤處理和檢錯(cuò)機(jī)制； （7）發(fā)送的信息遭到破壞后，可自動(dòng)重發(fā)； （8）節(jié)點(diǎn)在發(fā)生錯(cuò)誤且情況很?chē)?yán)重的情況下具有自動(dòng)退出總線的功能； 因此它是一項(xiàng)以智能傳感器、控制、計(jì)算機(jī)、數(shù)字通信、網(wǎng)絡(luò)為主要內(nèi)容的綜合性技術(shù)。其主要的技術(shù)特點(diǎn)如下： (1) CAN總線的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具有高度的分散性、它是一種全新的分布式控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu),正因?yàn)槿绱诉@極大地簡(jiǎn)單化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)便于使用。 (2)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的適應(yīng)性CAN總線支持雙絞線、同軸

18、電纜、光纜、射頻、紅外線、電力線等,具有特別厲害的抗干擾能力,可以采用兩線制實(shí)現(xiàn)供電和通信這兩項(xiàng)技能,并可以滿足安全防爆的要求。由于CAN總線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,所以不要使用DCS系統(tǒng)的信號(hào)調(diào)理，轉(zhuǎn)換隔離等功能單元和其他復(fù)雜的接線,節(jié)省了硬件數(shù)量和投資簡(jiǎn)單的連線設(shè)計(jì),節(jié)省了安裝費(fèi)用。設(shè)備具有自診斷與簡(jiǎn)單處理故障的能力,極大的減少了維護(hù)工作量。設(shè)備的互換性，智能化，大大提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和可靠性,而且還它還具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,易于重新構(gòu)造等優(yōu)點(diǎn)。 1.4 CAN總線的優(yōu)點(diǎn) (l)CAN總線具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、抗電磁干擾能力強(qiáng)、成本低和傳輸距離較遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)。采用雙線串行通信方式，檢錯(cuò)能力強(qiáng)，可以在高噪聲干擾環(huán)境中工作

19、。具有優(yōu)先權(quán)和仲裁功能，多個(gè)控制模塊通過(guò)CAN控制器接到其上面，形成多主機(jī)局部網(wǎng)絡(luò)。可根據(jù)報(bào)文的ID決定接收或屏蔽該報(bào)文.可靠的錯(cuò)誤處理和檢錯(cuò)機(jī)制.發(fā)送的信息遭到破壞后，可自動(dòng)重發(fā)。 (2)節(jié)省安裝費(fèi)用.CAN總線系統(tǒng)的接線方式其實(shí)是十分簡(jiǎn)單,容易操作的，由于一對(duì)雙絞線或者是一條電纜上通?？蓲旖佣鄠€(gè)設(shè)備,因而電纜、端子、槽盒、橋架的用量可以大大的減少,連線設(shè)計(jì)與接頭校對(duì)的工作量也大大減少"當(dāng)我們需要增加現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備時(shí),根本就不需要增設(shè)新的電纜,我們可以就近連接在原有的電纜上,不但大大的節(jié)省了投資,而且還減少了設(shè)計(jì).安裝的工作量。 (4)根據(jù)CAN總線設(shè)備的智能化.數(shù)字化來(lái)看，它從根本上提高

20、了測(cè)量與控制的準(zhǔn)確度,減少了傳送誤差。與此同時(shí),由于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化,使得設(shè)備極大的減少,設(shè)備也減少一些，現(xiàn)場(chǎng)儀表的功能加強(qiáng),提高了系統(tǒng)的工作可靠性.除此此外,由于它的設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化和功能模塊化,因而還具有設(shè)計(jì)通熟易懂,易于運(yùn)用等優(yōu)點(diǎn)。 1.5 光電檢測(cè)領(lǐng)域 光電檢測(cè)技術(shù)是一門(mén)新興的檢測(cè)技術(shù)。與其他技術(shù)運(yùn)營(yíng)相比這門(mén)技術(shù)其實(shí)就是充分利用電子技術(shù)對(duì)光學(xué)信息進(jìn)行分析、檢測(cè)并下一步的傳遞、儲(chǔ)存、計(jì)算、控制和顯示等。 1.5.1光電檢測(cè)的特點(diǎn) 光電檢測(cè)技術(shù)其實(shí)很簡(jiǎn)單的，就是將光學(xué)技術(shù)與電子技術(shù)相結(jié)合實(shí)現(xiàn)對(duì)各種量的測(cè)量,它具有如下這幾點(diǎn)特點(diǎn)。 (l)高精度、光電檢測(cè)的精度是將所有檢測(cè)技術(shù)中精度最高的一

21、種。 (2)遠(yuǎn)距離大量程、光是最便于遠(yuǎn)距離傳播的介質(zhì),特別適用于遙測(cè)和遙控,例如光電跟蹤、武器制導(dǎo)、電視遙測(cè)等。 (3)壽命長(zhǎng).其實(shí)在理論上光的傳播是用不會(huì)有任何的磨損的,只要復(fù)現(xiàn)性做得好,那么我們就可以認(rèn)為它可以長(zhǎng)久的使用。 （4)具有超強(qiáng)的信息處理和運(yùn)算能力,可以將及其錯(cuò)綜復(fù)雜信息并行處理，而且當(dāng)我 們用光電方法還可以便于信息的控制和存儲(chǔ),易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化,易于與計(jì)算機(jī)連接,易于實(shí)現(xiàn)智能化等.真的是不得了啊。 1.5.2光電檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)是現(xiàn)代一切科技和當(dāng)代工業(yè)部門(mén)能正常運(yùn)轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)之一。光電檢測(cè)技術(shù)不但是是現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)中的中及其重要組成部分

22、,而且隨著發(fā)展其重要性也是越來(lái)越有明顯的體現(xiàn).其表現(xiàn)在以下方面： (l)發(fā)展納米、因?yàn)榧{米高精度的光電檢測(cè)是現(xiàn)在的新技術(shù)。 (2)發(fā)展小型的、快速的微型光機(jī)電檢測(cè)系統(tǒng)。 (3)非接觸、快速在線測(cè)量。用來(lái)以滿足快速增長(zhǎng)的商品經(jīng)濟(jì)的需要。 (4)要努力向人們無(wú)法觸及的領(lǐng)域發(fā)展，這樣才會(huì)取得更大的進(jìn)步。 隨著現(xiàn)代微處理器技術(shù)的發(fā)展,作為機(jī)器人的視覺(jué)系統(tǒng)已經(jīng)被人們提到議事日程上,它直接影響著機(jī)器人的發(fā)展和完善。 1.6 本文的主要研究?jī)?nèi)容 針對(duì)當(dāng)代汽車(chē)的發(fā)展趨勢(shì),本文設(shè)計(jì)了一種基于CAN總線的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),并將其應(yīng)用于汽車(chē)的加速度測(cè)量中由于在汽車(chē)各個(gè)部件中

23、,有著各種各樣的干擾源以及不可預(yù)見(jiàn)的情況發(fā)生。因此要求整個(gè)系統(tǒng)都必須具有很高的抗干擾能力和糾錯(cuò)能力,同時(shí)還需要對(duì)各種模擬與數(shù)字信號(hào)進(jìn)行及時(shí)的傳輸,并且對(duì)傳感器發(fā)出的命令與數(shù)據(jù)做到實(shí)時(shí)的響應(yīng)"這就要求被選擇的總線標(biāo)準(zhǔn)精確可靠.抗干擾性強(qiáng).實(shí)時(shí)性高。己經(jīng)成為該應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展的一大趨勢(shì)。其主要優(yōu)點(diǎn)如下幾點(diǎn): (1)總線訪問(wèn)的優(yōu)先權(quán)是取決于報(bào)文標(biāo)識(shí)符,這樣就使得多主設(shè)計(jì)變成為了可能。 (2)非常強(qiáng)的錯(cuò)誤處理能力,這樣就為系統(tǒng)的可靠運(yùn)行創(chuàng)造非常良好的條件。 第2章 CAN總線技術(shù) 2.1 CAN總線介紹 CAN總線全名應(yīng)該是“控制器局域網(wǎng)絡(luò)總線”。是BOSCH公司20世紀(jì)80年代

24、為解決現(xiàn)代汽車(chē)中眾多的控制與測(cè)試儀器之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換而研發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信技術(shù)。它是總線的一種與我們常見(jiàn)的USB總線屬于一類技術(shù)，只不過(guò)CAN總線采用差分信號(hào)傳輸、有很強(qiáng)的錯(cuò)誤識(shí)別、通信距離長(zhǎng)、因此被用到一些特殊的場(chǎng)合，比如汽車(chē)、加工廠等干擾較強(qiáng)的地方。CAN總線被廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、火車(chē)、輪船、機(jī)器人、機(jī)械制造、數(shù)控機(jī)床等領(lǐng)域。 2.2 CAN總線的基本工作原理 CAN總線的結(jié)構(gòu)是一中很典型的串行總線的結(jié)構(gòu)形式。CAN總線中一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息,再由多個(gè)節(jié)點(diǎn)接收信息。正因?yàn)槿绱薈AN總線的信息存取方式使用的是一種廣播式的存取工作方式，這種方式完全不同于令牌方式和主從方式。與其他網(wǎng)絡(luò)不同,在

25、CAN總線的通信協(xié)議中,它支持的是基于報(bào)文的工作方式，所以既不會(huì)有節(jié)點(diǎn)地址的概念,也沒(méi)有任何與節(jié)點(diǎn)地址相聯(lián)的信息存在。也就是說(shuō),CAN總線面向的是數(shù)據(jù)卻不是節(jié)點(diǎn),因此加入或者撤銷節(jié)點(diǎn)設(shè)備是不會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)的工作,十分適用于控制系統(tǒng)要求快速、可靠、簡(jiǎn)明的特點(diǎn)。 基于CAN總線的汽車(chē)加速度信息采集處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)另外一個(gè)好處是新的節(jié)點(diǎn)可以隨時(shí)方便地加入到現(xiàn)有的系統(tǒng)中,而不需對(duì)所有節(jié)點(diǎn)進(jìn)行重新編程以便它們能識(shí)別這一新節(jié)點(diǎn)。一旦這個(gè)新節(jié)點(diǎn)加入到網(wǎng)絡(luò)中,它就開(kāi)始接收信息,判別信息標(biāo)識(shí),然后將所得的信息通過(guò)傳感器發(fā)送到顯示器上，繼而得到我們要得到的信息。 2.3 CAN總線的特點(diǎn) （1）低成本

26、； 現(xiàn)在用一個(gè)控制器和收發(fā)器就夠了。在相對(duì)復(fù)雜的遠(yuǎn)距離網(wǎng)絡(luò)中性價(jià)比比較高,可靠性也是降低后期成本的主要原因。 （2）極高的總線利用率； 有完善的仲裁機(jī)制。而且可以使用硬件自動(dòng)完成仲裁。所以，在負(fù)載比較大的網(wǎng)絡(luò)中比較適用，不容易出現(xiàn)因?yàn)閾矶聦?dǎo)致的通信錯(cuò)誤和總線癱瘓。 （3）很遠(yuǎn)的數(shù)據(jù)傳輸距離(長(zhǎng)達(dá)10Km)； 距離就看收發(fā)器的能力了。而且CAN協(xié)議是不限制傳輸介質(zhì)的，也就是說(shuō)使用光纜可以繞地球一圈。 （4）高速的數(shù)據(jù)傳輸速率（高達(dá)1Mbit/s）；CAN一般都是用獨(dú)立的硬件，所以可以使用較高的波特率。 不過(guò)這些優(yōu)點(diǎn)都是在特定的條件下才成立的。比如一個(gè)小網(wǎng)絡(luò)

27、，安全要求又很低。那么can的成本反而很高。 2.4 CAN協(xié)議分析 2.4.1CAN協(xié)議的分層結(jié)構(gòu) CAN總線遵從150/051模型,以確?？梢栽谌魏蝺蓚€(gè)CAN器件之間建立兼容性。但是考慮到CAN總線主要應(yīng)用于工業(yè)控制底層網(wǎng)絡(luò),其單次傳輸?shù)男畔⒘坑直容^小,實(shí)時(shí)性要求較高,因此綜合考慮150/051基準(zhǔn)模型,將CAN結(jié)構(gòu)劃分為兩層:數(shù)據(jù)鏈路層和物理層,其分層結(jié)構(gòu)如圖2.1所示,而應(yīng)用層可以由用戶自行定義。 圖2.1 CAN總線的分層結(jié)構(gòu) 物理層 (1)物理信令(PLS-physiealSignaling)用于實(shí)現(xiàn)與位表示定時(shí)和同步相關(guān)的功能。 (2)物理媒體附屬裝置(

28、PMA)用于總線發(fā)送與接收的功能電路,并且可以提供總線出故障時(shí)的檢測(cè)方法。 (3)媒體相關(guān)接口(MDI)用來(lái)作用于物理媒體和MAU之間的機(jī)械以及電氣接口。 數(shù)據(jù)鏈路層 按照IEEE802.2和802.3標(biāo)準(zhǔn),數(shù)據(jù)鏈路層又可劃分為邏輯鏈路控制(LLC一LogicLinkContr01)與媒體訪問(wèn)控制(MAC-MediumAccessControl)兩個(gè)部分LLC子層:主要負(fù)責(zé)幀接收濾波、超載通知和恢復(fù)管理。在丟失仲裁情況下,可以退出仲裁并轉(zhuǎn)入接收方式、構(gòu)造出錯(cuò)幀并開(kāi)始發(fā)送;接收功能主要包括.接收媒體訪問(wèn)管理以及接收數(shù)據(jù)卸裝。CAN總線的通信線路由兩根導(dǎo)線組成,分別由CAN-

29、H和CAN-L組成，網(wǎng)絡(luò)中所有的節(jié)點(diǎn)都掛接在該總線上,并且都通過(guò)這兩根導(dǎo)線交換數(shù)據(jù)?？偩€上某一時(shí)刻顯現(xiàn)的數(shù)值由兩根導(dǎo)線上電壓VCAN一和VCAN_L的差值表示。該差分電壓Vdiff可表示顯性和隱性兩種互補(bǔ)的邏輯數(shù)值.而在隱性狀態(tài)下差分電壓Vdiff近似于顯性狀態(tài)Vdiff則大于一個(gè)最小值。在CAN總線標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議中規(guī)定顯性表示邏輯0,而隱性則表示邏輯1。 當(dāng)在總線上同時(shí)出現(xiàn)顯性位和隱性位同時(shí)發(fā)送時(shí),節(jié)點(diǎn)發(fā)送驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)使得總線數(shù)值表現(xiàn)為顯性.在總線空閑位期間,總線則會(huì)將表現(xiàn)隱性狀態(tài)顯性狀態(tài)改寫(xiě)隱性狀態(tài)啟動(dòng)發(fā)送并進(jìn)行各節(jié)點(diǎn)之間的同步。 2.4.2報(bào)文傳輸及其幀結(jié)構(gòu) CAN總線技術(shù)

30、規(guī)定在報(bào)文傳輸過(guò)程中,發(fā)送報(bào)文的單元稱為該報(bào)文的發(fā)送器。該單元在總線丟失總線仲裁之前恒為發(fā)送器、如果一個(gè)單元不是報(bào)文發(fā)送器,并且總線不處于空閑狀態(tài),則該單元為接收器。對(duì)于報(bào)文的發(fā)送和接收,其實(shí)際有效時(shí)刻是基于CAN總線的數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不同的。按功能大致可以具體分為以下四種： 數(shù)據(jù)幀:數(shù)據(jù)幀會(huì)將數(shù)據(jù)從發(fā)送器發(fā)送至接收器。 遠(yuǎn)程幀:總線單元發(fā)送數(shù)據(jù),請(qǐng)求發(fā)送具有同識(shí)別符的數(shù)據(jù)幀。 錯(cuò)誤幀:由檢測(cè)到總線錯(cuò)誤的任何單元發(fā)出錯(cuò)誤幀。 過(guò)載幀:過(guò)載幀用以在先行和后續(xù)的數(shù)據(jù)幀之間提供一附加的延時(shí)。 以下將逐一對(duì)各幀的結(jié)構(gòu)做詳細(xì)介紹； (l)數(shù)據(jù)幀

31、數(shù)據(jù)幀由7個(gè)不同的區(qū)域組成，幀起始(StartofFrame)、仲裁區(qū)域(AthitrationField)、控制區(qū)域(ControlField)、數(shù)據(jù)區(qū)域(DataField)、CRC區(qū)域(CRCField)、應(yīng)答區(qū)域(ACKField)、幀結(jié)尾(EndofFrame)、數(shù)據(jù)區(qū)域長(zhǎng)度可為0。其結(jié)構(gòu)如圖2.2所示： 幀起始 仲裁區(qū)域 控制區(qū)域 數(shù)據(jù)區(qū)域 CRC區(qū)域 ACK區(qū)域 幀結(jié)束 圖2.2數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu) ①幀起始(SOF) 幀起始標(biāo)志數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀的起始,僅由一個(gè)顯性位構(gòu)成、只有在總線處于空閑狀態(tài)時(shí)才會(huì)允許節(jié)點(diǎn)開(kāi)始發(fā)送，所有站都必須同步于首先開(kāi)始

32、發(fā)送的那個(gè)站的幀起始前沿。 ②仲裁場(chǎng) 圖2.3數(shù)據(jù)幀標(biāo)準(zhǔn)格式中的仲裁場(chǎng)結(jié)構(gòu) 而在擴(kuò)展格式中,仲裁場(chǎng)由29位標(biāo)識(shí)符、SRR位、IDE位和RTR位組成,標(biāo)識(shí)符為ID.28——ID.0、如圖2.4所示； 圖2.4數(shù)據(jù)幀擴(kuò)展格式中的仲裁場(chǎng)結(jié)構(gòu) ③控制場(chǎng) 控制場(chǎng)其實(shí)是由6位組成.所發(fā)送的保留位必須為/顯性0。接收器接收所有由顯性和隱性來(lái)組合在一起的他們的組合結(jié)構(gòu)如下圖2.5所示： 圖2.5控制場(chǎng)結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)長(zhǎng)度代碼代表數(shù)據(jù)場(chǎng)中字節(jié)數(shù)量，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度代碼為4位,具體分配如表2.1所示； 表2.1數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)編碼 ④ 數(shù)據(jù)場(chǎng) 數(shù)據(jù)場(chǎng)是由數(shù)據(jù)幀

33、中被發(fā)送的數(shù)據(jù)所組成。 ⑤ CRC場(chǎng) CRC場(chǎng)包括CRC序列,其后是CRC界定符CRC序列由循環(huán)兀余碼求得幀檢查序列組 (2)遠(yuǎn)程幀 遠(yuǎn)程幀由6個(gè)不同的位場(chǎng)組成分別是:幀起始、仲裁場(chǎng)、控制場(chǎng)、CRC場(chǎng)、應(yīng)答場(chǎng)和幀結(jié)束。與數(shù)據(jù)幀相反,遠(yuǎn)程幀的RTR位是隱性位，遠(yuǎn)程幀沒(méi)有數(shù)據(jù)場(chǎng),DLC的數(shù)值沒(méi)有用的,它可以是0到8中的任何數(shù)值,這一數(shù)值為對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)幀的DLC其結(jié)構(gòu)如圖2.6所示： 幀起始 仲裁區(qū)域 控制區(qū)域 CRC區(qū)域 ACK區(qū)域 幀結(jié)束 圖2.6遠(yuǎn)程幀結(jié)構(gòu) 第3章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 3.1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)整體框架 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成

34、結(jié)構(gòu)如圖3.1所示；本系統(tǒng)由DSP模塊、信號(hào)處理與放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、電源模塊、CAN總線通信接口組成。 圖3.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 傳感器輸出的信一號(hào)經(jīng)過(guò)放大調(diào)理電路后,由AD轉(zhuǎn)換芯片AD977A進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換,利用DSP強(qiáng)大的數(shù)字運(yùn)算能力,將其采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字濾波并通過(guò)CAN總線實(shí)時(shí)傳輸至嵌入式工控機(jī)。嵌入式工控機(jī)采用北京昆侖通態(tài)公司生產(chǎn)的具有TFT液品廣泛示觸摸屏的高性能嵌入式個(gè)體化工控機(jī)。該產(chǎn)品能將采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)可視化的界面實(shí)時(shí)的顯示出來(lái),極大的提高了工作效率。 3.2 DSP系統(tǒng)及外圍電路設(shè)計(jì) 3.2.1 TMS320F28-2功能介紹 TMS320F28——2

35、的DSP芯片有以下特點(diǎn); (l)采用非常厲害的CMOS技術(shù),I/0供電電壓及Flash編程電壓為3.3V,內(nèi)核供電電壓為l.8V(135MHz)或l.9V(150MHz),減小了控制器的消耗,150MIPS(百萬(wàn)條指令/秒)的指令執(zhí)行速度使得指令周期大大的縮小,從而提高了控制器的控制力。 (2)支持JTAG接口。 (3)4KX16位的引導(dǎo)ROM具有軟件引導(dǎo)模式和保存了標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)學(xué)函數(shù)表。 (4)3個(gè)32位的CPU定時(shí)器。 (5)兩個(gè)事件管理器(EVA、EVB)可以進(jìn)行電機(jī)控制。 (6)包含串行外設(shè)接口(SPI)、兩個(gè)串行通信端口(SCI)即標(biāo)準(zhǔn)的UART、CAN總線通信接口(eCAN

36、)及多通道緩沖串口(MCBSP)。 (7)工作環(huán)境溫度范圍:A:-40到85.C,S/Q:-40到125，eF2812芯片的功能框圖如圖 圖3.2F2812功能框圖 如圖3.2所示,TMS32OF2812片內(nèi)提供了豐富的存儲(chǔ)器資源,如128K字的FIJASH程序存儲(chǔ)器,IK字的OTPROM。其中FLASH空間被劃分4個(gè)SK字和6個(gè)16K字的段,每個(gè)段可以單獨(dú)被擦除、編程和使用,而不影響其它的段空間。TMS320F2812還包括2個(gè)4K字的SARAM(LO和L1),SK字的SARAM(HO),IK字的SARAM(MO和Ml)總共ISK字的SARAM,這些SARAM快可以映射到程序

37、存儲(chǔ)器空間,也可以映射到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間。在編寫(xiě)命令文件時(shí)要格外注意各個(gè)存儲(chǔ)空間的分配地址和使用要求。 TMS320F2812芯片主要由三個(gè)主要的功能單元組成:C28CPU核、內(nèi)部存儲(chǔ)器以及外圍設(shè)備。除了這三個(gè)主要功能單元外還提供若干系統(tǒng)級(jí)的特性,如XINTF外部接口、JTAG仿真接口、系統(tǒng)復(fù)位控制、中斷、系統(tǒng)時(shí)鐘和低功耗模式以及看門(mén)狗定時(shí)器等。TMS320F2812外圍電路設(shè)計(jì)TMS320F2812外圍電路設(shè)計(jì)如圖3.3所示； 圖3.3DSP系統(tǒng)及外圍電路設(shè)計(jì) DSP外部晶振選用30MHz,經(jīng)過(guò)DSP內(nèi)部5倍頻后,可以使DSP工作在150MHz。電源芯片采用TI公司生產(chǎn)的專用DSP電

38、源芯片,可以提供3.3V和1.8V;外擴(kuò)RAM采用美國(guó)SST公司生產(chǎn)IS6lLV12816-10,它是一種3.3V供電的高速COMS靜態(tài)RAM。 3.3電源模塊設(shè)計(jì) 系統(tǒng)通過(guò)外部的+24V直流穩(wěn)壓電源進(jìn)行供電,需轉(zhuǎn)換成適合芯片工作的電壓。電路圖如圖3.4所示： 圖3.4電源電路 3.4信號(hào)變換電路 NSP的電源芯片采用TPs767D315芯片TPs767n315是T1公司推出的雙路低壓差電源調(diào)整器,主要應(yīng)用在需要雙電源供電的DSP設(shè)計(jì)中具有可單獨(dú)供電的雙路輸出,一路固定輸出電壓為3.3V,另一路固定輸出電壓為l.8V,每路輸出電流的范圍在O一IA,且具有超低的典型靜態(tài)電流(85p

39、A),器件無(wú)效狀態(tài)時(shí),靜態(tài)電流僅為1A。 除了這個(gè)數(shù)字傳感器外,其他的大多數(shù)傳感器都是吧模擬非電量轉(zhuǎn)換為成為模擬電量,而且這些模擬電量通常都不適合直接用數(shù)據(jù)采集電路進(jìn)行數(shù)字化放大器AD620。 圖3.5 DSP電源變換電路 3.5信號(hào)放大電路 除數(shù)字傳感器外,很多數(shù)傳感器都是將模擬非電量變換為模擬電量,而且這些模擬電量一般不適合直接用數(shù)據(jù)采集電路進(jìn)行數(shù)字化,還需要進(jìn)行一定的信號(hào)調(diào)理放大,才可以進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，運(yùn)算放大器采用儀表放大器AD620。AD620結(jié)構(gòu)如圖3.6所示； 圖3.6AD620的引腳圖 引腳功能如下表所示； 表3.1引腳圖 運(yùn)算放大器采用儀

40、表放大器AD620。AD620是美國(guó)AD公司的產(chǎn)品,是一種完整的單片儀表放大器,提供8引腳DIP和SOIC兩種封裝,供電電源范圍為士2.3V到+l8V,最大工作電電流僅為1.3mA,最大輸入失調(diào)電壓為125pV,最大失調(diào)電流為50pA。AD620是傳統(tǒng)AD524儀表放大器的第二代產(chǎn)品,并且包含一個(gè)改進(jìn)的傳統(tǒng)三級(jí)運(yùn)放電路[26][27]。AD620具有很高的精度、漂移小、噪聲低、且只用調(diào)節(jié)儀外部電阻RI就可改變信號(hào)增益大小,使用方便,信號(hào)增益、AD62O可以用于精確的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),作為各種微弱信一號(hào)的前置調(diào)理器。多年來(lái),AD62O已經(jīng)成為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的高性能、低成木的儀表放大器。 3.6信號(hào)采集電

41、路 在對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行放大預(yù)處理后,必須先對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣、模擬——數(shù)字轉(zhuǎn)換,然后才能由數(shù)字信號(hào)處理器DSP對(duì)其進(jìn)行采集和數(shù)字濾波處理。信號(hào)采集電路如圖3.7所示: 圖3.7信號(hào)采集電路 該系統(tǒng)選擇使用芯片AD977A完成數(shù)據(jù)采集。AD977A是美國(guó)AD公司的 低功耗的16位逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器,它主要有以下特性； (l)單電源SV供電,內(nèi)部2.5V參考電壓可選。 (2)最高采樣速率200kSPS。 (3)高速串行數(shù)據(jù)接口。 (4)低功耗,最大功耗100mw,省電模式下50pw。 (5)輸入電壓范圍:單極性0—4V,O—5V和0—10V，

42、雙極性-3.3v—+3.3V,和-10V—+10V、高速-8V到—8V。 3.7 CAN總線接口電路 CAN總線器件有兩種選擇方案:其中一種是片內(nèi)集成CAN的微控制器，這其中有一下這些控制器；P8XC591/2、MC6s376、es05lFo4o/1等;另一種則是獨(dú)立的CAN控制器,如philips公司的SJA1000、82CZOO,intel公司的82526等,但是獨(dú)立的CAN控制芯片需要外接一個(gè)微處理器才能運(yùn)行。為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì),提高可靠性,本文設(shè)計(jì)中選用TMS320F2812則是帶有CAN控制器的微控制器,這樣大大簡(jiǎn)化了接口電路設(shè)計(jì),提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。具體的CAN總線接口電路如圖3.8

43、所示； 圖3.8CAN通信接口電路 第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 4.1汽車(chē)加速度數(shù)據(jù)采集模塊軟件設(shè)計(jì) An轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)SPI總線發(fā)送至DSP上。一般SPI用于DSP處理器與外部芯片以及其他處理器之間進(jìn)行通信。常有的應(yīng)用包括諸如移位寄存器、顯示驅(qū)動(dòng)器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADCS)。由于該總線所使用的接口線較少,通信效率高,并且大部分處理器芯片都適合,同時(shí)它有標(biāo)準(zhǔn)的傳輸協(xié)議，而且速度快,能夠同時(shí)收發(fā),因而得到了廣泛地應(yīng)用。該系統(tǒng)中,DSPTMS320F2812作為主設(shè)備,AD977A作為從設(shè)備,通過(guò)DSP的GPIO口來(lái)控制AD977A的片選,轉(zhuǎn)化工作狀態(tài)

44、,然后在DSP提供的時(shí)鐘脈沖的作用下,把AD977A轉(zhuǎn)換的結(jié)果存到指定的地址單元。AD977A的工作時(shí)序圖如圖4.1所示； 圖4.1工作時(shí)序圖 首先是通過(guò)DSP的相關(guān)寄存器設(shè)置,把其配置為從模式、接著對(duì)SPI的字長(zhǎng),波特率,時(shí)鐘模式等進(jìn)行相應(yīng)配置。然后由TMS320F2812片內(nèi)定時(shí)器產(chǎn)生的定時(shí)中斷,定時(shí)啟動(dòng)AD977A工作。當(dāng)定時(shí)器產(chǎn)生中斷,在執(zhí)行中斷服務(wù)程序后,使GPIO輸出高電平,當(dāng)側(cè)C引腳變成高電平后,AD977A進(jìn)入讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果模式。這時(shí),由DSP運(yùn)行讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果程序,為AD977A提供外部時(shí)鐘,然后向DSP傳輸上次轉(zhuǎn)換結(jié)果。需要注意的是,數(shù)據(jù)是從高位到低位串行傳輸,一共16

45、位,如果選擇在時(shí)鐘上升沿讀取數(shù)據(jù),則需要向AD977A提供17個(gè)時(shí)鐘脈沖。在讀取完上次轉(zhuǎn)換結(jié)果后,使引腳GPIOBO輸出低電平,即將側(cè)C引腳拉低。這時(shí),AD977A進(jìn)入采樣轉(zhuǎn)換模式,并自動(dòng)啟動(dòng)新的一次采樣和模數(shù)轉(zhuǎn)換。在AD977A進(jìn)行采樣轉(zhuǎn)換的過(guò)程中,BUSY引腳將會(huì)保持低電平到采樣轉(zhuǎn)換結(jié)束,在這期間,DSP不能讀取AD977A中的轉(zhuǎn)換結(jié)果。新的一次轉(zhuǎn)換結(jié)果,會(huì)在下次定時(shí)器中斷產(chǎn)生時(shí)再讀取。這樣設(shè)計(jì)的主要目的是,將采樣轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)傳輸這兩個(gè)過(guò)程分時(shí)進(jìn)行,避免了數(shù)據(jù)傳輸時(shí)產(chǎn)生的電磁干擾對(duì)模擬信號(hào)采樣轉(zhuǎn)換造成影響,降低轉(zhuǎn)換結(jié)果的精確度。表4.1是分別采集0.5v和1.98V恒定直流電壓源時(shí)的結(jié)果,將

46、10次采樣結(jié)果取平均值后得出.真實(shí)值為O.SV時(shí),采集到的平均電壓為O.496V,誤差為0.8%、與真實(shí)值為1.98V時(shí),采集到的平均電壓為1.971V,誤差為0.5%。從這兩組數(shù)據(jù)中可以看出,AD雖然存在著一定漂移,但是目前的精度完全可以滿足CAN總線的需要； 表4.1.1 4.2汽車(chē)加速度的CAN總線通信軟件設(shè)計(jì) TMS320F2812DSP的CAN控制器模塊設(shè)計(jì)中,由于其內(nèi)部自帶了一個(gè)32位外設(shè)模塊的CAN控制器模塊,所以只要對(duì)用來(lái)接收或發(fā)送數(shù)據(jù)的郵箱以及其各自控制寄存器進(jìn)行正確的設(shè)置,就可以實(shí)現(xiàn)微控制器和CA

47、N控制器之間的通信CAN通信模塊的軟件設(shè)計(jì)主要包括下列三個(gè)部分:系統(tǒng)初始化模塊、數(shù)據(jù)發(fā)送模塊和數(shù)據(jù)接收模塊，再加上中斷處理、信息處理、總線睡眠與喚醒處理。 4.2.1汽車(chē)加速度數(shù)據(jù)的發(fā)送和接受 數(shù)據(jù)發(fā)送與接收流程圖如圖4.3.2所示: 圖4.2.2系統(tǒng)程序流程圖 4.3 CAN總線在汽車(chē)加速度信息采集的設(shè)計(jì)電路圖 圖4.3.1 工作原理：發(fā)動(dòng)機(jī)光電傳感器轉(zhuǎn)速傳感器采集加速度信號(hào)，CAN總線收發(fā)送器把轉(zhuǎn)速傳感器傳出的轉(zhuǎn)速信號(hào)，轉(zhuǎn)速信號(hào)經(jīng)過(guò)CAN總線控制器緩沖整理電路將原始轉(zhuǎn)

48、速信號(hào)轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)所需要的信號(hào)，即矩形脈沖信號(hào)，轉(zhuǎn)化后的信號(hào)再經(jīng)CAN總線將其傳輸?shù)轿⑻幚砥鲉纹瑱C(jī)中進(jìn)行處理分析以及運(yùn)算，在微控制器中用定時(shí)器轉(zhuǎn)化后得到的矩形脈沖信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，將處理后的信號(hào)放在ROM存儲(chǔ)器中，然后再把讀取到相對(duì)應(yīng)的加速度信號(hào)發(fā)送到CAN控制器中，在總線網(wǎng)絡(luò)中CAN控制器執(zhí)行是完整的CAN協(xié)議，然后CAN接收發(fā)送器接收到的數(shù)據(jù)信息，將CAN控制器的邏輯電平信號(hào)轉(zhuǎn)換為總線上能識(shí)別預(yù)定好的總線協(xié)議，再將信號(hào)傳輸?shù)綌?shù)模轉(zhuǎn)換器（A/D轉(zhuǎn)換器）轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的信號(hào)，最后把信號(hào)傳輸?shù)筋A(yù)定的顯示器中顯示，同時(shí)以報(bào)文形式從CAN總線傳送到LED指示燈，最后使指示燈作出相應(yīng)的指示。 4.4汽車(chē)加速度

49、信息采集電路設(shè)計(jì) 圖4.4 第5章 抗干擾措施和系統(tǒng)調(diào)試 5.1硬件抗干擾措施 所謂的干擾就是除了系統(tǒng)所用信號(hào)以外的噪聲或者是給造成系統(tǒng)不能正常工作的破壞因素。對(duì)于大多數(shù)儀器儀表來(lái)說(shuō),在它們工作的時(shí)候一定會(huì)存在著大量干擾因素,這要設(shè)計(jì)的時(shí)候必須要充分考慮的外在因素。設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)階段就必須做好充分準(zhǔn)備,做好必要的抗干擾措施，不然的話實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)是不可靠的。然而干擾的來(lái)源又是多方面的主要集中在以下兩點(diǎn)； (1)內(nèi)部干擾源 主要指來(lái)自系統(tǒng)內(nèi)部的干擾，這種干擾是由于內(nèi)部原件物理特性在一定條件受到作用時(shí)所

50、產(chǎn)生的,包括熱噪聲、散粒噪聲和接觸噪聲等。雖然這類噪聲很弱,但是有用信號(hào)也很弱時(shí)，噪聲會(huì)對(duì)微弱信號(hào)放大器產(chǎn)生很大的干擾。 (2)外部干擾源 外部干擾主要指來(lái)源于自然界以及工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)各種電氣設(shè)備的干擾，例如自然界中雷電.無(wú)線電發(fā)射裝置發(fā)出的電磁波.生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中的電弧.高壓放電.電火花加工生產(chǎn)的電磁干擾.電源的工頻干擾等。 5.1.1電路的抗干擾設(shè)計(jì) (1)光電隔離 光電隔離.顧名思義就是使用光電在輸入通道和輸出通道上采用光電隔離器進(jìn)行信號(hào)傳輸.很好的將單片機(jī)系統(tǒng)與各種傳感器、開(kāi)關(guān)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)從電氣上隔離開(kāi)來(lái),這樣一來(lái)大部分的干擾都會(huì)被隔離。 (2)降低時(shí)鐘頻率 時(shí)鐘信號(hào)不僅是受噪聲干擾最

51、敏感的部位,同時(shí)也是數(shù)字信一號(hào)處理器對(duì)外輻射干擾的噪聲源,并且時(shí)鐘頻率越高越容易成為噪聲源。因此,在滿足系統(tǒng)要求的情況下,盡量降低處理器的時(shí)鐘頻率。 5.1.2電源部分的抗干擾設(shè)計(jì) (1)電源必須采用直流供電,還要配置高質(zhì)量的穩(wěn)壓電路,這樣才可以使得控制電路的供電電壓波紋很小,大大的降低電源引入的干擾。 (2)在每個(gè)PCB電路板入口處的電源和地之間并聯(lián)去禍電容。并聯(lián)的電容應(yīng)該是一個(gè)大容量的電解電容(10——100uF)和一個(gè)小容量電容(0.01——0.1uF)。大電容是為了去掉低頻干擾成分,小電容是為了去掉高頻干擾成分。低頻去藕電容采用單電解電容,高頻去藕電容可以采用獨(dú)石或陶瓷電容。

52、(3)使用電源隔離模塊將電路中不同功能的電路模塊進(jìn)行電源隔離、不同的功能模塊在PCB電路板上使用也是不同的,防止相互間的電源噪聲串?dāng)_。 第6章 結(jié)論 本論文結(jié)合當(dāng)今光電檢測(cè)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)和自動(dòng)化領(lǐng)域發(fā)展的熱點(diǎn)（現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù),選用了其中最有影響的一種)CAN總線技術(shù)作為數(shù)據(jù)通訊的技術(shù)基礎(chǔ),開(kāi)發(fā)研究了基于CAN總線的汽車(chē)加速度信息采集處理系統(tǒng)，對(duì)于汽車(chē)加速度的信息只是為了是對(duì)CAN總線的研究更加的容易理解。本文的主要內(nèi)容包括: （1）利用CAN 總線設(shè)計(jì)了硬件系統(tǒng),提高了信號(hào)處理和控制的能力,較大程度地提升了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的性能,完全

53、滿足實(shí)際應(yīng)用中對(duì)系統(tǒng)的要求。系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括了信號(hào)放大調(diào)理電路,A/D轉(zhuǎn)換電路,DSP外圍電路,系統(tǒng)電源電路,CAN總線通信電路。 （2）設(shè)計(jì)了采集系統(tǒng)的軟件,包括A/D轉(zhuǎn)換、SPI通信、CAN通信等的軟件設(shè)計(jì),以及通過(guò)參考CAN總線通信協(xié)議,制定了一對(duì)本系統(tǒng)的具體的應(yīng)用協(xié)議信息。 （3）完成了對(duì)系統(tǒng)的調(diào)試,將CAN總線的抗干擾性好、一可靠性高、實(shí)時(shí)性好的特點(diǎn)與DSP的高速特性相結(jié)合,使得檢測(cè)系統(tǒng)的抗干擾性、可靠性、準(zhǔn)確性得到了保障。完成了DSP與單片機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸和控制,實(shí)現(xiàn)了CAN總線網(wǎng)絡(luò)通信。日前設(shè)計(jì)的系統(tǒng)雖然在實(shí)驗(yàn)室得到了比較滿意的調(diào)試結(jié)果,但是還需要不斷的改進(jìn),通過(guò)不斷的改進(jìn)設(shè)計(jì)思

54、路和方法,提高采集系統(tǒng)的性能。所以以后的工作需要從以下方面著手； ①在CAN總線存在著各種各樣的擾動(dòng)和干擾,如何解決現(xiàn)場(chǎng)總線遇到的干擾將成為以后工作的重點(diǎn),需要在系統(tǒng)中加強(qiáng)隔離電路,確保系統(tǒng)在惡劣環(huán)境運(yùn)行的可靠性和可行性。 ②盡可能的降低成本,提高系統(tǒng)的通用性。 ③ 在實(shí)驗(yàn)室做的調(diào)試階段,因?yàn)镃AN傳輸距離比較近,所以對(duì)CAN數(shù)據(jù)傳輸在長(zhǎng)距離甚至達(dá)到傳輸距離極限時(shí)的傳輸性能缺乏驗(yàn)證。 參考文獻(xiàn) [1] 申榮衛(wèi). 汽車(chē)電子技術(shù)[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社. 2006. [2] 葛林.周文華.徐航. CAN 通信網(wǎng)絡(luò)在汽車(chē)中的應(yīng)用研究. 汽車(chē)技術(shù).

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58、品德都深深地影響了我，楊老師永遠(yuǎn)是學(xué)生學(xué)習(xí)的楷模。在這四年的時(shí)間里，不論是學(xué)習(xí)上還是生活上，楊老師都給予我無(wú)微不至的關(guān)懷，讓我度過(guò)了一個(gè)充實(shí)而又難忘的大學(xué)生學(xué)習(xí)經(jīng)歷，在這里，特向楊老師 致以崇高的敬意與深深的謝意。 再次非常感謝我們學(xué)院的老師和領(lǐng)導(dǎo)們?cè)谖掖髮W(xué)四年的學(xué)習(xí)中的很多幫助和教導(dǎo)，教我學(xué)會(huì)了許多書(shū)本上沒(méi)有的東西，我相信這些老師們的社會(huì)經(jīng)驗(yàn)，可以幫我們?cè)谝院蟮纳鐣?huì)生活中怎樣去和別人相處等等。也非常感謝2011級(jí)汽車(chē)服務(wù)的所有同學(xué)，因?yàn)槟銈兪沟梦宜哪甑拇髮W(xué)生生活豐富多彩，讓我對(duì)這四年的生活難以忘懷。 最后，我還要向在背后默默支持我關(guān)心我的朋友和家人表示感謝，感謝他們?cè)谖宜哪甑拇髮W(xué)生學(xué)習(xí)生活過(guò)程中給予我的鼓勵(lì)與關(guān)懷，讓我時(shí)刻保持充足的信心與動(dòng)力去完 成自己的學(xué)業(yè)。 因?yàn)橛辛舜蠹业膸椭c支持，我才得以順利完成畢業(yè)論文的撰寫(xiě)，再次向所有關(guān)心 和幫助過(guò)我的老師、同學(xué)、朋友以及家人表示深深的謝意。 劉 逍 2015.05 第 28 頁(yè) 共 31 頁(yè)