基于井下儀器CAN子節(jié)點(diǎn)通信的設(shè)計(jì)q

【摘要】 由于快速組合測(cè)井平臺(tái)通信方式升級(jí)為CAN總線方式，原井下儀器常用的DTB三總線已不能滿足其高速率數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?。文章介紹了一種井下儀器CAN子節(jié)點(diǎn)通信結(jié)構(gòu)的方案設(shè)計(jì)；介紹了利用PIC18F2480單片機(jī)及其內(nèi)部集成的CAN核實(shí)現(xiàn)地層測(cè)試器CAN子節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)過程。

【關(guān)鍵詞】 CAN總線 測(cè)井儀器 遙傳 PIC18F2480

一、CAN總線在測(cè)井儀器中的應(yīng)用[1]

在測(cè)井儀器中，高速電纜遙傳與井下儀器之間采用高速CAN總線協(xié)議方式通信，通信速率可以達(dá)到1 Mbps[2]。其中高速電纜遙傳由井下調(diào)制（MOD）/解調(diào)（DEMOD）單元及井下CAN總線主控制單元組成，二者通過雙口RAM相連接；為了井下儀器與高速電纜遙傳的CAN通信，每支井下儀器必須配備相應(yīng)的CAN總線子節(jié)點(diǎn)接口[3]。圖1為一種典型的基于CAN總線的測(cè)井儀器系統(tǒng)示意圖。

二、井下儀器CAN子節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)

2.1 PIC18F2480的片內(nèi)CAN控制器

PIC18F2480單片機(jī)是Microchip公司推出的增強(qiáng)型閃存16位系統(tǒng)級(jí)芯片，兼容匯編指令集和C編譯器的高級(jí)產(chǎn)品芯片，內(nèi)含CAN控制器、A/D內(nèi)部E2PROM存儲(chǔ)器、PWM輸出、I2C和SPI接口、異步串行通信（USART）接口和FLASH程序存儲(chǔ)器讀寫等許多功能，為編程工作帶來了很多便利，大大縮短了軟件開發(fā)周期。

PIC18F2480內(nèi)部CAN控制器主要由三組發(fā)送報(bào)文緩沖器，兩組接收?qǐng)?bào)文緩沖器，兩組接收屏蔽器以及6組接收濾波器。用來完成發(fā)送和接收標(biāo)準(zhǔn)和擴(kuò)展的信息幀，同時(shí)具有接收、濾波和信息管理的CAN通信功能。

2.2外圍硬件電路設(shè)計(jì)

一般的CAN通信電路主要由兩部分組成：1、微控制器與CAN控制器的接口電路；2、CAN控制器與CAN總線收發(fā)器的接口電路.而現(xiàn)選用的是PIC18F2480微控制器，由于其內(nèi)部包含了CAN控制器功能。本應(yīng)用中選用TJA1050T作為CAN總線收發(fā)器，CAN控制器外圍電路如圖2所示。TJA1050T收發(fā)器是協(xié)議控制器和物理傳輸線路之間的接口，速率可以高達(dá)1 Mbps。為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力和對(duì)CAN控制器的保護(hù)，在CAN收發(fā)器和單片機(jī)的CAN核之間加入數(shù)字隔離器件（ADUM1200），這樣就實(shí)現(xiàn)了總線上各CAN節(jié)點(diǎn)之間的電氣隔離，提高了節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定性和安全性。

2.3 單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)

單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)[4]分為兩大部分：（1）CAN通訊軟件設(shè)計(jì)主要包括三個(gè)模塊：系統(tǒng)初始化程序、接收命令程序、發(fā)送數(shù)據(jù)程序；（2）單片機(jī)對(duì)測(cè)量電路數(shù)據(jù)采集，可通過A/D、I2C和SPI或異步串行通信等通信方式與每個(gè)接口板傳輸測(cè)量數(shù)據(jù)（本文采用SPI方式通信）。

2.3.1 初始化程序

初始化程序主要完成時(shí)鐘配置、SPI配置、中斷系統(tǒng)、CAN相關(guān)寄存器初始設(shè)置[5]。如圖3為CAN相關(guān)寄存器初始設(shè)置，CAN傳輸速率寄存器的設(shè)置較為復(fù)雜，使用外部晶振為16MHz，CAN通信速率為800 k/s，所以BRGCON1 = 0X00； BRGCON2 = 0X92；BRGCON3 = 0X42。主程序中規(guī)定對(duì)象初始化、發(fā)送和接收初始化，最后才啟動(dòng)CAN處理機(jī)制。

2.3.2 發(fā)送程序

CAN報(bào)文發(fā)送是由CAN控制器自動(dòng)完成的，用戶只需根據(jù)接收到的遠(yuǎn)程幀的識(shí)別符，如果ID匹配一致就將觸發(fā)發(fā)送器0中斷，將對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到發(fā)送緩沖寄存器，然后將此報(bào)文對(duì)象的編碼寫入命令請(qǐng)求寄存器啟動(dòng)發(fā)送即可，而發(fā)送由硬件來完成。

2.3.3 接收程序

CAN報(bào)文接收與發(fā)送的區(qū)別就在于設(shè)置了接收屏蔽濾波器，也就是說通過接收屏蔽濾波器的設(shè)置CAN節(jié)點(diǎn)只接收ID匹配的地址報(bào)文。

三、結(jié)束語(yǔ)

基于PIC18F2480 CAN總線子節(jié)點(diǎn)的地層測(cè)試器（CDC_BG）儀器已經(jīng)在華北油田任-91實(shí)驗(yàn)井順利完成測(cè)試實(shí)驗(yàn)，已具有集成度高、性能穩(wěn)定、抗電磁干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。在通信波特率設(shè)置為800 kbps時(shí)通信順暢，實(shí)現(xiàn)了測(cè)井儀器地面系統(tǒng)與井下儀器間通信的可靠性、實(shí)時(shí)性、靈活性，是目前測(cè)井系統(tǒng)地面和井下儀器之間實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)通信的較佳的總線結(jié)構(gòu)，具有較好的應(yīng)用前景。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 鄔寬明.CAN總線原理和應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京：北京航空航天出版社，1996.

[2] 韓冬.基于CAN總線的信號(hào)采集與傳輸?shù)难芯縖D].哈爾濱：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2010.

[3] 楊明郭，海龍.CAN總線在測(cè)井儀器中的應(yīng)用[J].石油儀器：計(jì)算機(jī)與通訊技術(shù)，2009.23（4）： 86-88.