淺談工業(yè)智能測控儀表系統(tǒng)

王 曼

河北冶金建設集團有限公司（05600 3）

智能儀表一方面可以進行人機對話及與外部儀器設備對話,通過現(xiàn)場總線接入自動測試系統(tǒng)；另一方面，使用者借助面板上的鍵盤和顯示屏，可用對話方式選擇測量功能，設置參數(shù)。由于它適應了工業(yè)控制系統(tǒng)分散化、網(wǎng)絡化、智能化發(fā)展的方向，在減少系統(tǒng)線纜，簡化系統(tǒng)安裝、維護和管理，降低系統(tǒng)的投資和運行成本，增強系統(tǒng)性能等方面的優(yōu)越性，它一經(jīng)產(chǎn)生便成為全球工業(yè)自動化技術的熱點，受到全世界的普遍關注。

1 系統(tǒng)結構

一個典型的基于CAN總線的智能測控儀表的系統(tǒng)結構，主要是由兩部分組成:上位機和智能測控儀表。測控儀表的主要任務是接收來自上位機的命令完成工業(yè)現(xiàn)場的各種模擬量的采集和實現(xiàn)對各種生產(chǎn)設備的控制，而上位機則負責對整個智能測控系統(tǒng)進行監(jiān)控和管理,其任務包括CAN節(jié)點狀態(tài)消息的顯示及報警、向CAN節(jié)點發(fā)送命令及控制參數(shù)、接收CAN節(jié)點數(shù)抓、曲線顯示、存儲打印等。這些功能可利用現(xiàn)代微機豐富的資源和強大的功能實現(xiàn)。除此之外，通過對采集數(shù)據(jù)的后臺處理，還可實現(xiàn)諸如數(shù)字濾波PFT變換等智能化功能，CAN通信采用兩線接口，要進行通信的各節(jié)點的控制器通過CAN驅動器連接到CAN總線上,各節(jié)點在CAN通信中沒有物理地址,而是采用軟件ID辨識的方式對在總線上廣播的信息進行過濾，以及當多個節(jié)點需要同時信息傳送時決定信息傳送的優(yōu)先級。

芯片與CAN總線的通信通過CAN總線收發(fā)器進行，CAN總線收發(fā)器是CAN控制器和物理總線間的接口,提供對總線的差動放人和接收功能。要實現(xiàn)PC機與CAN總線的通信，必須借助于PC機的CAN通信卡，這種卡市場上有很多，可根據(jù)需要進行選擇，亦可自行設計。

2 接口設計

CAN總線是一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議，在CAN總線通信接口中集成了CAN協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能，可以完成對通信數(shù)據(jù)的成幀處理。

SJA1000是Philips公司PCA82C200型CAN控制器的后續(xù)產(chǎn)品，在軟件和引腳上均與PCA82C2000兼容，并增加了許多新的功能，性能更佳，尤其適用于對系統(tǒng)優(yōu)化、診斷和維護要求比較高的場合。SJA1000的功能由以下幾部分構成：接口管理邏輯；發(fā)送緩沖器，能夠存儲1個完整的報文事（擴展的或標準的）；驗收濾波器；接收F1F0；CAN核心模塊。

SJA1000的一端與單片機相連，另一端與CAN總線相連。但是，為了提高單片機對CAN總線的驅動能力，可以把82C250作為CAN控制器和物理總線間的接口，以提供對總線的差動發(fā)送能力和對CAN控制器的差動接收能力。

若用SJA1000作為流量計的CAN控制器，與CPU(單片機)相連，再通過PCA82C250組成CAN總線。這種結構很容易實現(xiàn)CAN網(wǎng)絡節(jié)點中的信息收發(fā)，從而實現(xiàn)對現(xiàn)場的控制。

CAN通信協(xié)議主要由CAN控制器完成，SJA1000是適用于汽車和一般工收環(huán)境控制器局域網(wǎng)(CAN)的高集成度控制器，具有完成高性能通信協(xié)議所要求的全部特性，具有簡單總線連接的SJA1000可完成物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的所有功能，應用層功能可由微控制器完成，SJA1000為其提供多用途的接口。

SJA1000操作期間，在上電之前必須配置控制線路（中斷、復位、片選等）建立與CAN控制器之間通信的硬件連接。初始化、CAN通信采用中斷方式數(shù)據(jù)發(fā)送和接收子程序。

如果在上電后獨立CAN控制器在引腳17得到1個復位脈沖(低電平)，它就能夠進入復位模式。在對SJA1000寄存器設置前，CAN控制器通過讀復位模式請求標志來檢查是否己進入復位模式，因為要配置信息的寄存器只有在復位模式才能寫入，并涉及到對控制寄存器CR、驗收碼寄存器(ACR)驗收屏蔽寄存器(AMR)、總線定時寄存器(BTRO和BTR1)輸出控制寄存器(OCR)的初始化編程。時鐘分頻寄存器可以選擇BasicCAN或PeliCAN工作模式，設置CLKOUT引腳能用來選擇頻率，設置是否使用旁路CAN輸入比較器和是否使用TX1輸出為專門的接收中斷輸出。驗收代碼和驗收屏蔽寄存器的設置可以過濾信息,為收到的信息定義驗收代碼；為與驗收代碼相關位比較定義驗收屏蔽代碼。

總線定時寄存器定義總線上的位速率。輸出控制寄存器定義CAN總線輸出引腳TX0和TX1的輸出模式，定義TX0和TX1輸出引腳配置是懸空、下拉、上拉或推挽以及極性。中斷寄存器設置允許識別的中斷源。

3 結語

多個智能儀表通過CAN接口與PC連成總線網(wǎng)，其系統(tǒng)運行良好。這種基于現(xiàn)場總線的智能儀表系統(tǒng)抗干擾性強、性能可靠，無論是測量速度、精確度和自動化程序還是性價比都是傳統(tǒng)儀表不能比擬的，是今后工業(yè)儀器儀表發(fā)展的方向。