多節(jié)點(diǎn)智能監(jiān)測系統(tǒng)研究

段登 張陽 路同亞 李煒

摘 要 對于雷達(dá)監(jiān)控系統(tǒng)通信過程穩(wěn)定性差、實(shí)時(shí)性不高、維護(hù)難的問題，本文利用CAN網(wǎng)絡(luò)的高可靠性、傳輸距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)，從而研究了CAN總線通信體制下多節(jié)點(diǎn)智能監(jiān)測系統(tǒng)的方法，采用主流的國產(chǎn)化器件控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集、相關(guān)處理及上報(bào)，終端顯示每個(gè)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息，同時(shí)存入數(shù)據(jù)庫。測試表明，CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通信能可靠地應(yīng)用于雷達(dá)通信控制及其他控制領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞 智能監(jiān)測;CAN網(wǎng)絡(luò);雷達(dá)通信控制

引言

在雷達(dá)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)際工程應(yīng)用中，由于相控陣、數(shù)字化等新技術(shù)在低空監(jiān)視雷達(dá)系統(tǒng)中獲得迅速普及，同時(shí)產(chǎn)生了系統(tǒng)設(shè)備規(guī)模龐大、維修困難、故障顯著增加等等問題。而故障檢測與綜合管理對整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行起到至關(guān)重要的作用。該雷達(dá)的內(nèi)部系統(tǒng)接口種類繁多、實(shí)時(shí)性要求高、數(shù)據(jù)處理運(yùn)算量大等特點(diǎn)[1]。

本文中提出了利用CAN網(wǎng)絡(luò)來替代RS485網(wǎng)絡(luò)，是因CAN網(wǎng)絡(luò)是具有國際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)之一，傳輸速度快且出錯(cuò)率低，其網(wǎng)絡(luò)上的任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以隨時(shí)向網(wǎng)絡(luò)上的其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息而不分主從，并且可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)，一點(diǎn)對多點(diǎn)及全局廣播等幾種通信方式相結(jié)合，為數(shù)據(jù)的傳輸提供了多樣性[2-4]。

研究中將高性能的FPGA控制器和CAN網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合使整個(gè)系統(tǒng)的性能大大提高，更易解決雷達(dá)管理系統(tǒng)采用RS485網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)的系統(tǒng)穩(wěn)定性不好、擴(kuò)展性差、維護(hù)不方便等問題，對于雷達(dá)監(jiān)控系統(tǒng)具有一定的使用價(jià)值意義。

1系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

多節(jié)點(diǎn)智能監(jiān)測系統(tǒng)主要由三部分組成：數(shù)據(jù)采集模塊、CAN網(wǎng)絡(luò)傳輸網(wǎng)絡(luò)和終端系統(tǒng)。

數(shù)據(jù)采集模塊主要完成的功能有以下幾步：

對采集到的溫濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)鎖存，A/D轉(zhuǎn)換。

對溫濕度數(shù)據(jù)分解成兩個(gè)字節(jié)存放在幀數(shù)據(jù)中，并打包。

用CAN控制器將數(shù)據(jù)整合后形成完整的幀數(shù)據(jù)報(bào)文，用收發(fā)器PCA82C200傳輸至CAN網(wǎng)絡(luò)上，由上位機(jī)接收并顯示。

數(shù)據(jù)采集模塊中溫濕度傳感器采用的是一款集成度高的傳感器芯片型號，SHT75，該傳感器由測濕敏及測溫元件組成，可以與16位的 A/D 轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)連接連接，并快速準(zhǔn)確地測量出相對溫度及濕度，處理反應(yīng)時(shí)間快，防止干擾能力強(qiáng)。

2硬件設(shè)計(jì)

智能數(shù)據(jù)采集模塊的硬件由兩部分組成，即FPGA控制器XC4VSX55_FF1148及收發(fā)器PCA82C250組成。

目前，國內(nèi)的低空監(jiān)視雷達(dá)綜合管理平臺(tái)大多使用CPCI處理架構(gòu)，并且核心的主流FPGA（可編程邏輯陣列）芯片，大部分主要來自國外公司，如Altera公司的Cyclone系列、Xilinx的S6（spartan6）系列等。因此，如果在戰(zhàn)事緊張時(shí)，我們的軍用雷達(dá)的核心芯片就完全會(huì)受制于國外公司的供貨，進(jìn)而也就將會(huì)帶來極大的安全隱患。

針對現(xiàn)有的低空監(jiān)視雷達(dá)綜合管理平臺(tái)的架構(gòu)，提出了利用成都華微公司研發(fā)的XC4VSX55_FF1148來代替Xilinx系列FPGA芯片，這樣的做法是一方面是為了減少使用國外芯片來降低對軍用低空監(jiān)視雷達(dá)的安全威脅，另一方面是為了可以增強(qiáng)系統(tǒng)的處理能力和適應(yīng)能力。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)中對多個(gè)測試點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測后，采集數(shù)據(jù)處理后打包進(jìn)入CAN數(shù)據(jù)幀格式，經(jīng)過PCA82C250收發(fā)器以高速率實(shí)時(shí)發(fā)送給終端，而終端界面則通過CAN網(wǎng)絡(luò)收集數(shù)據(jù)包，實(shí)時(shí)更新顯示并操作[5]。

3CAN網(wǎng)絡(luò)通信配置

CAN網(wǎng)絡(luò)有兩種協(xié)議的數(shù)據(jù)幀，擴(kuò)展幀（ID.28～I(xiàn)D .0）和標(biāo)準(zhǔn)幀（ID28～I(xiàn)D.18共11位）。為了能適應(yīng)系統(tǒng)應(yīng)用后期的可擴(kuò)展性，因此采用了擴(kuò)展幀格式（可利用的ID資源增多）進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

實(shí)際應(yīng)用中CAN主節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了同時(shí)控制子節(jié)點(diǎn)及子節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)回采，在利用CAN總線的方式上，應(yīng)采用廣播和單播方式同時(shí)存在的情況。因此必須應(yīng)用CAN總線協(xié)議雙濾波模式設(shè)置[6]。

在實(shí)際通信配置中應(yīng)該注意明確CAN總線的核代碼的正確初始化：

（1）復(fù)位需要的脈沖高電平不少于400個(gè)時(shí)鐘（時(shí)鐘8M情況下）。

（2）進(jìn)入復(fù)位模式，可以對Pelican工作模式進(jìn)行相關(guān)設(shè)定。

（3）濾波器工作方式設(shè)置，驗(yàn)收碼寄存器及屏蔽碼寄存器的參數(shù)設(shè)置。

（4）初始化地址參數(shù)。

（5）數(shù)據(jù)波特率參數(shù)設(shè)置（最高1M）。

（6）中斷向量設(shè)置參數(shù)。

4結(jié)束語

文中主要深入闡述了CAN網(wǎng)絡(luò)在多節(jié)點(diǎn)智能檢測系統(tǒng)的應(yīng)用。給出較為成熟的CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)解決方案。該系統(tǒng)具有低成本、易擴(kuò)展、高利用率、靠性高等優(yōu)點(diǎn)，讓雷達(dá)監(jiān)控系統(tǒng)的維護(hù)實(shí)現(xiàn)難度變低，同時(shí)也避免了檢測系統(tǒng)產(chǎn)生附帶的一些弊端，具有重要的工程實(shí)踐意義。

參考文獻(xiàn)

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