计算机技术化工自动化及仪表,2006,33(1:39~42ControlandInstrumentsinChemicalIndustry振动监测系统中CAN总线通信模块设计江存胜,段建民,綦慧(北京工业大学电控学院自动化系,北京100022摘要:介绍一种基于CAN总线的振动数据采集监测系统,重点介绍其CAN总线通信模块的设计。对该振动监测系统的整体结构,通信模块的硬件配置和软件实现思路均作了详细地说明,并将设计中重点需要注意的事项也作了介绍,可供同样正在从事CAN总线系统开发的同行们交流使用。实验表明,该装置具有结构简单、可靠性高的特点。关键词:CAN总线;振动监测系统;SJA1000中图分类号:TP336文献标识码:B文章编号:1000-3932(200601-0039-041引言众所周知,在现代工业生产中,大型功率设备的应用日益广泛,诸如在发电厂、炼钢厂、化工应用等场合,这样大型功率设备的运行可靠性对工业生产的效率和安全有着十分重大的影响。因此,对大功率设备的运行状态进行有效地监控就显得十分重要。同时,由于大功率设备工作环境复杂,地域分布广,因此面临着空间位置有限、监测点多、电磁干扰严重等情况,在这种背景下,选择现场CAN总线来构成参数采集监测系统就显得很有意义。CAN总线的数据通信具有很高的可靠性、实时性和灵活性,已成为国际标准化组织ISO1998标准。本课题所研究的对象正是化工应用中某型号的大型振动台。为了监测其振动情况,我们拟研制一数据采集系统采集各振动参数来监测其工作是否正常。本数据采集系统有四大模块组成,即A/D变换子模块、DSP数据算法处理子模块、FPGA系统工作流程管理子模块和CAN信息通信管理子模块。本文主要介绍其中的CAN信息通信管理子模块。该模块采用CAN总线通信协议与上位机进行通信。2系统总体结构现场工作时,振动台在任一随机时刻可能给数据采集系统一个鉴相信号,本系统要能实现对四路现场传感器采集的信号同时各采集2000个点,一共8000个点。根据这8000个点的数据分别计算其振动参数的有效值、峰峰值、1PK、2PK、FFT等,然后将峰峰值通过D/A变换输出,而其它的参数则经过CAN总线上传到网络上给上位机。为了增强可操作性,A/D采样的频率可通过上位机设定,实现采样的智能化。根据实际需要,我们采用DSP实现所需要的算法处理,现场可编程逻辑阵列FPGA管理整个系统工作流程,单片机加上CAN总线控制器和CAN总线收发器构成CAN信息通信。系统构成如图1所示。图1系统结构框图首先,当鉴相信号到来时,FPGA启动A/D变换,变换好的数据被存贮于图中的DPRAM1,FPGA对这些数据进行初步处理,然后把这些数据从DPRAM1转移到自己的内部RAM,并通知DSP取走这些数据。DSP取走这些数据后进行算法处理,得到各结果,诸如有效值、峰峰值、1PK、2PK、FFT等;接着DSP将峰峰值通过D/A变换输出,其它的结果放入另一个双口RAM,如图1中的DPRAM2。当上位机通过总线告诉系统需要现时刻的参数结果时,上位机可通过图中的CAN模块给单片机发信息,单片机收到信息后给FPGA发一需要上传新数据的信号,FPGA就从DPRAM2中取出数据发送给单片机,单片机再通过CAN模块发送到网络上传给上位机。应注意的是,A/D采样频率可由上位机设定,当上位收稿日期:2005-10-30机设定后,通过总线发送给单片机相应的信息,单片机再将该信息告诉FPGA,FPGA根据从单片机中接受的数据信息设置相应的A/D采样频率。从上可以看出,整个系统设计简单,通信流程十分清晰。系统可扩展性好,可应用于很多数据采集场合。之所以采用DPRAM1,DPRAM2是因为当系统还未处理完新数据,鉴相信号又来时可将新信息以FIFO的形式保存在里面,不会造成丢失现象。3CAN总线信息通信模块节点的硬件实现如上文所说,CAN总线信息通信管理模块正是本系统的四个有机子模块之一,本节主要介绍其硬件实现。本信息模块实际上是一个CAN总线节点。CAN节点的硬件设计主要是CAN总线通信控制器和微处理器的接口电路设计,以及CAN总线收发器和物理总线之间的接口电路设计。CAN总线通信控制器是该模块的核心部分,它负责CAN总线的通信协议,CAN总线收发器则是负责信息的差动发送和接受,增大通信距离,提高系统的抗干扰。当上位机给本系统发送命令信息时,通过总线发送给系统的总线收发器,它将信息传给CAN总线控制器,CAN总线控制器再将数据发送...