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基子CAN總線的分布式網架健康狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的設計
摘要：針對某網架安全監(jiān)測的需要設計了分布式健康狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，介紹了在分布式系統(tǒng)中利用控制器局域網(CAN)組建分布式通信網絡模塊的方案。詳細闡述了基于CAN總線控制器SJAl000的采集系統(tǒng)設計方案及具體的硬件電路設計，并解決了在軟件設計中容易碰到的問題。關鍵詞：CAN總線 高速采集 A／D轉換 數據傳輸
在某大網架結構的建筑中，由于網架結構的特殊性及其所處地理位置在沿海臺風多發(fā)地帶，因此需要設計高速數據采集系統(tǒng)對網架結構的健康狀況進行實時監(jiān)測，并對數據進行實時分析和評估。由于需要對網架上受力情況進行多點監(jiān)測，考慮到硬件集中控制擴展能力差且在現場施工有較大的布線困難，因此本系統(tǒng)采用目前廣泛應用的分布式系統(tǒng)設計方案，將各個控制單元分布在現場各采集點上。為了實現分布式系統(tǒng)的監(jiān)測與控制功能，需要建立良好的通訊方式，以完成系統(tǒng)主機與各智能單元之間的信息交換與通信。根據本數據采集系統(tǒng)的特點，其通信系統(tǒng)應具有良好的可靠性、適應性、可擴展性和簡單的連接方式，并能滿足長距離傳輸的需要。由于此數據采集系統(tǒng)節(jié)點數多(100路)、對信號傳輸速度要求高且誤碼率低，利用485總線搭建數據采集系統(tǒng)的傳統(tǒng)方式，其最大控制結點只能有32個，在超過lkm的布線結構中傳輸速度只有l(wèi)OOkbps，且“數據碰撞”和“死鎖”等問題不易解決，因此采用485總線顯然達不到設計要求。
相對于傳統(tǒng)的485總線來講，控制器局域網CAN(Controller Area Network)作為現場總線的一種，以其分時多主、非破壞性總線仲裁和自動檢錯重發(fā)等靈活、可靠的通信技術解決了485總線現場調試困難、開發(fā)周期長等問題[1]。尤其在較為艱苦的安裝環(huán)境中，其高效的現場調試性能顯得尤為實用。作為一種分散式、數字化、雙向多點、具有高速率高可靠性特點的通信系統(tǒng)，CAN可以構建靈活的多主通訊機制，也可以建立主從式結構，而且這兩種方式下的硬件物理聯接完全相同。其自動進行數據編碼、CRC冗余校驗、出錯自動重發(fā)的功能保證了數據的準確率，某一節(jié)點嚴重出錯時能自動脫離總線保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，且其具有極強的帶負載能力，可驅動多達110個節(jié)點，可滿足本系統(tǒng)高速、精確、多負載的要求。
1 采集卡硬件電路的設計
1．1 CAN總線分布式系統(tǒng)結構設計
系統(tǒng)結構如圖1所示。本系統(tǒng)由上位監(jiān)控PC機、CAN總線適配卡和控制單元三部分組成。上位監(jiān)控PCs機采用IBM-PC兼容機，主要負責對系統(tǒng)數據的接收與管理、控制命令的發(fā)送以及各控制單元動態(tài)參數和設備狀態(tài)的實時顯示；CAN總線適配卡可以使PC機方便地連接到CAN總線上；控制單元以單片機為核心，主要負責對現場的環(huán)境參數和設備狀態(tài)進行監(jiān)測，對采集來的數據進行打包處理并將處理過的數字信號通過CAN通信控制器SJA1000送入CAN總線。
1．2 控制單元模塊設計及關鍵問題的解決
控制單元的主要功能是將現場采
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