引言
随着计算机网络上的高速发展，使得信息的交流与共享变得空前广泛和自如，而这项技术也渗入到自动化领域的变革当中，现场总线（Fieldbus）由此应运而生，开创了工业控制的新篇章。现场总线是一种应用于生产现场，在现场设备之间、现场设备和控制装置之间实行双向、串形、多结点的数字通信技术，在当今自动化领域中具有广阔的发展前景。本文给出了一种基于CAN总线的数据采集与控制系统设计方案，实现对开关量的数据采集和对外部设备的控制功能。
控制器局域网（Controller Area Network，CAN）总线是现场总线的一种，是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行网络通信，已经被广泛地应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面，并被公认为最有前途的现场总线之一，其主要特点如下： （1）CAN是有国际标准的现场总线。 （2）CAN为多主工作方式，网络上的任意一节点都可在任意时刻向网络上的其他节点发送信息，且不分主从。 （3）CAN采用非破坏总线仲裁技术。当多个节点同时向总线发送信息出现冲突时，优先级低的节点将主动退出发送，而优先级高的节点不受影响继续发送。 （4）CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能，使总线上其他节点的操作不受影响。 （5）报文采用短帧结构，传输时间短，受干扰概率低，而且每帧都有CRC校验及其他校验措施，具有极好的检错效果。 （6）CAN的直接最远通信距离可达10 km，最高通信速率可达1 Mb／s。 1 、系统总体结构设计 系统主要由上位机（PC机）和数据采集和控制模块组成。系统总体结构设计如图1所示。 上位机是整个系统的核心，实现系统的监控和管理功能。CAN总线智能适配卡的作用是收集各个CAN节点上的数据，然后转发到上位机，同时把上位机的命令转发到各个节点。由于CAN总线特有的多主传输方式，各个节点根据需要自主地向总线发送数据，而且在上位机监听各个节点的同时，节点也实时监听总线并接收自己需要的数据。数据采集和控制模块采用微处理器和可编程的CAN控制芯片，主要用于完成现场数据的采集、数据的传送以及各个现场设备运行的控制。 2、 数据采集和控制模块硬件设计 基于CAN总线的数据采集与控制系统将功能尽可能地分散到各个控制模块中，各个模块以微处理器为核心，完成数据采集和控制功能。为了使信息能在CAN协议的标准下进行通信，各个模块都设有CAN总线接口电路。该模块的微处理器（MCU）选用宏晶科技的STC89C52RC单片机。STC89C52RC是新一代超强抗干扰、高速、低功耗的8位单片机，指令代码完全兼容传统的8051单片机，36个通用I／O口，3个16位定时器／计数器，4路外部中断。根据实际需求分析，STC89C52RC单片机完全满足本设计的需求。数据采集和控制模块的结构如图2所示。 2．1 CAN总线接口硬件设计 CAN总线接口硬件结构如图3所示。 在本系统中CAN总线控制器选用SJA1000。SJA1000是Philips公司生产的独立的CAN总线控制器，可以应用于一般的工业环境中和移动目标的CAN总线网络控制。SJA1000是Philips半导体PCA82C200 CAN总线控制器BasicCAN的替代产品，而且增加了一种新的工作模式PeliCAN，这种模式能支持具有很多新特性的CAN 2．0B协议。基本特性如下：兼容BasicCAN模式；扩展地接收缓冲器（64 B，先进先出FIFO）；同时支持11位和29位识别码；位速率可达1 Mb／s；24 MHz时钟频率；对不同微处理器的接口兼容；可编程的CAN输出驱动器配置。PeliCAN模式扩展功能包括；可读／可访问的错误计数器；可编程的错误报警器；对每一个CAN总线错误进行中断；单次发送无重发；验收滤波器控制4 B代码、4 B屏蔽等。 CAN总线收发器选用Philips公司生产的专用CAN总线收发器PCA82C250，提供CAN总线协议控制器和物理总线接口，而且对CAN总线控制器提供差动接收能力。基本特性如下：高速率（最高达1 Mb／s）；具有抗瞬间干扰和保护总线的能力；利用斜率控制，可降低射频干扰；使用差分接收器，可抗宽范围的共模干扰，以及抗电磁干扰；热保护；低电流待机模式；未上电的节点对总线无影响；可以支持多达110个节点。 ［page］ 为了增强CAN总线节点的抗干扰能力，并不是在SJA1000与PCA82C250之间直接相连，而是加入了高速光耦隔离器。这样能很好地实现总线上各个CAN总线节点之间的电气隔离。在该系统中高速光耦采用6N137。6N137兼容TTL和COMS电平，可通过信号的宽度为10 MHz，完全可满足CAN总线信号1 Mb／s通信速率的要求。 2．2 开关量数据采集单元硬件设计 该单元用于采集现场的开关量数据的采集。硬件电路图如图4所示。 该单元将采集到的开关量数据传送到微处理器，并传送到CAN总线上，然后通过CAN总线智能适配卡转发给上位机进行处理。外界环境以及电路、器件本身对系统引入了干扰和噪声，为了提高单片机系统的性能，保证其稳定性，采用光耦器件进行隔离，抑制干扰。光耦器件将电信号转变为光信号，光信号传送到接受侧再转换为电信号。由于光信号的传送不需要共地。可以将光耦器件两侧的地加以隔离。因此在加入光耦器件后，在传输信的同时能有效地抑制尖脉冲和各种噪声干扰，大大提高通道上的信噪比。需要注意的是光耦器件两端的电源不能共用，否则起不到隔离的作用。 2．3 控制单元硬件设计 该单元用于控制现场外部设备的运行。该单元硬件电路如图5所示。 该单元是上位机按照预先设定好的程序自动控制输出，上位机通过CAN总线智能适配卡传送开关量到CAN总线，然后数据采集和控制模块根据需要接受CAN总线上的开关量，以控制现场设备。在该单元中，开关量通过单片机的I／O端口输出，但I／O端口的驱动能力有限，一般不足以驱动继电器，此时需要添加驱动电路。同时，为了避免单片机受到干扰，在驱动电路设计时，必须采取隔离措施。 3、 软件设计 该系统软件设计主要分为两个部分：数据采集与控制模块程序设计和CAN总线通信程序设计。 3．1 数据采集与控制模块程序设计 数据采集与控制模块程序设计流程图如图6所示。 3．2 CAN总线通信程序设计 CAN总线通信程序设计分为三个部分：CAN总线初始化、数据发送和数据接收。 （1）CAN总线初始化。CAN总线初始化主要是设置一些通信参数，保证通信的正常进行。初始化主要包括工作方式的设置、验收滤波方式的设置、验收屏蔽寄存器和验收代码寄存器的设置、波特率参数设置、中断允许寄存器的设置等。特别需要注意的是，初始化只有在复位模式下才可以进行，因为SJA1000配置信息的寄存器只有在复位模式下才可以进行写操作。 （2）数据发送。数据发送前，微处理器周期查询状态寄存器，查看发送缓冲器是否被锁定。若没有锁定，则把从现场取得的开关量数据发向CAN总线控制器的发送缓冲区，然后启动CAN总线控制器发送命令，此时CAN总线控制器自动向总线发送数据。数据发送的流程图如图7所示。 （3）数据接收。数据接收采用中断方式。系统中的CAN控制器检测到总线上有数据时会自动接收总线上的数据，存入其接收缓冲区，并向微控制器发送接收中断，启动中断接收服务程序，通过执行中断接收服务程序，从CAN控制器的接收缓冲区读取数据，并对其进行进一步处理工作。数据接收流程图如图8所示。 4、 结语 通过对系统的软硬件的反复调试表明，该数据采集和控制系统的设计方案是成功的。该系统能高速有效地采集、传递和处理现场数据，并且能在恶劣环境下保证通信速率和极低的出错率，运行效果很好，体现了CAN总线高性能和高可靠性的优点。 责任编辑：gt详解单片机中的串口通讯 串行同步通信与串行异步通信 串口是串行接口（serial port）的简称，也称为串行通信接口或COM接口。串口通信是指采用串行.... 发表于 07-04 11:23 •
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ST23YR48 ST23YR48ST23双接口安全MCU用48千字节的EEPROM 增强的安全性和Nescrypt密码处理器 RF B型（非接触式ID-护照/ 增强型8位/ 16位ST23 CPU核心的16兆字节线性寻址存储器 390个字节用户ROM 6字节用户RAM 2千字节NESCRYPT RAM 48个字节用户EEPROM包括128个字节的用户OTP区： 30年的数据保存 1到64字节擦除或编程在1.5毫秒
T2035H-8T STMicroelectronics T2035H820A800V三端双向可控硅 oelectronics T2035H-8 20A 800V三端双向可控硅非常适合用于重型交流负载的紧凑型驱动，可减小散热片尺寸。每个器件均基于ST Snubberless高温技术。它们具有更高的指定关断换向和高达T最大值的抗噪能力。每个器件均安全优化工业控制和家用电器中要求最严苛的通用电机、加热器和电感负载的控制。
HVLED001BTR STMicroelectronics HVLED001B高功率因数反激式控制器 oelectronics HVLED001B高功率因数反激式控制器是一款增强型峰值电流模式控制器，能够着重控制高功率因数 (HPF) 反激或降压-升压。HVLED001B还可用于实现其他拓扑，如降压、升压和SEPIC。借助HVLED001B可以独立应用一次侧调节和光耦控制，在无负载条件下可实现精确调节和极低的待机功耗。ST高压技术支持将HVLED001B直接连接到输入电压，以便在无需外部元件的情况下启动器件和监控输入电压。
HVLED001B可针对异常情况提供保护，包括开路、输出短路、输入过压和欠压。主开关的开环和过流等电路故障也可得到有效控制。HVLED001B还集成了自动恢复定时器 (ART) 功能，可确保自动恢复应用，而不会降低可靠性。
STNRGPF02TR STMicroelectronics STNRGPF02和STNRGPF12PFC 数字控制器 oelectronics STNRGPF02和STNRGPF12因数校正 (PFC) 数字控制器设计用于交错PFC升压拓扑，适用于大功率应用。STNRGPF02提供传统的涌入电流控制，通过基于继电器和限制器电阻器的机械解决方案来实现。STNRGPF12具有数字涌入电流控制功能，通过基于可控硅整流器的固态解决方案来实现。两款器件均可驱动多达2个交错通道。
STNRGPF02和STNRGPF12 PFC数字控制器在基于混合信号（模拟/数字）架构的应用中以固定频率在CCM中工作，具有平均电流模式控制。 这些控制器可通过专用软件工具 (eDesignSuite) 进行配置，以匹配各种特定应用。该工具可生成完整的原理图，其中包括完整的材料清单和最终二进制对象代码 (FW)，可至IC。
HVLED007TR STM icroelectronics HVLED007电流模式PFC控制器 oelectronics HVLED007电流模式PFC控制器采用特殊电路（输入电流整形器），支持高PF准谐振反激转换器从电源线中获取理论上的正弦输入电流。该IC具有一个控制输入，用于由光耦合器的光电晶体管驱动，以关闭二次侧稳压的隔离控制环路。然而，通过添加简单的外部电路，它也可用于关闭一次侧稳压的电压环路。
HVLED007具有各种保护特性，可处理过载、短路和过压情况。推拉输出电路输出级具有600mA拉电流和800mA灌电流能力，适用于大型MOSFET驱动器。得益于推拉输出电路级以及其他特性，该器件成为非常适合用于符合EN61000-3-2标准的SMPS（高达100W）的低成本解决方案。 HVLED007 PFC控制器是室内和室外固态照明应用的理想选择，具有低至-40 C的扩展工作温度范围，并可保证电气规格。
MAX25612BATP/VY+ MaximIntegrated MAX25612高压LED控制器 MAX25612高压LED控制器是一款单通道高亮度LED (HB LED) 驱动器，适用于汽车前灯应用。这些应用包括远光灯、近光灯、日间行车灯 (DRL)、转向指示灯、雾灯和其他LED灯。该器件的输入电压范围为5V至48V，可以驱动一个LED灯串，最大输出电压为65V。MAX25612是完全同步型器件，适合需要同步整流的升压和降压-升压应用，可提供大于90％的效率。
MAX25612可检测LED灯串高侧的输出电流。需要进行高侧电流检测，以防止输出端到接地或电池输入端发生短路。该器件也是用于驱动LED的最灵活方案，支持升压、高侧降压或降压-升压模式配置。PWM输入提供高达5000:1的LED调光比，ICTRL输入在MAX25612中提供额外的模拟调光功能。MAX25612还包括一个FLT标志，用于指示灯串开路、灯串短路和热关断。MAX25612还支持内置扩频调制，以提高电磁兼容性能。
EVAL-IBD002-35W STMicroelectronics EVAL-IBD002-35W控制器评估板 oelectronics EVAL-IBD002-35W控制器评估板设计用于演示HVLED002控制器。HVLED002控制器管理主要由D1、L1和Q1组件组成的反向降压电路，能够提供大约700mA作为最大LED负载电流。外部0V至10V信号专门用于管理调光输出LED电流（最大值的1%至100%），具有模拟 (100%至10%) 和PWM (10%至1%) 控制功能。需要15V辅助电压才能为HVLED002控制器上电。
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STM86312 STM863121/4至十一分之一占空比VFD控制器/驱动器 ernal resistor necessary for driver output (P-channel open drain + pull down resistor output) General purpose input port (4 bits) Many display modes (11 segments 11 digits to 16 segments 4 digits) Dimming circuit (eight steps) Key scanning (6 x 4 matrix) LED ports (4 chs, 20mA max) Serial interface (CLK, STB, DIN, DOUT) High-voltage output (VDD- 35V max) The STM86312 is a VFD (Vacuum Fluorescent Display) controller/driver that is driven on a 1/4 to 1/11-duty factor. It consists of 11-segments output lines, 6 grid output lines, 5 segments/grid output drive lines, a display memory, a control circuit, and a key scan circuit. Serial data are input to the STM86312 through a three-line serial interface. This VFD controller/driver is ideal as a peripheral device for a single-chip microcomputer.... 发表于 05-20 20:05 • 416次
PM6776 PM6776带有PMBus 6 + 1的双通道数字VR13多相控制器™ 尔® VR13 6 + 1相紧凑数字控制器 VR13符合25MHz的SVID总线rev.1.7 高性能数字控制回路（数字STVCOT™） 专有自动调谐技术 通过PMBus的完全可配置的™ AutoDPM - 自动动态相位管理 远程感; 0.5％Vout的精度与校准 使用校准 在PM6776是被设计为功率英特尔VR13处理器的高性能数字双控制器电流监测信号：所有所需的参数是通过PMBus的™接口编程。 发表于 05-20 19:05 • 451次
EV-VNH7070AY EV-VNH7070AYVNH7070AY评估板 的单IC应用板专用于VNH7070AY 提供电连接和热散热，易于成型 EV-VNH7070AY为您提供了一种简单的方法，以ST的VIPower M0-7 H桥驱动器连接到现有的原型电路。该评估板自带预装配有VNH7070AY H桥。电气元件的车载最小设定（作为用于设备数据表建议）使用户能够直接连接的负载，在电源与所述微控制器在没有外部部件的设计和连接的任何额外的努力。 发表于 05-20 18:05 • 242次
STSW-STPM003 STSW-STPM003为STM32F4探索套件和EVALSTPM32三相固件实现 4个STPMs计量 用于保存参数EEPROM支持（可选） USB虚拟Com端口（VCP），用于支持GUI和LabTools Minishell（命令行分析器），用于通过USB发送命令 在UART或SPI STPM通信 STM32处理程序和驱动程序支持基于立方MX 使用STPM3x和STM32F407装置中的固件实现的三相应用的开发。它已经开发了基于STM32F407VGT与EVALSTPM32接口的STM32F4发现套件，但它可以很容易地移植到其它微控制器。 发表于 05-20 15:05 • 183次
STSW-IO-LINK STSW-IO-LINKIO-Link的演示套件固件 包STM32微控制器ARM ®皮质® -M0 +和ARM的Cortex-M3 符合STM32Cube开发框架 在其他STM32平台便携式 基于RS-485通信的PC接口 通信层用于交换主站和传感器节点 传感器配置和传感器数据采集 快速傅立叶变换（FFT）运算，以评估振动谱 此试剂盒包括用于一个完整的固件版本STEVAL-IDP004V1和STEVAL-IDP003V1评估板，以促进在配置中，数据交换和处理方面的系统管理。它是基于STM32CubeHAL库，并使用功能强大的STM32CubeMX工具来配置微控制器和更新而不会丢失数据的创建工作区。... 发表于 05-20 15:05 • 239次
STSW-BFA001V1 STSW-BFA001V1软件包STEVAL-BFA001V1B 固件实施例来构建应用程序状态监测和预测性维护基于三维数字加速度计，环境和声学MEMS传感器 中间件包括算法为先进的时间和频率域信号处理振动分析 可编程FFT大小（512，1024或2048点） 可编程FFT平均和重叠 可编程窗（平顶，汉宁，汉明） 速度RMS均线，加速度最大峰值 中间件集成麦克风算法： PDM到PCM 声压 音频FFT 固件包STM32F469AI开发了在不同的微控制器系列便于携带 PC数据监视通过任何游离终端模拟器 示例示范固件STEVAL-IDP004V1 IO-Link的主功能的多端口评估板和DE通信dicated PC GUI 特殊STSW-BFA1PREDMNT状态监测固件配置成与STSW-IDP4PREDMNT相互作用，并且允许经由STM32MP157C-DK2网关数据上传至云。 在固件包旨在帮助您开发基于状态监测的工业预测性维护解决方案。... 发表于 05-20 14:05 • 101次
STSW-USBPD45CFW STSW-USBPD45CFWSW包STEVAL-USBPD45C 45瓦USB C型™电源适配器发货 包与应用实例的二进制为STEVAL-USBPD45C 45瓦USB C型™电源输送适配器。 应用固件基于所述认证X-CUBE-USB-PD软件设计的ARM ® 32位皮质® -M0 STM32F051 MCU和PD3.0认证STUSB1602A C型控制器。 在STSW-USBPD45CFW软件包被设计为支持STEVAL-USBPD45C 45瓦USB C型电源输送适配器参考设计。 发表于 05-20 13:05 • 202次
STSW-IOD003 STSW-IOD003基于STM32Cube L6362A的IO-Link通信收发器设备IC评估软件 62A IO-Link通信收发器装置IC集成在STEVAL-IOD003V1评估板的管理驱动程序层 GPIO和IRQ的配置 用于接收和发射I / Q信道控制 故障中断处理 用于控制L6362A设备 易于在不同的微控制器系列可移植性示例应用程序，这要归功于STM32Cube 自由的，用户友好许可证条款 在STSW-IOD003是用于STEVAL-IOD003V1评估板它集成了L6362A IO-的评估软件链路收发器设备。 发表于 05-20 13:05 • 183次
EVL6564H-100W EVL6564H-100W基于所述L6564H 100瓦过渡模式PFC预调节器演示板 压范围：90至265 VAC 最小线频率（f →）：47赫兹 稳压输出电压：400伏 额定输出功率：100W 最大2F →输出电压纹波：20 V峰峰值 保持时间：10毫秒（V DROP 后保持时间：300 V） 最小开关频率：40千赫 最低估计效率： 92％（@ V 在 = 90 VAC，P OUT = 100 W） 最高环境温度：50℃ PCB类型和大小：单面为35μm，CEM-1，90×83毫米 此演示板是基于新的过渡模式PFC控制器L6564H和器具100 W，宽范围的电源输入，PFC预调节器适用于镇流器，适配器，平面屏幕显示器，并且所有具有SMPS以满足IEC61000-3-2或JEITA-MITI法规。... 发表于 05-20 12:05 • 304次
STSW-L9177A STSW-L9177AEVAL-L9177A图形用户界面 RS232端口连接与微控制器 自动COM连接 L9177A SPI寄存器读取和写入 能够生成可编程durationactuations 可能性控制L9177A并行致动。 在STSW-L9177A是一个图形用户界面（GUI），其允许以初始化并通过SPI协议改变参数控制EVAL-L9177A评估板，管理并行PWM输入和读出的输出。该L9177A GUI已经使用Labview的开发和其使用，如微控制器接口，在SPC56M发现板。 发表于 05-20 12:05 • 428次