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    在當(dāng)今社會，人們的物質(zhì)生活水平面日益提高，對商品的質(zhì)量要求越來越高。這樣，商品的存儲環(huán)節(jié)的工作變得愈顯重要，這關(guān)系到商品的質(zhì)量保持的時間長短與否。而對存儲最基本的要求就是存儲區(qū)內(nèi)的溫度、濕度要求等。現(xiàn)在的存儲環(huán)境條件檢測大多是靠機械式儀表來進行，而且是利用人工定時進行記錄數(shù)據(jù)，結(jié)果是數(shù)據(jù)精度低、不夠?qū)崟r。有一些大型倉庫是采用了電子檢測設(shè)備，但也是主要進行局部檢測，不能覆蓋整個倉庫區(qū)域。且當(dāng)檢測位置多、檢測數(shù)據(jù)類型多時，檢測裝置的安裝和與主機的通信都顯得過于復(fù)雜。這樣，筆者就考慮使用CAN總線技術(shù)，把所有的檢測裝置用一根線連起來，就避免了每一單個檢測裝置都單獨與主機相連的繁瑣，降低了成本，同時也充分利用了主機的資源。而CAN總線技術(shù)也能保證不同類型的數(shù)據(jù)信號在總線上安全的進行傳輸。

1  CAN總線簡介

    CAN總線能在極端惡劣的環(huán)境下運作，具有抗瞬間干擾的能力，其控制器接口有降低射頻干擾的斜率控制；有較強的檢錯能力。CAN節(jié)點可在不要求所有節(jié)點及其應(yīng)用層改變?nèi)魏诬浖蛴布那闆r下被接于CAN網(wǎng)絡(luò)中。由于采用了許多新技術(shù)及獨特的設(shè)計，CAN總線與一般的通信總線相比，它的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實時性和靈活性。其特點如下：

    ?  CAN為多主方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任意一個節(jié)點均可在任意時刻主動地向網(wǎng)絡(luò)上其它節(jié)點發(fā)送信息，而不分主從，通信方式靈活。

    ?  在報文標(biāo)識符上，CAN上的節(jié)點分成不同的優(yōu)先級，可滿足不同的實時要求。

    ?  CAN采用非破壞性總線仲裁技術(shù)。CAN節(jié)點只需通過對報文的標(biāo)識符濾波即可實現(xiàn)點對點、一點對多點及全局廣播等幾種方式傳送接收數(shù)據(jù)。

    ?  報文采用短幀結(jié)構(gòu)，傳輸時間短，受干擾概率低，保證了數(shù)據(jù)出錯率極低。

    ?  CAN的每幀信息都有CRC校驗及其他檢錯措施，具有極好的檢錯效果。

    ?  CAN通信介質(zhì)可為雙絞線、同軸電纜或光纖，可通過標(biāo)準(zhǔn)插接件方便地連接。

    ?  CAN節(jié)點在錯誤嚴(yán)重的情況下，具有自動關(guān)閉總線的功能，切斷它與總線的聯(lián)系，以使總線上其它節(jié)點的操作不受影響。

2  測控系統(tǒng)總體方案設(shè)計

    環(huán)境參數(shù)測控系統(tǒng)設(shè)計為基于CAN總線的分布式測量控制顯示系統(tǒng)，主要用于倉庫等大型空間內(nèi)的各種環(huán)境參數(shù)的測量、控制與顯示，使環(huán)境參數(shù)達到物品存儲的要求。

2.1 系統(tǒng)組成

    環(huán)境參數(shù)測控系統(tǒng)包括4個主要的子系統(tǒng)，系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

    (1)  計算機子系統(tǒng)。由工業(yè)控制計算機、顯示器和打印機等組成。

    (2)  數(shù)據(jù)傳輸通信子系統(tǒng)。由裝在上位機上的CAN總線通信適配卡、裝在前端調(diào)節(jié)執(zhí)行機構(gòu)上的通信卡和數(shù)據(jù)傳輸通信介質(zhì)組成。

    (3)  測量傳感器子系統(tǒng)。由電量傳感器和CCD傳感器組成。

    (4)  調(diào)節(jié)執(zhí)行機構(gòu)控制子系統(tǒng)。由調(diào)節(jié)執(zhí)行機構(gòu)、力傳感器和調(diào)節(jié)執(zhí)行機構(gòu)前端機組成。

2.2  系統(tǒng)工作原理

    環(huán)境參數(shù)測控系統(tǒng)利用傳輸信號簡單、通信速率高、實時性強的CAN總線將一臺上位機與一臺前端機和眾多的傳感器連接起來，完成存儲空間內(nèi)的環(huán)境參數(shù)測量，在經(jīng)過主機處理后，再把控制信號傳給執(zhí)行前端機，以控制環(huán)境參數(shù)的變化。通信介質(zhì)可采用雙絞線，也可采用75Ω同軸電纜。

    電量傳感器和CCD傳感器主要完成環(huán)境中各參數(shù)的測量任務(wù)。它包括CCD攝像機、信號采集板、A/D傳感器、高速緩存等。調(diào)節(jié)執(zhí)行機構(gòu)主要完成對環(huán)境參數(shù)的調(diào)節(jié)作用，也就是根據(jù)主機的信號進行相應(yīng)的操作，使各環(huán)境參數(shù)保持在預(yù)先規(guī)定的范圍內(nèi)。它主要由大功率繼電器、傳感器、電流控制裝置、可調(diào)整支架等組成。主機采用高性能工控機，具有高抗擾工業(yè)級電源，硬盤及機箱防磁、防塵。作為測量控制通信中心，主機主要完成測控系統(tǒng)有關(guān)參數(shù)的設(shè)置、測試通信的分段標(biāo)被測參數(shù)的整理計算、參數(shù)顯示、打印輸出、數(shù)據(jù)存盤及控制調(diào)節(jié)機構(gòu)進行環(huán)境參數(shù)的調(diào)節(jié)動作。如此機接入了網(wǎng)絡(luò)，也可實現(xiàn)與其它計算機的聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

3  測控系統(tǒng)主要分系統(tǒng)設(shè)計

3.1  數(shù)據(jù)傳輸通信子系統(tǒng)

    此系統(tǒng)由裝在主機中的CAN總線通信卡，裝在調(diào)節(jié)執(zhí)行機構(gòu)中的通信卡和數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)組成。在本系統(tǒng)中，方案設(shè)計為PCI-CAN控制通信卡，CAN控制器卡集成兩路電氣隔離的CAN通道，使工控機方便地連接到CAN總線上，實現(xiàn)CAN總線協(xié)議的連接通信。CAN控制器卡整體結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

圖2  CAN控制器卡整體結(jié)構(gòu)框圖

3.2  調(diào)節(jié)執(zhí)行機構(gòu)控制子系統(tǒng)

    此系統(tǒng)采用單片機構(gòu)成一個控制系統(tǒng)。接收來自主機的控制信號，通過繼電器來對機械執(zhí)行機構(gòu)進行控制，以調(diào)節(jié)諸如包括溫度、濕度、氣體壓力和氣體百分比容量等參數(shù)。此系統(tǒng)框圖如圖3所示。

圖3  機械執(zhí)行機構(gòu)框圖

4  系統(tǒng)主要軟件設(shè)計

4.1  CAN總線接口的初始化設(shè)計

        CAN控制器卡的軟件設(shè)計主要分為三部分：CAN初始化、數(shù)據(jù)發(fā)送及數(shù)據(jù)接收。系統(tǒng)軟件設(shè)計的指導(dǎo)思想是：系統(tǒng)上電后，首先對SJA1000進行初始化，配置SJA1000的控制段寄存器內(nèi)容以設(shè)定通信參數(shù)（如：模式、位速率、驗收碼、屏蔽碼、字段長、總線定時、波特率、輸出特性等）。初始化完成后，SJA1000按設(shè)定值控制CAN總線上的通信。系統(tǒng)是否能正常地工作，初始化程序的設(shè)計是個關(guān)鍵。CAN初始化主要是設(shè)置CAN的通信參數(shù)，即通過對CAN控制器段中的寄存器進行設(shè)置，從而確定CAN控制器的工作方式等。初始化程序的流程圖如圖4所示。

圖4  SJA1000初始化流程圖