XL3025 115/230V 

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3 系统设计


SJA1000型CAN控制器兼容CAN2.0A和CAN2.0B二种规范。CAN2.0B具有二种不同的帧格式：标准帧和扩展帧，前者为11位标识符，后者为29位标识符。前者的标识符比后者的标识符少2个字节。深海测控系统的CAN节点数目少，只有上位机节点和水下测控中心节点，所以即使间隔比较远，对传输数据速度和可靠性的影响也不是很大。


3.1 单片机与CAN控制器的硬件设计


图2为C8051F020型单片机与SJA1000型控制器的硬件连接电路原理。SJA1000占用了0x8000-0x80FF的外部RAM空间。当单片机访问以上空间时片选信号会选中SJA1000。




C8051F020有高低2个外部存储器接口。因此，SJA1000的AD0-AD7连接到C8051F020的高端口P7口，CS连接到基址为0x8000的外部存储器片选信号。当C8051F020访问地址0x8000-0x80FF时，CPU可对SJA1000执行相应的读/写操纵。SJA1000的RD、WR和ALE分别与C8051F020的对应引脚相连，INT接C8051F020的INT0引脚，于是C8051F020可通过中断方式访问SJA1000。SJA1000的复位信号RST为低电平有效。C8051F020的AD0-AD7口用于地址/数据的输进/输出，将其配置为漏极开路方式，利用4.7kΩ上拉电阻器拉至5V。通过设置数字交叉开关，将C8051F020的外部中断引脚配置到P2.7口。


CAN能够使用多种物理介质，例如双绞线和光纤等。该设计方案采用双绞线。信号以差分电压传送，2条信号线为CAN_H和CAN_L，静态时为2.5V，此时状态表示逻辑"1"，也叫做"隐性"。CAN_H比CAN_L高，表示逻辑"0"，称为"显性"，此时CAN_H=3.5V，CAN_L=1.5V。TJA1050型CAN总线收发器是CAN协议控制器和物理总线之间的接口，CAN总线上二端节点须加60Ω电阻器和47nF电容器将信号吸收，以避免信号反射。为了增强CAN总线节点的抗干扰能力，SJA1000的TX1与RX1通过6N137型高速光耦后与TJA1050相连。这样就很好地实现了总线上各CAN节点间的电气隔离。其中，光耦部分电路的2个电源VCC和V_CAN必须完全隔离，否则采用光耦就是失往了意义。电源的完全隔离可采用小功率电源隔离模块和通过带多个5V隔离输出的开关电源模块实现。


3.2 软件设计


通讯协议采用"ID+命令+数据+校验"的形式，其中ID为网络设备的标识符，采用ID.18-ID.20。标识符ID.21-ID.28作为固定命令，不参与验收滤波。数据表示通讯的具体内容。校验为1个字节，采用校验和的形式，由于CAN总线本身具有15位CRC校验，并且该系统节点数少，竞争不会很激烈，通讯可靠性比较高。


软件设计思想为系统上电后C8051F020先对自身和SJA1000进行初始化以确定工作主频、波特率和输出特性等，然后接收来自甲板上位机的控制命令，同时将获取的采样参数通过SJA1000传送到CAN总线上或备份到Flash存储器中;对SJA1000的初始化设计是重点，也是难点，必须对写进每个寄存器的内容进行仔细和全面考虑，否则系统将无法正常运行。可设上位机SJA1000适配卡的ACR为xx20，AMR为FF00。水下测控中心SJA1000的ACR为xx40，AMR为FF00。


遵循上述思路，笔者采用C51编写了应用软件，下面是部分程序清单。


初始化部分：


void CAN_Init（void）


｛ CANMODE=0x09;//进进复位模式，单向验收滤波，对SJA1000初始化


CANCDR=0x88; //选择PeilCAN模式


CANIER=0x1A; //开放接收中断、超载中





由于深海测控系统对通讯的实时性要求很高，一旦接收到甲板上传来的控制命令就必须及时响应，为此从CAN总线上接收信息采用中断方式。即SJA1000无错地接收到消息后使INT变为低电平，下降沿触发C8051F020的外部中断0，使其进进中断服务程序。其流程如图3所所示。




假如要向CAN总线发送数据，则必须将符合PeilCAN帧格式的一组数据写进SJA1000的发送缓冲区，然后调用发送子函数。这里笔者采用查询方式来实现发送。流程如图4所示。




4 结束语


基于SJA1000型CAN控制器的深海测控系统基本上满足了功耗低、体积小、重量轻、易扩展的要求，同时与甲板上位机之间的通讯可靠，完全能满足深海探测的需要，并能广泛应用于海洋油、气田作业，海洋污染监控和防治，海上渔业生产等，远景广阔。

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