基于DSP的CAN总线通用的监控系统

在工业控制领域中,往往要由一台主机去控制多台从机或多个智能模块;当上位机和下位机之间距离较远时,就避免不了要进行串行通信。CAN总线的信息传送采用多主随机发送方式,可实现无冲突。CAN总线具有实时性强,传输距离远,抗电磁干扰能力强,成本低等优点。在控制器中,很多需要运算快、精度高、控制稳定、控制系统电路需要简单的场合,很多情况用到DSP控制器,并且DSP的外设接口CAN控制器模块是一个完全的CAN控制器,该模块是一个16位的外设模块,完全支持CAN2.0协议。DSP起着双重的作用,既是控制系统中的高级控制单元,又承担着作为整个控制网络的协议转换模块。

鉴于以上原因,本设计的CAN总线节点是基于DSP的CAN控制器模块,可以实现对多个控制器的监控与控制,包括对电机的电流、电压、频率、运行状态的监控和控制,与上位机的通信等。调试并实现了整个网络的有效有序的通信,证实是一个理想的方案。

CAN节点模块的通信稳定、可靠性好、支持远距离传输、性价比高等特点使它的应用越来越广泛。

1系统硬件设计

基于DSP TMS320LF2407的单个控制器的框图如图1所示。

图中,每个控制器有仿真模块JTAG（用来对DSP烧写应用程序）, RS2232接口用来实现协议的转换,实现DSP与上位机PC的通信,用SN65HVD230芯片作为CAN收发器,显示模块用来检测本机收到上位机发送来的信息是否准确。

控制网络如图2所示,电机作为控制对象,其信号通过检测系统的检测反馈到控制器,控制器把信号放在CAN总线上,采用协议转换,由RS2232串行接口传给PC机, PC机也可以设定电机的运行规定,通过协议转换发送给每个控制器,实现PC单机对整个控制网络的检测和控制。

（1）协议转换电路设计。

上位机PC与TMS320系列DSP的接口方法和接口电路如图3所示。电路采用了符合RS2232标准的驱动芯片MAX3232进行串行通信。MAX3232芯片功耗低,集成度高, +5V供电,具有两个接收和发送通道。由于TMS320LF2407采用+ 3.3V供电,所以在MAX3232与TMS320LF2407之间必须加电平转换电路。系统采用了一个二极管（1N4007）和3个电阻进行电平转换。整个接口电路简单,可靠性高。

 （2）TMS320LF2407与收发器SN65HVD230芯片设计的接口电路（节点模块的设计电路如图4所示）。

DSP的CANTXD, CANRXD引脚与芯片TXD, RXD相连。CANH, CANL连接到外面总线上。

2系统软件设计

软件设计主要包括DSP的初始化和RS2232协议的定义和协议的传输速率的设定,以及CAN邮箱的标识（即对每个控制器设定标识来区分信号的收发地址）、VB控件的设计及监控界面的设计。通信协议采用异步串行通信方式,波特率为9600 b/s,数据包括8位数据位、无奇偶校验位、1位低电平起始位和1位高电平停止位。

（1）DSP控制器的初始化及相关协议定义、CAN控制器的设计程序流程图如图5所示。

PC机和DSP均采用异步通信方式,且DSP采用空闲线唤醒模式。PC机程序采用事件驱动方式接收数据,DSP程序采用查询法发送数据,而用中断法接收数据。

（2）用VB的MSComm控件来实现PC与DSP的通信。

MSComm控件的初始化代码如下:

本设计根据需要,设计了直观、方便操作的人机界面,如图6所示。

通过通信协议可以对每个控制器进行控制和监控,人机界面提供了很好的服务,这对于应用带来了很大的方便。可以对具体控制器发送频率、电压或转速来实现对电机的控制;同时,点击状态查询按钮可以在同一时刻查看每台机器（站点）的工作状态。

3系统调试

5块DSP控制板做好后,对每个DSP控制器进行编程并烧写好,把每个控制器都挂在总线上,并复位运行,再运行设计好的VB界面窗口,就可以看到每个控制器的状态并能够对几块板进行远程控制了。在调试中进行了一定的数据传输实验,实验数据如表1（这里只给出1号机与PC的通信） ,其中控制器上的5位数码管显示单元循环显示频率、电压、转速3个值, 10030中的1, 20046中的2, 30062中的3分别为频率、电压、转速的代号。

实验结果表明,主机发送的数据根据设定的标签能够准确地找到控制器,把数据传给它,并能准确地查寻到控制器的状态。由调试结果看,整个监控系统网络的通信快速并准确,如果对该监控系统网络进行工业标准方面的改进,如控制器的封装防尘、防信号干扰、加上保护电路等,就可以直接用在工业控制、检测、数据采集等各个领域。

4结束语

DSP有着内嵌的CAN控制器模块,使得构建CAN节点网络的电路简单容易。

随着DSP在控制领域用得越来越多,基于DSP的CAN总线的监控系统将会在自动控制、集散控制、数据采集、信号检测等各方面得到广泛的应用。

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