1、基于 CAN 总线的机车电气监控系统的设计研究与开发PoSEARCHANDDEVELOPMENT翁 l4 卷第 9 期VoII4No9文章绾:1005-8451(2005)09?0008-04基于 CAN 总线的机车电气监控系统的设计叶晶莹,郭其一(同济太学电信学院.上海 200331)摘要:介绍 CAN 总线覆其相关协议,设计了基于 CAN 总线的机车电气监控革统的硬件结构,阐述了现场控刺模块应用层通讯协议的设计并给出了具体的流程圈关键词;CAN 总线;应用层协议;机车电嚣监控系统;设计巾嘲分类:U260.42-39 丈献标弧码:ADesignofElectricalMonitoringan
2、dControlSystemforlocomotivebasedonCANbusYEJing?ying.GunQi(coHegeofEleeonieInformationandEngineering,TongiiUnivemit-y,Shahghai200331,China)Abslract:nw 越 oescrl“ocdCANbusandmlatcdprotocolventhe 如ofhBfwaremctofEectcalMonitoringandControlSystemforlocomotivebasedo11CANbusThedesignofapplicationprotocolfor
3、localcontrolmodulesw3sdoneanditsdetailflowchartwasahO眦.Keywords:CANbus;applleationprotocol;ElectricalMonoringandControlsystemforlocomotive;design自动测量和控制技术的发展一直与单片机和计算机技术的发展紧密相连.早期的系统以单片机,PC 机,工控机为核心,在现场分散控制随着总线技术的发展,出现了借助现场总线技术实现监控的系统.其中.CAN(ControllerAreaNetwork 一控制器局域网)总线由于其具有多主机方式,传输距离远(最远可达 10km
4、),传输速度快 (最快可达 lMbps),抗干扰能力强,应用灵活等诸多优点,所以被认为是非常有发展前途的现场总线之一.目前,CAN?bus 总线被广泛应用于工业现场控制,电力通讯,小区安防,环境监控,航天航海和汽车电子等众多领域中.1 系统介绍机车电气监控系统是一个对铁路机车内多种设备的电气参数进行监测,及时发现安全隐患,提示操作人员采取适当措施防止安全事故发生的监控系统.它是集供电电源转换控制,空调机组控制,照明控制等功能单元于一体的智能型综合监控系统.由分布于机车内的供电电源现场控制模块,空调机收稿日期:25.o3_ol作者简介:叶晶莹,在读硕士研究生.郫其一,教授.o鬲而酉面组现场控制模
5、块,照明电路现场控制模块和监控终端组成,它们通过 CAN 总线连接起来,构成一监控网络,相互之间进行通讯,其系统结构原理如图 1所示.各现场控制模块实时监测电气系统运行过程中的参数并通过 CAN 总线向监控终端发送电气参数数据,响应发自监控终端的命令-嵌入式监控终端负责接收发自现场控制模块的运行参数数据并在LED 显示器上显示 ,根据监控终端上的操作向现场控制模块发送相应的控制指令.2 硬件 I台2l 系统结构系统采用分布式控制方式,有 1 个嵌入式监控终端和 3 个现场控制模块组成,结构如图 l 所示.3个现场控制模块分布于机车内,控制整个电气系统的运行,主要由 80C196KC 单片机,C
6、AN 控制器SJA1000,CAN 收发器 PCA82C250 及外围接口电路构成.监控终端由 Intel 的 l6 位 80CJ96KC 单片机,CAN 控制器,CAN 收发器,LED 显示器和一个专用薄膜矩阵键盘构成.其中.CAN 控制器和收发器分别采用 PHILIPS 公司的 SJA1000 芯片IIPCA82C250 芯片,键盘和七段式 LED 显示器是通过 Intel 公司生产第 14 卷笫 9 期基 CAN 总线的机车电气监控系统的设仆研究与开发的一种专用于键盘和显示器的接口芯片 8279 与80CI96KC 连接起来的.馒鞘圈精圈圈_圈.霸圈瓢-由 l一由霍嚣霜图丽函商捆融一圈
7、1 系统结构曩理圈2.2CAN 节点的硬件设计80C196KC 片内集成了 A/D 转换器,其中包括了一个模拟多路转换开关,采样和保持电路以及 l0 位的模数转换嚣 A/D.80C196KC 可选择任一模拟通道,对输入的模拟信号进行采样和保持,并将其转换成数字信号.在各现场控制模块中,传感器检测的信息,通过 80Cl96KC 内置的 A/D 转换器进行 A/D 转换后发送到 CAN 总线上,披监控终端接收显示.在 CAN 总线通信接 71 中,采用 PHILIPS 公司的CAN 控制器 SJA1000HCAN 收发器 PCA82C250 芯片.为了提高抗干扰能力,在 SJAl000 和 PCA
8、82C250 之间使用光耦 6N137,如图 2 所示.圈 2CAN 节点电路原理田2-3 键舷和示器接 fI8279 是 INTEL 公司生产的一种专用于键盘和显示器的接 VI 芯片,它的最大特点是自身能提供扫描信号,可代替 CPU(在本文中指 80C196KC)完成对键盘和显示器的控制,管理.减少相应的程序量,从而减轻 CPU 的负担,提高其工作效率.8279 芯片的主要用途是作为微机连接键盘和显示器的接口.使用 8279 一般可接 64 个按键,最多可管理 256 个键.连接显示嚣时,可接 8 位(8 个)或】6 位(16 个) 七段式 LED 显示器 .在实际连线时,8279 的扫描线
9、 SL0SL3(4 根线)作为键盘的列扫描线及 LED 显示器动态显示的位选线.在内部译码输出时(方式命令字的 DO=1),SL0 SL3 在每一时刻只有一位为低电平输出.此时 8279 只能外接 48 键盘和 4 位显示器.当外部译码输出时(方式命令字的 DO=0),外接 3-8 译码器可按 88 键盘,外接 4-16 译码器可按 16 位 LED显示器.8279 的工作在相应的命令字的控制下进行,在程序中向 8279 送人命令字称为对 8279 的初始化.8279 初始化之后,键盘的行值经键盘回复线 RLORL7 进入 8279 井缓冲锁存.芯片内部逻辑部件对它进行行扫描检查,以查找此时选
10、中的列内被按下的键.如果检测到某键披按下,则去抖动电路延时10ms,然后电路重新监测此时键是否仍然闭合.如果确有键闭合,便将该键在键阵列对应的健值送人8279 的 FIFORAM 中,并发出中断,请求 CPU 处理.8279 的输出线 OUTA03IOUTB03 为七段式 LED显示器的段选代码输出,经驱动器送至 LED 的各段.SL0 SL3 同时作为位选输出,经译码驱动后送至各位 LED.当需要显示某个电气参数时 ,只需向8279 写人显示命令后再向其数据口输出相应的显示代码即可.3 软件设计3.1cAN 通讯议CAN 协议通信格式中有 4 种帧格式:数据帧,远程帧,出错帧和超载帧.其中数
11、据帧和远程帧的发送需要在 CPU 控制下进行,而出错帧和超载帧的发送则是在错误发生或超载发生时自动进行的.在设计时,本系统采用 CAN2.0B 协议,并定义在 CAN总线上传输的数据包为标准帧格式.CAN2.0B 标准帧结构如表 l 所示.一个完整的数据帧格式,除仲裁域,控制域和数据域外都是 CAN 控制器发送数据时自动加上去的,而仲裁域,控制域数据域则必须由 CPU 控制面西百函计o研究与开发蒋 I4 卷第 9 期襄 1CAN20B 协议标准格式给出.用 SJA1000 时,写发送缓冲器的 TXIDO,TXID1寄存器即设定了相应的仲裁域和控制域.TX1D0 寄存器即为仲裁域的高 8bits
12、,TXIDI 寄存器的高 3 位为仲裁域的低 3 位.TXIDl 的第 5 位为 RTR 位,即远程请求位,在数据帧中为“0“?TXID1 低 4 位标示数据域所含字节数的多少,称为 DLC.发送的数据组成数据城,最多不超过 8bytes.远程帧与数据帧的差别在于没有数据域.除此形式上的差别外,在远程帧中 RTR 位须置“l, 表示请求数据源节点向它的目的点(即发送远程帧的节点)发送数据.源节点接收到该帧后,把要发送数据用数据帧发给目的节点,完成数据请求.CRC 城与 ACK 域都是在低层次上为提高传输的可靠性而自动进行的.任何帧与帧之间是帧间空间.CAN2.0A/B 规范仅定义了 OSI 模
13、型的数据链路层,物理层,而没有规定 OSI 模型的上层.当用户要组建一个具有实际工作意义的 CANbus 通讯网络时,必须自己制定应用层协议.当 CAN-bus 网络节点的数目不多,或者所有节点基本上都由用户自行设计时,用户只需要规定一个简单的应用层协议本系统所采用的应用层协议格式如表 2 所示.部分注释说明如下:(1)TagAddr(0-31):目标节点地址,可以支持同一网络上连接 32 个节点,(2)FEnd:帧结束标志,1 表示有后续帧,0 表示结束帧 l(3)FCnt:帧计数位.从 O0 开始,每帧递增循环;(4)serviceType:服务类型,包括“参数查询/控制命令“等 8 种类
14、型(5)Dir:传输方向,0 表示从源节点到目标节点(数据帧 ),1 表示向目标节点申请数据(远程帧)(6)DLC:每帧字节数 (18)t 值大干 8 时仅传输 8 个字节,(7)Bytel-Byte8:每帧可传输 8B 的数据 I 大干 8B 时需要分帧传输.在监控终端和现场控制模块实际通信时,需要用到以下标准帧:监控终端向现场控制模块发送的请求电气参数上传的远程帧.监控终端向现场控制模块发送包含控制命令或参数查询信息的数据帧;现场控制模块向监控终端发送包含电气参数信息的数据帧.其中各数据帧之间通过“ServiceType 和“DLC“位来区别.裹 2 自定义的 CAN20B 应用层协议帧格
15、式3.2CAN 总线通估流各现场控制模块都由主程序和中断处理程序组成,如图 3 所示.CAN 初始化过程主要是设置ACR,AMR,BTR0,BTR1,0CR 等寄存器.需要洼意的是,SJA1000 的初始化只有在复位模式下才可以进行.在主程序中,完成电气参数数据的采集并在总线空闲的时候,向监控终湍发送电气参数数据.执行过程中,若发生 SJA1000 的通讯中断(例如,接收到来自监控终端的命令),则进入中断处理程序.在中断处理程序中,根据中断的类型进行相应的处理.其中,当 CAN 节点之间通信过程出错时,产生出错中断;当接收缓冲区溢出时,产生溢出中断,CAN 节点接收到数据时,产生接收中断.在接
16、收中断处理中,除了接收数据帧外,还根据帧中的 ServiceType 字段,判断服务类型,执行相应的操作.监控终端也是由主程序和中断处理程序组成,其程序流程图结构与圈 3 相似.主程序主要完成硬件初始化过程,包括 SJA1000 的初始化和 8279 的初始化.当有键按下时,8279 即向 CPU 发出中断请求,CPU 转入中断处理程序后,便从数据口中取得键值(键按下时,该键的编码已送入 8279 的 FIF0RAM 之中),此键值为键在矩阵中的编号值.并非是实际的命令代码(即它是一个中间代码,该键所代表的命令代码由用户根据系统的需要加以定义),读入键值并在预先定义的命令表查该键值对应的命令,
17、进而调用发送子程序通过 CAN 总线向相应的节点发送指令.而在 CAN 总线中断处理程序中,首先接收现场模块发送过来的参数数据,然后向 8279 写入显蠹圃啊一.圈幽.基于 Agent 的建筑项目管理模型研究豳.嗣一.l 豳璺蟊盈_嘲酗隧瞄嘲_h蘑!豳 l 髓近年来.国家通过制定和实施建筑法等一地总结了中国建筑业施工项目管理体制改革的主要系列法律法规,在工程建设领域着力推行了.项 Igl 经验 ,并借鉴国际先进的管理方法,进一步统一和法人制,招标投标制,建设监理制,合同管理制,规范了建筑工程项目管理的相关概念,程序和标从而把中国建筑工程的项目管理工作水平提高到一洼,加快了与国际管理接规的进程.
18、面对中国加入个新的高度.特别是国家建设部于 2002 年 1 月发布 WTO 后建筑市场逐步开放的形势.国内大中型建的国家标准建设工程项 Ifl 管理规范,全面而科学筑企业要在项目管理上与强者争锋,要向项目管理牧稿日期 2005 埘.15 雯殁鬣,琵而企业核心霓争力.而建筑项目霄理信睹简介;李利,工程师.息系统是提高项目管理质量的重要手段和方法 .因示命令,再向其数据口输出显示代码,即可在 LED4 结束语显示器上显示相应的电气参数.实际运行表明,本文介绍的基于 CAN 总线的机干越力芎巩日厦 l1J 日禾 I 忧皿,_I:邑一模块出现严重错误时,可自动脱离总线而不影响其,一 I1 一,r_罢茹 .釜主薹否 i_- 一.一l_1.-,r_ 参考斓 :一】1 郭宽明 CAN 总线原理和应用系统设计M】.北帝:北京 1q,rI _1|,番航空航天大学出版社,2001.LJ?,I一 J“ISemiconductors,1992.圈 3 现场控峨块主囊序藏疆墨和 cAN 中|址曩 f3】孙; 番芳.盯 ELl6 位单片机【M.北京:北京航空航天大学iti|出版杜,1996.皿 2005.9 总第 102 期 I_.
