CAN(Controller Area Network)總線又稱為控制局域網(wǎng)，是一種多主方式串行通信協(xié)議，能有效地支持具有很高安全等級的分布實時控制。由于CAN總線具有造價低、通信速度快、可靠性高、實時性強等突出優(yōu)點，在汽車行業(yè)、機械工業(yè)、家用電器及傳感器等領(lǐng)域應用廣泛。

　　溫室控制技術(shù)是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要內(nèi)容，在目前的溫室系統(tǒng)中主要是靠RS-485總線來組成控制網(wǎng)絡，將采集到的數(shù)據(jù)和信息傳送到主控機中。其通信速率、節(jié)點連接數(shù)目都受到一定的限制。

　　本文提出了以CAN總線構(gòu)成現(xiàn)場控制網(wǎng)絡。CAN總線的通信速率最高可達1 Mbps／40 m，掛接的設備可達110個。另外信號的傳輸采用短幀結(jié)構(gòu)，這樣傳輸時間短，受干擾的概率低。并且一旦網(wǎng)絡中某個節(jié)點故障時，該節(jié)點具有自動關(guān)閉輸出功能，以主動切斷該節(jié)點與總線的聯(lián)系，使網(wǎng)絡上其他節(jié)點及通信不受影響，具有較強的抗干擾能力，降低了惡劣環(huán)境對于溫室系統(tǒng)的影響，提高了系統(tǒng)的實時性、可靠性和擴充性。

　　1 系統(tǒng)總體設計

　　溫室測控系統(tǒng)采用分布式多主方式進行通信。系統(tǒng)主要由主控上位機、CAN總線和多個智能測控模塊組成(注意：各個智能測控模塊之間存在強烈的相互關(guān)系)。通過對溫室內(nèi)外，特別是溫室內(nèi)部各種影響作物生長的要素用相應智能傳感器進行測量，然后通過CAN總線傳送給主控上位機，上位機進行數(shù)據(jù)打印、分析和處理、參數(shù)設置并且控制有關(guān)設備等工作，從而實現(xiàn)對溫室要素的調(diào)控，保證了作物生長所需的環(huán)境。系統(tǒng)上任何節(jié)點均可在任意時刻主動向其他節(jié)點發(fā)出信息，支持點對點、一點對多點和全局廣播方式接受和發(fā)送數(shù)據(jù)。圖1是溫室測控系統(tǒng)總體設計圖。

　　2 硬件平臺設計

　　溫室測控系統(tǒng)的硬件平臺主要由多個CAN智能節(jié)點構(gòu)成，如圖2所示。本系統(tǒng)節(jié)點采用總線型拓撲結(jié)構(gòu)，兩芯電纜(CANH和CANL)雙絞線連接。主要由微控制器MC68S08QG8，CAN通信控制器MCP2515和CAN收發(fā)器TJA1050組成。本文中微控制器MC68S08QQ8與控制器MCP2515是通過SPI口連接，測控節(jié)點通過微控制器MC68S08QG8的IIC口來連接的。智能節(jié)點的個數(shù)是由溫室內(nèi)外所測控的環(huán)境要素來決定的，但是任意智能節(jié)點均可以像以太網(wǎng)節(jié)點那樣直接掛接在CAN總線網(wǎng)絡上，即在不犧牲可靠性的前提下進一步擴展現(xiàn)場測控節(jié)點的數(shù)量。

　　2．1 芯片介紹

　　選擇一款合適的MCU是系統(tǒng)穩(wěn)定的重要保障。綜合功耗、性能和價格等各種因素的考慮，本系統(tǒng)采用Freescale公司的MC68S08QG8(以下簡稱為QG8)作為系統(tǒng)控制信號采集的芯片。MC68S08QG8單片機采用高性能、低功耗HCS08飛思卡爾8位微控制器為內(nèi)核，是一款集成度高、結(jié)構(gòu)緊湊、功能豐富、適用于各種場合的低價位單片機。MC68S08QG8除了提供Freescale豐富的外圍接口與HCS08內(nèi)核卓越性能的多功能組合外，還包括更長的電池壽命(即使工作電壓低至1．8 V，也能發(fā)揮最大效能)、業(yè)界領(lǐng)先的Flash技術(shù)、3個通信接口(SCI、SPI和IIC)以及創(chuàng)新的開發(fā)支持等其他系列單片機不可比擬的優(yōu)勢。

　　智能節(jié)點中CAN控制器完成了CAN協(xié)議中數(shù)據(jù)鏈路層和物理層的所有功能，保證通信質(zhì)量。本系統(tǒng)選用了一種獨立的CAN協(xié)議控制器——Microchip公司的MCP2515。MCP2515完全支持CAN V2．0B技術(shù)規(guī)范，MCP2515還包含3個發(fā)送緩沖器和2個接受緩沖器，減少了單片機的管理負擔。與傳統(tǒng)上使用的CAN控制器SJA1000相比較，它與MCU的連接是通過行業(yè)標準串行外設接口(SPI)來實現(xiàn)的，這樣可以減少芯片使用的引腳，簡化CAN總線的電路的連接，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性。

　　CAN總線收發(fā)器提供CAN控制器與物理總線之間的接口，是影響CAN總線網(wǎng)絡安全性、可靠性和電磁兼容性的主要因素。本系統(tǒng)采用Phlips公司的TJA1050作為總線收發(fā)器。TJA1050有兩種工作模式：高速和待機，其中待機模式可以防止由于CAN控制器失控而造成的網(wǎng)絡阻塞。并且在TJA1050中還設計了一個超時定時器，用以對TXD的低電壓(此時CAN總線上為顯性位)進行監(jiān)視。該功能可以避免由于系統(tǒng)硬件或者軟件故障而造成TXD端長時問為低電位時總線上所有其他節(jié)點也將無法通信的情況出現(xiàn)。

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