基于CAN总线的三轴磁场监测系统设计

总线上与地并联的小于 100pF的电容，可以起到滤除总线上的高频干扰和一定的防电磁辐射的作用。为匹配总线阻抗，总线两端接有两个分离的 120?电阻，可较大的提高数据通信的抗干扰能力及可靠性，并可优化高频性能。

2.2 三轴磁传感器模块化设计三轴系统能完整接收目标的磁感应强度矢量，信号完整、信息量充分。本文基于 PNI专
用 IC设计一款三轴磁传感器模块。
一、采用 PNI磁敏传感器 SEN-L
SEN-L磁敏传感器具有较高灵敏度、量程宽、线性度好等优点，因是无源敏感器件，还降低系统电路功耗。另外，其响应时间快，有较好的抗干扰能力，受温度影响也较小，基于本设计的应用对象、应用环境以及成本的考虑，选择 SEN-L作磁探头。
二、采用专用 IC 11096 实现三轴数据采集
PNI 11096系列是在 PNI公司的磁通传感器的基础上研制出的一种低磁测量应用专项集
成电路，可以控制和测量 3个分立的磁通传感器。每个传感器都会在其相应平行的磁场内感应磁场变化。PNI 11096含括了信号调理电路、采样、A/D转换电路等；具有完备的三轴磁式感应控制器；其抽样率高，每秒达到 2000个样品。本系统通过全数字 SPI总线接口进行数据传输。子模块电路如图 3所示。

在设计中，采用 3VDC供电，Rb取 43 ?电阻，0.1 uF电容作用是稳定供电源，100K电阻为下拉电阻。PNI 11096在 MSP430F169（MCU）控制下通过 SPI完成采样数据的传输，在 MCU中完成数据的数字化的信号处理、优化打包、存储以及节点 SPI通信控制等。 PNI与 MCU的 SPI0内置模块引脚连接。 3 CAN系统节点软件设计
节点模块中 MSP430F169单片机在数据处理、优化存储之外，还承担着执行 CAN传输协议、控制数据的打包、收发、检错、剔除奇异值等任务，其与 CAN总线协议相关的主流程如图 4所示。

CAN协议支持的是 8个字节的短帧结构。在实际的传输过程中对报文的打包和解包是一个关键问题。本协议构建了两个 FIFO缓冲区用于 CAN总线数据的读缓冲区和写缓冲区。

在收到应用层的发送报文请求时，首先确定报文是否需要拆包，同时根据通信协议所规定的格式将报文转换成符合 CAN数据链路层格式的帧，并将其放在发送缓冲区。在定时器中制定相关的程序不断对循环队列进行扫描，若发现队列中有数据等待发送，调用帧的发送程序依次发送。
采用中断接收的方式将数据从 CAN总线上接收下来，每接收到一帧数据，将其存放于接收缓冲区中，当判别到接收缓冲区收到一包完整的报文后，用中断的方式通知单片机，将整理好的数据交付给应用层，当单片机将数据读走后，清空循环队列的相应部分，以备下次数据的存放。 4 实验结果及分析
实验通过构建两个节点组成的最小 CAN总线系统，完成节点程序编写、调试和数据通讯实验分析。在无磁实验水池完成测试，实验设置：分别放置三轴磁探头于水池中间试验台，水池中一磁性船模通过，节点单片机通过 SPI串口控制 PNI采样及三轴数据实时回传，主控模块通过 CAN总线控制节点模块上传采样数据。采样频率 3Hz，参考电压+5V。图 5是实验船从某个方向经过时传回的数据。
由大量实验数据分析可得本系统特点：系统有较大的磁场测量范围，较高的分辨率；磁滞低：磁传感器磁滞越小，重复性越好，探测精度越高；抗干扰性能好，抗电子干扰能力强。同时验证了基于 CAN总线的数据传输格式及部分通信协议的可行性和可靠性，为 CAN总线在大型电机状态监测系统的应用提供了可靠的依据。