CAN总线在测控系统中的应用研究

摘要：在测控系统中应用CAN总线，充分利用CAN总线的优点，使系统庞大，应用环境复杂的测控系统中分系统之间的信息交换可靠地进行，提高整个测控系统可靠性。提出了3种CAN总线节点实现方法，在比较各种实现方法的基础上，选择了DSP芯片的方法。在某雷达设备改造中，分系统之间的通信采用CAN总线，CAN总线的灵活性、高稳定性、强的抗干扰能力都得到了充分的体现。
关键词：CAN总线；测控系统；DSP；DSP芯片

0 引言
    CAN总线是德国Bosch公司为现代汽车电子应用率先推出的一种多主机局域网现场总线，在汽车制造、工业控制、医疗器械、建筑和环境控制等领域中已得到广泛应用，成为自动化领域最具有应用前景的现场总线之一。
    当前，工业现场设备过程控制已经进入了一个新的阶段，现场总线技术的普遍应用和基于嵌入式微处理器的智能化设备是主要特征。

1 CAN总线优点
    CAN总线之所以在各行各业得到了广泛的应用，是因为它具有许多的突出优点，主要有如下几个方面：短帧结构，传输时间短，受干扰概率低，适于复杂环境；每帧信息都采用CRC校验及其他检错措施，数据出错率极低；通信介质选择灵活，可以是双绞线、同轴电缆或光纤；不会出现因个别节点出问题而影响整个总线正常工作；任一节点可在任一时刻主动发送，这是CAN总线灵活通信方式的基础；信息以标识符分为不同的优先级，可满足不同的实时性要求；速率最高可达1Mb／s，最远可达10km；节点数可达110个。

2 CAN总线在测控系统应用设想
2．1 总体设想
    目前，测控系统突出的特点是数字化、模块化、小型化和智能化等。通常情况下，测控系统可分为如下几个分系统：发射分系统、高频接收分系统、基带分系统、伺服分系统、时频分系统、监控分系统等。作为测控系统的一部分，这些分系统之间需要进行通信，甚至分系统内部也需要交换信息。作为抗干扰能力特别强的CAN总线，非常适合这样的应用环境和场合。图1为CAN总线在测控系统的应用框图。

2．2 CAN总线节点设计与实现
    CAN总线节点设计主要依据是CAN总线协议，每个节点必须实现CAN协议规定的各种功能。目前，CAN总线的实现方法主要有3种：一种是用专用器件实现，这些器件主要有SJA1000和PCA82C250。其中，SJA1000器件完成CAN协议的所有功能，PCA82C250器件完成CAN总线物理层电平转换的功能。另一种方法是用于大规模集成电路上集成的CAN接口模块，这些芯片有DSP芯片和ARM芯片等，可以用这些芯片实现CAN控制器功能，完成CAN协议规定的各种要求，这种方法也需要PCA82C250等器件完成CAN总线物理层电平转换功能。第三种方法是用现场可编程逻辑器件来实现，如FPGA芯片。这种方法需要用户实现CAN协议要求的功能，难度比较大，但这种方法的最大优点是灵活，可以根据用户要求有针对性地实现所需要的功能。图2为用DSP芯片实现的一个CAN总线节点。

2．3 在某雷达伺服系统中的应用
    某雷达伺服系统改造中使用了CAN总线完成伺服分系统内部的信息交换。该伺服系统由伺服控制分系统(ACU)、天线驱动分系统(ADU)和轴角编码分系统(PDU)组成。其中，天线驱动分系统分为方位驱动和俯仰驱动2个部分，框图如图3所示。

    ACU是整个伺服系统的控制中心，也是整个伺服系统信息中心。它收集其他分系统的各种数据，经过处理后，再发往其他分系统。ACU的CAN节点由一块CAN接口卡实现，方位和俯仰驱动部分CAN节点由DSP芯片实现，轴角编码分系统CAN节点由FPGA和SJA1000芯片实现。

3 结语
    CAN总线作为一种抗干扰能力强的现场总线，具有许多良好的性能。通常情况下，伺服系统的电磁环境复杂，对信号造成很大干扰，严重时，使系统无法正常工作，CAN总线应用于伺服系统，使整个系统的可靠性和稳定性得到极大的改善。