基于CAN总线的智能控制器设计

了增强其干扰特性，在数字信号进入微控制器之前加入了光电隔离电路。我们这里采用高速晶体管光耦HCPL0531进行隔离，针对光耦的传输特性而言，在逻辑低电平时，R=1.9 kΩ时的传播延迟时间达到0.45μs，最大为0.8μs，上述计算中取得R=1.2 kΩ随着R的减少延迟时间将有所减短。

2.3 系统模拟信号输出电路

本设计将设计2路模拟量输出，主控制芯片内嵌了DAC，可以将数字量转换成模拟量电压信号传输到现场，由于电压信号在传输过程中会造成衰减，于是增加了V/I转换电路，在输出模拟信号时，常以电压信号为准，但针对传输距离较长会导致电压信号有所衰减，通常改进的办法是增加信号接收端的输入电阻，可是输入电阻的增加会对线路的抗干扰性产生降低的影响。所以在此我们将电压传输变为电流传输，其中V/I设计中用到运放TLV223 CDBV，该运放采用单电源直流5 V供电。经过V/I电路实现0～20 mA电流的输出。

2.4 系统数字信号输出电路

针对此模块设计，本设计包括4路数字量输出，产生的数字信号由处理器产生频率信号经过主控芯片I/O输出。对此本设计考虑到两点：将产生的二进制0或1直接输出到执行器前，会受到外部干扰，此处采用了光电隔离处理，选用了H11A817A作为光电隔离器件，集电极输出电流为50 mA;再者由于数字输出口的驱动能力较低，所以在此选用高耐压，大电流达林顿阵列，由7个硅NPN达林顿管组成的ULN2003AD，该器件电流增益高，灌电流可达500mA，工作电压较大，具有较宽的温度范围，所以选取该器件来提高数字输出端口的驱动能力。

该电路的工作原理：对于第一路数字量输出来说，第一种情况若DO0端输出电压信号为低电平时，则H11A817A的发光二极管导通发光，致使光敏三极管端导通，输出信号接在光敏三极管集电极，隔离后得到高电平信号。第二种情况若DO0端输出高电平。光敏三极管不导通。最终得到低电平信号。

3 测试系统软件设计

为了使系统实现需要的功能，还必须有软件的支持。在此主要用C语言编写单片机的软件程序，软件部分主要完成对传感器信号A/D，D/A转换处理，CAN总线的通信等工作。该控制器实现是通过微处理器把信号调理电路输出的信号进行转换，以便于进一步处理、传输等。所有功能都在这个主循环里面实现，只需调用这个主循环以外所定义的功能函数。根据不同的值执行与之对应的处理程序，A/D，D/A在系统初始化后，启动并不断转换采样通道并根据采样值不断更新显示，当有中断发生时执行中断服务程序。

对于整个设计框架，主程序尤为重要，系统开启时，主程序调用各个模块的功能子函数进行初始化，主函数将各个子程序连接起来，处理各个事件，等到程序运行结束后，再还原系统环境。本系统的软件部分主要包括：STM32自带ADC寄存器设置，AD转换程序，CAN通讯收发程序，DA转换程序等。总流程如图6所示。

4 通讯设计

制定iCAN协议的思路源于为中国中小型CAN应用网络提供一种简单、可靠、稳定的应用层协议。在充分汲取了DeviceNet协议和 CANopen协议之精萃的基础上，优先保障通信数据的可靠性与实时性，以相对简单的方式进行数据通信，从而有效降低了硬件实现成本，这就是iCAN协议的巨大优势。系统iCAN所具备的特点结构简单，灵活构建、低成本，而且由于采用CAN总线还具有良好的可靠性和稳定性，同时iCAN系统具有易于组态，安装、运行、维护简便的特点。

iCAN协议规范中，I/O数据单元分为7个不同的空间，占用0x00—0xdf数据空间：数字量输入单元DI、数字量输出单元DO、模拟量输入单元 AI、模拟量输出单元AO、串行接口0单元、串行接口1单元以及保留部分。iCAN协议中资源节点占用256字节空间：对于任意I/O数据需访问指定资源节点地址，但对于配置资源中的IO配置单元要通过资源节点地址以及子地址的方式访问，如图7所示说明报文处理流程。

5 结论

本设计的CAN控制器具备运行速度快、体积、性能可靠、功耗低等特性，实现了工业现场的数据采集、数据处理、数据输出以及CAN控制器与上位机通讯等功能。在模拟量与数字量的采集基础上，CAN控制节点上也有很大余量。本设计主要是针对当前工业控制的需求和现有工业设备接口单一、传输距离有限、数据网络化程度较低等多方面的缺点而开发设计的，设计出了这款接口种类多、体积小、可靠性高、易操作的新型CAN智能控制器设备。达到预期效果。采用 STM32F103RC平台控制板进行软件模拟测试，数据正常采集输出。