分析仪器CAN网络通信设计

　　基于单片机(80C196)或微处理器(DSP、ARM 等)的多组分气体分析仪采用功能强大的CPU，可实时快速测定各种燃烧设备的各项热工参数。根据测量数据，通过自动调节装置调整风量，保持适当的空气/燃料比，使燃料系统达到最佳运行状态，以获得最高的燃烧效率和最低的燃料消耗。仪器还可以测定CO、SO2、NO、NO2、烟气黑度等参数，并配有液晶屏、键盘等外设。

　　CAN(CONtroll Area Network)是国际上应用最广泛的现场总线之一，使用了一种串行多控制方通信协议，可以有效地支持分布式实时控制，并且具有很高的安全性和高达1Mbps的通信速率。

　　一个包含PC 机和n-1(n≤110)个智能节点的CAN 总线网络结构图如图1 所示。

　　图1 n 个节点的CAN 网络结构图

　　信息的传输采用CAN 通信协议，传输介质采用双绞线，如果需要进一步提高系统的抗干扰能力，还可以在控制器和传输介质之间加接光电隔离，电源采用DC-DC 变换器等措施。

　　1 分析仪器CAN 网络应用层协议的制定

　　CAN 的国际标准中只定义了物理层和数据链路层的规范，由于本项目构建的CAN 总线网络节点数目不多，所有节点都由项目组自行设计，不需要与国际标准设备进行接口，所以，这里根据本项目的具体情况，制定了一个简易的CAN 应用层协议。

　　根据厂方要求，网络初步规划应至少可容纳16 个节点。上位机收集各分析仪器的信息，包括气体组分分析含量、出错信息和被测气体的一些参数，如温度、压力、流量等，也返回一些控制信息给智能节点。在每个分析周期从节点的气体组分分析结果送往主节点，主节点待收到所有待测组分含量后，将所有信息一并送往上位机。网络中的任一台分析仪器均可做为主节点或从节点，甚至在没有上位机的情况下也可以做为上位机。

　　在CAN 系统中，以11 位(标准帧)或29 位(扩展帧)的标识符来标识数据的含义，标识符决定了信息的优先权和等待时间，同时也影响信息滤波的适用性。因而，合理、高效的信息标识符ID 分配方案是充分发挥CAN 总线性能的前提条件。

　　分析仪器主控制器之一F2812 DSP 片上共有32 个邮箱，在SCC 模式下0-15 邮箱可用，在eCAN 模式下，32 个邮箱全部可用，可以很方便地实现主节点对从节点信息的接收和存储。故推荐采用主控制器为F2812 的分析仪器作为该网络中的主节点，选择eCAN 模式，使用标准标识符(11 位)，对其进行如表1 所示的静态分配策略，即可满足上位机和主节点识别帧来源和帧意义的要求。

　　2 网络通信程序

　　2.1 上位机端初始化

　　上位机端主要完成对各分析平台分析结果的采集、显示，使用PC 机加CAN 通讯卡KPCI-8110。KPCI-8110 上集成了独立的CAN 控制器SJA1000。SJA1000 用于移动目标和一般工业环境中的区域网络控制(CAN)，在使用前要先对其进行初始化。

　　上位机显示界面采用适合快速开发的可视化面向对象高级语言VB 来编写。KPCI-8110CAN 适配卡提供.dll 驱动和.lib 库函数，通过在VB 程序中调用相关的驱动函数就可以实现CAN 适配卡的配置和数据的读写。

　　上位机端接收数据的流程如图2 所示。

　　图2 上位机接口函数使用流程图

　　数据接收到上位机之后保存在一个大容量的内存缓冲池内，用户只需实时通过函数CAN_ReadDataNum(mindex) 查询缓冲池内的数据量， 再通过函数CAN_ReadBlockData(mindex,num,obyte)及时读走保存即可。其中obyte 为接收数据起始指针。

　　CAN_ClearBlock(mindex,num,obyte)为清空从obyte 指针开始的缓冲池空间。

　　注意：由于SJA1000 CAN 控制器每个地址存储8 位数据，而F2812 内置CAN 控制器每个地址存储16 位数据，而且标准数据帧的标识符也不是从字节的起始位开始的，所以定义标识符的时候要按照不同控制器的要求来定义。例如F2812 内置CAN 控制器定义数据帧标识符为344 0000(bit28-bit18 为标识符位)，SJA1000 独立控制器对应的标识符应为1A20(bit15-bit5 为标识符位)。