基于LPC2109的冷藏车CAN总线温度采集系统的设计|冷藏车温度

引言 在当前的汽车产业中，出于对安全性、舒适性、方便性、低公害、低成本的要求，各种各样的电子控制系统被开发了出来。由于这些系统之间通信所用的数据类型及对可靠性的要求不尽相同，由多条总线构成的情况很多，线束的数量也随之增加。为适应“减少线束的数量”、“通过多个LAN，进行大量数据的高速通信”的需要，1986年德国电气商博世公司开发出面向汽车的CAN（Controller Area Network）通信协议。此后，CAN通过ISO11898及ISO11519进行了标准化，现在在欧洲已是汽车网络的标准协议。CAN即控制器局域网，它能有效支持高安全等级的分布实时控制。CAN的应用范围很广，从高速的网络到低价位的多路接线都可以使用CAN。本文通过微控制器LPC2109的CAN功能接口，实现冷藏车温度数据在CAN总线上的传输。
CAN总线的基本特征
CAN总线有如下基本特点：
废除传统的站地址编码，代之以对通信数据块进行编码，可以多主方式工作；采用非破坏性仲裁技术，当两个节点同时向网络上传送数据时，优先级低的节点主动停止数据发送，而优先级高的节点可不受影响继续传输数据，有效避免了总线冲突；采用短帧结构，每一帧的有效字节数为8个，数据传输时间短，受干扰的概率低，重新发送的时间短；每帧数据都有CRC校验及其他检错措施，保证了数据传输的高可靠性，适于在高干扰环境下使用；节点在错误严重的情况下，具有自动关闭总线的功能，切断它与总线的联系，以使总线上其他 *** 作不受影响；可以点对点，一对多及广播集中方式传送和接受数据。
CAN总线的优点：
具有实时性强、传输距离较远、抗电磁干扰能力强、成本低等优点；采用双线串行通信方式，检错能力强，可在高噪声干扰环境中工作；具有优先权和仲裁功能，多个控制模块通过CAN控制器挂到CAN-bus上，形成多主机局部网络；可根据报文的ID决定接收或屏蔽该报文；可靠的错误处理和检错机制；发送的信息遭到破坏后，可自动重发；节点在错误严重的情况下具有自动退出总线的功能；报文不包含源地址或目标地址，仅用标志符来指示功能信息、优先级信息。
硬件电路的设计方案
CAN总线接口芯片的选择
目前广泛流行的CAN总线器件有两大类：一类是独立的CAN控制器，如PCA82C200、SJAl000及等，另一类是带有片上CAN的微控制器，如STM32F103、LPC2109等。设计选用PHILIPS（飞利浦）公司的LPC2109微控制器以及PCA82C250总线收发器。
LPC2109有8K的RAM空间和64K的Flash空间，足以烧写和运行CAN通讯代码，工作温度-40℃～+85℃，适合冷藏车的工作环境。因为LPC2109自带高性能CAN通讯接口，省去了使用独立CAN控制器的开销。而且，相对于独立的CAN控制器而言，LPC2109的CAN接口更加完善。在传统的独立CAN控制器SJA1000中，接收过滤只能满足一些规律性较高的ID筛选过滤，或个数较少的ID（一般小于10～15个）进行任意筛选过滤，难以实现更复杂的任意ID进行筛选过滤，这无疑增加了系统软件设计及运行时负担。LPC2109微控制器中为自身CAN控制器提供了全局的接收标识符查询功能。它包含一个512×32（2k字节）的RAM，通过软件处理，可在RAM中存放1～5个标识符表格。整个AFRM可容纳1024个标准标识符或512个扩展标识符，或两种类型混合的标识符。由于允许的表格范围有2k字节，所以能容易地满足设计复杂ID接收过滤的要求。
总线收发器P C A 8 2 C 2 5 0是LPC2109微控制器和物理传输线路之间的接口，它们可以用高达1Mbit/s的位速率在两条有差动电压的总线电缆上传输数据。最低-40℃的工作温度决定它可以稳定地工作在冷藏车中。
温度采集芯片的选择
设计选用DALLAS（达拉斯）公司的DS18B20温度传感器，测温范围-55℃～+125℃，固有测温分辨率05℃，适合冷冻库等测温环境使用。DS18B20拥有独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。
硬件设计原理框图
硬件设计原理框图参见图1。
软件设计方案
温度采集程序设计
DS18B20在使用前需要初始化，根据芯片的时序特点，通过复位和置位芯片引脚，编写初始化函数Init_DS18B20( )，读函数unsigned char ReadOneChar( )以及写函数WriteOneChar(unsigned char dat)。
在初始化完成后，微控制器向温度传感器DS18B20发送启动温度转换命令0x44可以启动温度采集，再通过
CAN功能的初始化
通过对相关寄存器的访问和修改，设置CAN通讯波特率，CAN验收滤波方式，错误警告边界以及CAN通讯的中断处理方式，初始化完成之后，LPC2109的CAN模块进入工作模式。在初始化的过程中用到的寄存器有工作模式寄存器CANMOD，中断使能寄存器CANIER，总线时序寄存器CANBTR，出错警告边界寄存器CANEWL，命令寄存器CANCMR等。因为需要对总线上的数据进行过滤，需要设置在验收过滤RAM中设置需要接收的节点ID号。初始化流程图如图2所示。
CAN数据的发送与接收
接收程序是通过CAN接收中断来实现的，中断的设置在初始化中完成。当接收到相应节点发出的数据时，触发CAN接收中断，LPC2109开始处理中断服务子程序，只需从接收缓冲区中读出数据。通过分析该数据，如果发现该数据是一个节点发出的读取冷藏车温度的命令，那么微控制器将启动温度传感器DS18B20的温度采集函数，并将该函数的返回值通过CAN数据发送程序发送给对应节点。数据发送程序将取出的温度值组信息帧，将信息帧发送到CAN控制器的发送缓冲区中，同时把LPC2109的CAN节点ID地址，填入发送帧信息寄存器中。最终通过置位命令寄存器CANCMR中的相应位，启动CAN缓冲区的数据发送。
结语
基于LPC2109的冷藏车CAN总线温度采集系统将具有高可靠性和良好错误检测能力的CAN总线用于冷藏车的温度采集上，极大地提高了当前冷藏车在温度采集上的实时性和准确性，另外，由于LPC2109微控制器自身集成CAN控制器，不用再选择独立CAN控制器，大大降低了硬件成本。
参考文献：
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[5] 崔清玲基于CAN总线的采集模块在机舱监测系统中的应用研究[D]武汉理工大学,2008

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