隨著工業(yè)智能化的發(fā)展，多傳感器系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。為克服傳統(tǒng)節(jié)點存在的一對一結(jié)構(gòu)、可靠性差等缺點，越來越多的儀表采用現(xiàn)場總線設(shè)計。CAN總線作為多節(jié)點互聯(lián)的現(xiàn)場總線之一，它以其獨(dú)特的設(shè)計以及結(jié)構(gòu)簡單、實時性強(qiáng)、可靠性高等優(yōu)點，逐步成為應(yīng)用最廣泛和最有前途的現(xiàn)場總線之一。

　　摘要：以TMS320F2808控制的CAN模塊為核心，設(shè)計了CAN總線節(jié)點模塊，以實現(xiàn)對ICP振動傳感器的振動信號進(jìn)行實時檢測和處理[1]。通過描述系統(tǒng)的硬件設(shè)計原理和軟件框架流程，介紹系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)方法。該系統(tǒng)能夠滿足傳感器系統(tǒng)對實時性的要求，方便、易攜，并且具有可重構(gòu)性，能夠?qū)崿F(xiàn)不同的算法。

　　關(guān)鍵詞：ICP振動傳感器,數(shù)據(jù)采集,DSP

　　本文介紹了一種基于DSP的CAN總線信息采集及通信系統(tǒng)。隨著數(shù)字信號處理技術(shù)與信息科學(xué)技術(shù)的融合，DSP憑借其較強(qiáng)的數(shù)字信號處理能力，強(qiáng)大的事件管理能力和嵌入式控制能力，廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化、智能化儀器儀表、電機(jī)控制系統(tǒng)等。設(shè)計該系統(tǒng)，選擇DSP芯片是一個非常重要的環(huán)節(jié)，一般情況下，運(yùn)算速度是DSP一個重要的性能指標(biāo)，也是選擇是考慮的主要因素。該文選用的是TMS320F2808。

　　1系統(tǒng)設(shè)計

　　本文根據(jù)DSP最小系統(tǒng)及CAN通信模塊，設(shè)計了硬件包括信號調(diào)理模塊、A/D模塊、CAN通信模塊。信號調(diào)理模塊是指對被測系統(tǒng)的加速度通過ICP加速度傳感器后的模擬信號到達(dá)A/D采集之前進(jìn)行的預(yù)處理，A/D轉(zhuǎn)換模塊把預(yù)處理后的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，CAN通信模塊把數(shù)字信號發(fā)送到上位機(jī)。上位機(jī)主要負(fù)責(zé)接受下位機(jī)CAN通信發(fā)送采集的數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)存儲、圖形顯示及對數(shù)據(jù)處理分析等功能。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　2系統(tǒng)硬件設(shè)計

　　2.1ICP加速度傳感器恒流源供電電路設(shè)計

　　ICP傳感器就是指內(nèi)置了集成電路的壓電傳感器。與傳統(tǒng)的傳感器相比，ICP采用恒流源供電，供電電纜同時做為信號輸出線[2]。ICP加速度傳感器的正常工作輸入工作電壓應(yīng)為18-33V，恒定電流應(yīng)為4mA。[3]本文通過LM334芯片為ICP傳感器提供一個4mA的恒流源，如圖2所示。

　　通過加二極管來消除由于溫度變化所引起的電流漂移，要設(shè)置的電流I是電流I1和I2的總和。

　　隨著R1和R2之間的比例的確定，R1和R2的值就應(yīng)該根據(jù)我們需要設(shè)置的電流來設(shè)置它們的值。計算T=25℃時設(shè)定電流的計算公司如下面所示，接下來的這個例子就是在二極管是上的壓降是0.6V，這個電壓相交的電阻值R1是67.7m（64mV+5.9%）R1/R2=10（從前面的算得知）

　　恒流源電路的計算：由ICP傳感器的參數(shù)知道，ICP傳感器正常工作是所需要的恒流源提供的典型電流的大小是4mA，所以我們要利用上面介紹的LM334的典型電路搭建一個為我們ICP傳感器提供4mA電流的恒流源電路。選用帶有一個二極管消除溫度干擾的電路。計算公式為：

　　因為沒有34Ω電阻的存在，雖然可以利用其他阻值的電阻搭建，不過顯得太麻煩，我們選用33Ω的電路，計算一下得到的電流是4.06mA誤差很小，只有1%左右。所以R1=33Ω。

　　由R2/R1=10得R2=330Ω。

　　電路圖如圖3所示：

　　2.2數(shù)字信號調(diào)理電路

　　傳感器輸出的微弱信號經(jīng)儀表放大器LM324進(jìn)行信號是反相比例放大電路，原理圖如下，輸入信號Ui經(jīng)輸入端電阻R1送到反相輸入端，而同相輸入端通過電阻R2接“地”。反饋電阻Rf跨界在輸入端和反相輸入端之間[4]。

　　根據(jù)運(yùn)算放大器工作在線性區(qū)時的兩條分析依據(jù)可知：

　　2.3DSP的電源設(shè)計

　　F2808芯片的一個特點就是采用內(nèi)核電壓和I/O電壓分開的雙電源供電方式，這有效的降低了芯片的功耗。因此在設(shè)計系統(tǒng)電路時，需要將+5V電源轉(zhuǎn)換成+3.3V和+1.8V給DSP供電，這就需要設(shè)計一個專門的電壓轉(zhuǎn)換電路，電壓轉(zhuǎn)換電路如圖5所示。

　　2.4CAN通信硬件設(shè)計

　　TMS320F2808片內(nèi)的eCAN控制器模塊是TI公司新一代32高級CAN控制器，完全兼容CAN2.0B協(xié)議[5]，支持?jǐn)?shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀，數(shù)據(jù)收發(fā)采用郵箱模式，可對中斷配置編程，能自動回復(fù)遠(yuǎn)程請求，有完備的錯誤診斷能力有自動重發(fā)功能，是一款性能很強(qiáng)，通用可靠的串行通信控制器。該文所選用的是SN65HVD232D芯片，硬件電路圖如圖6所示。

　　其中CANTX和CANRX接TMS320F2808的CAN管腳，CANH和CANL接外部的CAN總線，TMS320F2808DSP內(nèi)的CAM控制器必須通過CAN驅(qū)動芯片才能與外部的CAN控制器進(jìn)行通信。

　　F2808處理后的數(shù)據(jù)需要傳輸出去，由于其芯片內(nèi)嵌了增強(qiáng)型的CAN模塊，可以很方便的連接到CAN總線上。CAN總線采用一根單一的網(wǎng)絡(luò)總線，構(gòu)成多主競爭式總線結(jié)構(gòu)，具有多主站運(yùn)行和分散仲裁的串行總線以及廣播通信的特點。CAN總線上任意節(jié)點可在任意時刻主動地向網(wǎng)絡(luò)上其它節(jié)點發(fā)送信息而不分主次，因此可在各節(jié)點之間實現(xiàn)自由通信。

　　3系統(tǒng)軟件設(shè)計

　　對采集到的振動數(shù)據(jù)以時域處理的算法為理論，對上位機(jī)振動信號處理和CAN通信進(jìn)行軟件設(shè)計。

　　3.1DSP的軟件流程

　　系統(tǒng)的軟件開發(fā)是在CCS的環(huán)境下完成的，它包含一整套用于開發(fā)和調(diào)試嵌入式應(yīng)用的工具。[6]利用VisualC++6.0在上位機(jī)上進(jìn)行編程，完成振動信號處理軟件的開發(fā)。系統(tǒng)軟件主要包括初始化程序、數(shù)據(jù)采集程序、DSP處理程序及CAN通信程序。流程圖如圖7所示。

　　F2808上電后，首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化。外部信號經(jīng)信號調(diào)理電路處理以后，被送入DSP采樣輸入端，通過軟件控制啟動DSP的A/D轉(zhuǎn)換，讀取各路采樣信號值。TMS320F2808內(nèi)置兩個通道增強(qiáng)CAN總線控制器，HJ1000采用A通道CAN總線控制器作為傳感器對外通訊接口。利用USB協(xié)議和CAN總線通信協(xié)議實現(xiàn)與CAN總線的通信，采集各傳感器的信號，分析信號的特征。建立典型故障規(guī)則庫，實現(xiàn)軸承狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷算法。建立監(jiān)測預(yù)報結(jié)果數(shù)據(jù)庫，以保存?zhèn)鞲衅鳈z測得到的軸承運(yùn)行狀態(tài)、各信號的特征及預(yù)測結(jié)果。其中操作者手動輸入或修改預(yù)測結(jié)果即可根據(jù)各信號的特征對上述基于多源信息融合的軸承裝配故障監(jiān)測和故障診斷算法進(jìn)行訓(xùn)練和優(yōu)化，以提高系統(tǒng)的檢測和預(yù)報的準(zhǔn)確率。建立故障診斷專家數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)監(jiān)測到故障后。自動查找該故障的處理方式。

　　4結(jié)束語

　　本文在故障診斷的基礎(chǔ)上，設(shè)計了基于DSP的CAN總線通信及檢測系統(tǒng)。系統(tǒng)的安全性和可靠性得到了很大的提高，并且適合于工業(yè)現(xiàn)場的多任務(wù)數(shù)據(jù)采集與控制。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]胡靜怡.基于TMS320F2812的CAN總線的溫度監(jiān)測節(jié)點設(shè)計[J].儀器儀表與檢測技術(shù)，2009，28（4）：74-76.

　　[2]曹康敏，汪洋.ICP壓電傳感器[J].傳感器技術(shù)（JournalofTransducerTechnology），1996（6）.

　　[3]李銀祥，胡軍，姚向東.三端可調(diào)恒流源LM334及其應(yīng)用[J].現(xiàn)代儀器，2002（1）.

　　[4]秦曾煌，等.電工學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2004：97-99.

　　[5]鄔寬明.CAN2.0B新控制器——SJA1000[J].工業(yè)控制計算機(jī)，1999（1）：55-58.

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