基于CAN總線的橋梁健康檢測系統的研究

摘要：設計一款應用于橋梁健康檢測的基于CAN總線2．OB協議的分布式數據采集與處理系統。系統設計了帶有CAN總線通信接口的數據采集與處理底層模塊以及具有實時監控與控制功能的上位機監控模塊。底層模塊的硬件設計以C8051F060高速型單片機為核心，內部集成A／D采集和D／A輸出子模塊以及CAN總線通訊模塊。
關鍵詞：CAN總線；數據采集；監控系統；總線通訊

0 引言
隨著交通建設事業的蓬勃發展，一些大跨度和超大跨度橋梁的相繼建成，人們對這些大型重要橋梁的安全性、耐久性與正常使用功能日漸關注。同時，既有的許多橋梁逐漸進入了養護維修階段，橋梁管理者對橋梁的養護也日益重視。
傳統的數據采集系統一般采用RS 485作為組網方式，而RS 485本身存在總線效率低、系統的實時性差、通訊的可靠性低、后期維護成本高、網絡工程調試復雜、傳輸距離不理想、單總線可掛節點少、應用不靈活等的局限性。本系統是基于CAN總線的分布式數據采集與通訊系統，解決了RS 485網絡的固有問題。CAN總線屬于總線式串行通信網絡，采用獨特的非破壞性總線仲裁技術，擁有強有力的錯誤處理能力和很高的傳輸可靠性，而且它的工作方式為多主方式，各節點均可在任意時刻主動向網絡上的其他節點發送信息，不分主從，且無需站地址等節點信息。CAN節點在嚴重錯誤的情況下有自動關閉輸出功能，使總線上其他節點的操作不受影響。因而CAN總線具有突出的可靠性、實時性和靈活性。

1 橋梁檢測系統的構成及功能
橋梁檢測系統由數據采集、數據處理和數據傳輸三個部分構成(見圖1)。整個系統由多個底層模塊和一臺接有CAN總線通信板卡的上位機組成，采用主從結構，通過接口卡來實現雙向通訊，由此可以及時得知工業現場的各種數據和運行參數，從而保證了對現場遠程測控的實時性。

橋梁健康檢測需要采集的信號主要有應變信號、加速度信號、位移信號和反力信號。數據采集系統主要通過底層模塊采集由分布在橋上的傳感器所感應的各種微變信號并對它們進行初級處理、打包等操作，然后通過CAN總線的數據傳輸系統傳給上位機進行處理，從而使得上位機可以實時監控、存儲數據和發送命令。