基于CAN總線的智能控制器設計

2.4 系統數字信號輸出電路

針對此模塊設計，本設計包括4路數字量輸出，產生的數字信號由處理器產生頻率信號經過主控芯片I/O輸出。對此本設計考慮到兩點：將產生的二進制0或1直接輸出到執行器前，會受到外部干擾，此處采用了光電隔離處理，選用了H11A817A作為光電隔離器件，集電極輸出電流為50 mA;再者由于數字輸出口的驅動能力較低，所以在此選用高耐壓，大電流達林頓陣列，由7個硅NPN達林頓管組成的ULN2003AD，該器件電流增益高，灌電流可達500mA，工作電壓較大，具有較寬的溫度范圍，所以選取該器件來提高數字輸出端口的驅動能力。

該電路的工作原理：對于第一路數字量輸出來說，第一種情況若DO0端輸出電壓信號為低電平時，則H11A817A的發光二極管導通發光，致使光敏三極管端導通，輸出信號接在光敏三極管集電極，隔離后得到高電平信號。第二種情況若DO0端輸出高電平。光敏三極管不導通。最終得到低電平信號。

3 測試系統軟件設計

為了使系統實現需要的功能，還必須有軟件的支持。在此主要用C語言編寫單片機的軟件程序，軟件部分主要完成對傳感器信號A/D，D/A轉換處理，CAN總線的通信等工作。該控制器實現是通過微處理器把信號調理電路輸出的信號進行轉換，以便于進一步處理、傳輸等。所有功能都在這個主循環里面實現，只需調用這個主循環以外所定義的功能函數。根據不同的值執行與之對應的處理程序，A/D，D/A在系統初始化后，啟動并不斷轉換采樣通道并根據采樣值不斷更新顯示，當有中斷發生時執行中斷服務程序。

對于整個設計框架，主程序尤為重要，系統開啟時，主程序調用各個模塊的功能子函數進行初始化，主函數將各個子程序連接起來，處理各個事件，等到程序運行結束后，再還原系統環境。本系統的軟件部分主要包括：STM32自帶ADC寄存器設置，AD轉換程序，CAN通訊收發程序，DA轉換程序等。總流程如圖6所示。

4 通訊設計

制定iCAN協議的思路源于為中國中小型CAN應用網絡提供一種簡單、可靠、穩定的應用層協議。在充分汲取了DeviceNet協議和 CANopen協議之精萃的基礎上，優先保障通信數據的可靠性與實時性，以相對簡單的方式進行數據通信，從而有效降低了硬件實現成本，這就是iCAN協議的巨大優勢。系統iCAN所具備的特點結構簡單，靈活構建、低成本，而且由于采用CAN總線還具有良好的可靠性和穩定性，同時iCAN系統具有易于組態，安裝、運行、維護簡便的特點。

iCAN協議規范中，I/O數據單元分為7個不同的空間，占用0x00—0xdf數據空間：數字量輸入單元DI、數字量輸出單元DO、模擬量輸入單元 AI、模擬量輸出單元AO、串行接口0單元、串行接口1單元以及保留部分。iCAN協議中資源節點占用256字節空間：對于任意I/O數據需訪問指定資源節點地址，但對于配置資源中的IO配置單元要通過資源節點地址以及子地址的方式訪問，如圖7所示說明報文處理流程。

5 結論

本設計的CAN控制器具備運行速度快、體積、性能可靠、功耗低等特性，實現了工業現場的數據采集、數據處理、數據輸出以及CAN控制器與上位機通訊等功能。在模擬量與數字量的采集基礎上，CAN控制節點上也有很大余量。本設計主要是針對當前工業控制的需求和現有工業設備接口單一、傳輸距離有限、數據網絡化程度較低等多方面的缺點而開發設計的，設計出了這款接口種類多、體積小、可靠性高、易操作的新型CAN智能控制器設備。達到預期效果。采用 STM32F103RC平臺控制板進行軟件模擬測試，數據正常采集輸出。