基于DSP的分析仪器CAN网络通信系统

liyf

                    　　０　引言
　　现代流程工业中，多组分分析仪器成为必不可少的环节。常用的在线分析仪器有工业色谱仪、光谱分析仪等。工业色谱仪在流程工业生产和环保领域得到广泛应用，但是其分析周期长，不易实现直接质量控制；拉曼光谱分析仪分析周期短精度高，但是成本太高，所以尚未被推广。因此，实验室研制开发了基于８０Ｃ１９６和ＤＳＰ的多组分气体分析平台，通过不同传感器的组合对样品中不同组分进行检测，实现了分析周期短、精度高，成本低等目标的统一。由于每台组合式分析仪器一般只能分析２－４个组分，为了实现更多组分的测量，同时实现各个分析仪器之间或分析仪器与上位机之间信息的交互，这就有必要构建基于多组分气体分析平台的ＣＡＮ总线网络。
　　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。由于ＣＡＮ具有多主站控制、无破坏性总线仲裁、可靠的检错和重发机制以及故障节点的判断和自动脱离等等显著优点，在富含噪声和其他要求苛刻的环境中得到越来越广泛的应用，而且其应用领域也在不断的扩大［１］。
　　１分析仪器网络结构
　　多组分气体分析平台基于过程分析仪器系统的物流和信息两通道所需的基本共性功能，系统采用模块化设计。各硬件模块具有独立结构，可适应不同分析传感器及其组合以及预处理装置的选择要求；软件系统则为检测信号的数据处理、仪器的自动诊断、自动标定的操作控制以及为与ＤＣＳ间的信息通信提供支持［２］。
　　分析平台采用ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２作为处理器。ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２是ＴＩ公司推出的一款用于控制领域的高性能３２位数字信号处理器，适用于实时数据处理，并集成了丰富的外设，如片上１２位模数转换器（ＡＤＣ）、ＳＰＩ、ｅＣＡＮ等功能模块，可以方便地进行功能扩展。平台由数据采集模块、控制模块、开关量输入输出模块、人机交互模块以及通讯接口组成。
　　根据现场情况，通过不同传感器的组合对样品中不同组分进行检测，配合相应的软件实现不同的数据处理方法，构成组合式分析仪器，每台分析仪器可检测２－４个组分。此处我们以两台分析仪器为例，每台能检测两个组分，一台检测ＣＯ２和Ｏ２，另一台检测ＳＯ２和ＣＯ，与上位机一起构建ＣＡＮ通信网络。
　　ＣＡＮ网络系统一般由上位机、ＣＡＮ适配卡、若干节点以及ＣＡＮ总线构成。由于ＰＣ机上有多条扩展槽，利用局域网络通信卡，使得该系统很容易与其他生产管理部门联网，便于统一调度和管理；另外，选用ＰＣ机还可以充分利用现有的软件工具和开发环境，方便快捷地设计功能丰富的计算机软件，所以此处上位机我们选用通用ＰＣ机。
　　ＣＡＮ适配卡我们选用的是北京科日新工控的ＫＰＣＩ－８１１０光隔非智能ＣＡＮ总线通讯卡，符合ＩＳＯ／ＩＳＯ１１８９８国际标准，满足２．０Ｂ（ＰｅｌｉＣＡＮ）兼容ＣＡＮ２．０Ａ通信协议，通讯距离最长达１０ｋｍ，传输速率最高达１Ｍｂｐｓ。基于多组分气体分析平台的组合式分析仪器做为ＣＡＮ智能节点。总线上的信息传输遵守ＣＡＮ通信协议，通信介质采用双绞线即可。
　　系统总体结构图如下所示：



　　图２　ＣＡＮ２．０Ｂ数据帧格式
　　分析仪器主控制器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，而且与２４０７不同的是，Ｆ２８１２可以发送和存储包括报文ＩＤ在内的所有帧信息。所以我们只需对标准标识符的位进行分配，而不用定义数据字节，即可满足上位机和主节点识别帧来源和帧意义的要求。对标准标识符的分配如下表所示：



　　图３　智能节点程序流程图
　　智能节点端ＣＡＮ模块初始化（流程图如图４所示［４］）主要包括三个方面的内容：波特率的配置、邮箱分配（包括邮箱方向、标识符分配等）、中断寄存器初始化。波特率和标识符的分配非常重要，是ＣＡＮ网络通信成功的关键所在。Ｆ２８１２内置ＣＡＮ控制器使用位时序配置寄存器ＣＡＮＢＴＣ中的ＢＲＰ、ＴＳＥＧ１和ＴＳＥＧ２来设置波特率，计算公式为：ＳＹＳＣＬＫ／（ＢＲＰ＋１）×［（ＴＳＥＧ１ｒｅｇ＋１）＋（ＴＳＥＧ２ｒｅｇ＋１）＋１］，此处我们采用的晶振频率为３０ＭＨＺ，系统倍频为１／２，ＢＲＰ＝９，ＴＳＥＧ１＝１０，ＴＳＥＧ２＝２，因此波特率为１００Ｋｂｐｓ。标识符就根据表１的描述来确定。



　　图５　上位机接收界面
　　４ 结论
　　该通信系统在试验中得到了良好的效果，满足了多组分分析仪器的设计要求。数字化在线分析仪器作为网络神经元，有机地融入网络系统，实现信息实时传输、远程故障诊断是分析仪器的发展趋势，也是工业化和信息化的发展趋势。
　　欢迎转载,信息来自维库电子市场网（www.dzsc.com）