無線can總線在1254潛孔鉆無線控制系統(tǒng)中的運(yùn)用(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 計(jì)將機(jī)車與控制臺間信號的傳輸方式改為無線傳輸，操作更方便，延長了設(shè)備的使用壽命，并提高了設(shè)備的工作效率，同時(shí)還為安全生產(chǎn)提供了有力保障。 本課題擬采用的研究手段（途徑）和可行性分析 無線 CAN 總線在實(shí)際應(yīng)用中的優(yōu)點(diǎn) CAN具有的屬性 ： 1）報(bào)文具有優(yōu)先權(quán)； 2）延遲時(shí)間較短； 3）設(shè)置靈活； 4）多點(diǎn)接收和時(shí)間同步； 5）系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)的一致性（ System Wide Data Consistency）； 6）多主機(jī)（對等）； 7）錯(cuò)誤檢測與錯(cuò)誤標(biāo)定； 8）只要總線處于空閑，被破壞的報(bào)文可以被再次輸入； 技術(shù)應(yīng)用中存在的問題分析及解決方案 整個(gè)題目涉及方面較廣，所有資料全由書籍查閱和網(wǎng)上收集得來，可能遇到的困難是資料收集不全面，或者查閱的資料不夠前沿，導(dǎo)致做出的設(shè)計(jì)不完整或者時(shí)效性差，對自動(dòng)化系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)布局， 區(qū)域規(guī)劃設(shè)計(jì)總體思路不夠清晰；還有就是在設(shè)計(jì)的時(shí)候難免會(huì)缺乏實(shí)地的參觀考察，導(dǎo)致設(shè)計(jì)的整體構(gòu)思不夠完善，或者不夠科學(xué)，致使設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不夠清晰，以至于達(dá)不到要求較高的設(shè)計(jì)水平。所以我盡量多方位查找資料，做到準(zhǔn)備充分，整合和借鑒多方面知識，完成論文攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 緒論 6 的設(shè)計(jì)。 具體實(shí)施可行性分析 在無線通信中，數(shù)據(jù)是以包的形式傳輸?shù)模虼嗣看蝹鬏數(shù)牟皇且粋€(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)，而是一串?dāng)?shù)據(jù)，由于無線通信的復(fù)雜性和不可預(yù)知性，為了確保數(shù)據(jù)的完整性和正確性，需要在數(shù)據(jù)傳輸過程中使用一種機(jī)制或約定，即通信協(xié)議。在通信協(xié)議中，可以加入各路 信號數(shù)據(jù)間的間隔標(biāo)志字以及傳輸完全部信號后的結(jié)束標(biāo)志字和 ID 辨別系統(tǒng)以免辨別到其他的無關(guān)無線信息，這樣在接收端，可以有效地區(qū)分開各路信號。為了保證各路數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性，可以在各路信號數(shù)據(jù)的包中加入一些校驗(yàn)，如 CRC校驗(yàn)碼。通過選擇合適的通信協(xié)議和校驗(yàn)算法能保證在接收端可靠地恢復(fù)出發(fā)送端的各信號。 基于遠(yuǎn)程監(jiān)控控制系統(tǒng)工作流程如下：檢測無線信號，接收數(shù)據(jù)并分析數(shù)據(jù)，進(jìn)入 CAN總線分析處理，用控制設(shè)備發(fā)送處理數(shù)據(jù)，無線發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)入機(jī)車端，機(jī)車端接收并響應(yīng)數(shù)據(jù)并控制爆破。 硬件設(shè)計(jì)：系統(tǒng)硬件部分設(shè)計(jì)將采用模塊化設(shè) 計(jì)方法，根據(jù)預(yù)實(shí)現(xiàn)的功能不同，將系統(tǒng)劃分為多個(gè)模塊，如：電源電路、無線探測傳感電路、穩(wěn)壓電路、無線控制系統(tǒng)、無線數(shù)據(jù)接收、無線數(shù)據(jù)分析、無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)取＼浖O(shè)計(jì)：為實(shí)現(xiàn)對無線 CAN 總線的自動(dòng)控制 ,必須妥善設(shè)計(jì)控制算法 .建立無線被控制對象的數(shù)學(xué)模型。抗干擾措施：干擾系統(tǒng)總的分為設(shè)備內(nèi)干擾和外干擾，內(nèi)干擾為收發(fā)干擾，鄰道干擾。外干擾為多徑干擾，多用戶干擾，環(huán)境干擾和電臺干擾。解決好這些干擾因素，需從硬件軟件兩部分入手，硬件部分對發(fā)射器配置和頻段有明確規(guī)定，不要形成多頻段多覆蓋的串頻行為。軟件部分加入 ID辨別系統(tǒng) 有效的降低干擾。 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 無線 CAN 總線總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 7 2 無線 CAN 總線總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總體框圖設(shè)計(jì) 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求，系統(tǒng)由一個(gè)主控機(jī)和一個(gè) CAN節(jié)點(diǎn)執(zhí)行器組成，它們的兩端都連在雙絞線上，構(gòu)成一個(gè)局部通信的 CAN總線通信網(wǎng)絡(luò)， CAN總線通信網(wǎng)絡(luò)的主體結(jié)構(gòu)由無線收發(fā)系統(tǒng)的收發(fā)器 nRF2401構(gòu)成， nRF2401實(shí)現(xiàn)了無線數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送并與另一個(gè)控制中心一并組成無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，該系統(tǒng)的最重要的任務(wù)是實(shí)現(xiàn) CAN總線無線通信網(wǎng)絡(luò)的通信以及內(nèi)部局域網(wǎng)通信。其系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖發(fā)圖 圖 系 統(tǒng)總體框圖 總線系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) CAN 總線主控機(jī)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) CAN 總線主控機(jī)系統(tǒng)由單片機(jī)最小系統(tǒng)、 CAN 總線通信接口、實(shí)時(shí)顯示、人機(jī)接口模塊和串口通信下載模塊及無線通信模塊組成。 CAN總線通信接口通過雙絞線收發(fā)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)和執(zhí)行器的連通。結(jié)構(gòu)框圖如圖 ：本主控機(jī)負(fù)責(zé)與無線通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，同時(shí)也是 CAN 總線網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，在整個(gè)系統(tǒng)中起著主導(dǎo)作用，無線通信模塊采用 的 nRF2401 通信芯片，而無線 CAN總線通信模塊，正好采用 SJA1000 和 PCA82C250,通 過單片機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)了各個(gè)攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 無線 CAN 總線總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 8 節(jié)點(diǎn)之間的信息的傳遞。 CAN 通信模塊設(shè)計(jì) 無線 CAN總線的核心技術(shù)是通信模塊的設(shè)計(jì) ,也是本次論文設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，它起到聯(lián)系主控機(jī)和執(zhí)行器之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換傳遞的重要作用。一個(gè)無線 CAN總線節(jié)點(diǎn)由 CAN總線控制器、單片機(jī)、總線驅(qū)動(dòng)器和高速光電耦合器共同組成，可以對它進(jìn)行編程，所以我們常稱它為智能節(jié)點(diǎn)，結(jié)構(gòu)如圖 221所示，設(shè)計(jì)圖中無線 CAN通信模塊運(yùn)用了相對獨(dú)立的無線 CAN控制器，通過對控制器中編程寫入數(shù)據(jù)來控制芯片的數(shù)據(jù)從緩沖區(qū)里發(fā)送出去，目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的功能就是把數(shù)據(jù)接收到數(shù) 據(jù)接收緩沖區(qū)里，再通過單片機(jī)之間和 CAN總線接口之間的數(shù)據(jù)總線，傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。設(shè)計(jì)方案如圖 。 單片機(jī)微處理器S T C 8 9 C 5 2人 機(jī) 接 口模 塊R S 2 3 2串 行 接 口C A N 總 線通 信 模 塊N R F 2 4 0 1無 線 收 發(fā) 模 塊顯 示 模 塊 圖 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 無線 CAN 總線總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 9 C A N 總 線 驅(qū) 動(dòng) 器P C A 8 2 C 2 5 0光 藕 隔 離6 N 1 3 7C A N 總 線 控 制 器S A J 1 0 0 0單 片 機(jī)C A N 總 線 驅(qū) 動(dòng) 器P C A 8 2 C 2 5 0光 藕 隔 離6 N 1 3 7C A N 總 線 控 制 器S A J 1 0 0 0單 片 機(jī)C A N 總 線 驅(qū) 動(dòng) 器P C A 8 2 C 2 5 0光 藕 隔 離6 N 1 3 7C A N 總 線 控 制 器S A J 1 0 0 0單 片 機(jī)C A N 總 線 圖 顯示模塊設(shè)計(jì) 該顯示器圖 單片機(jī)控制的 LCD1602顯示器 、 1602液晶也叫 1602字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的 點(diǎn)陣 型液晶模塊。它由若干個(gè) 5X7或者 5X11等 點(diǎn)陣 字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符，每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因?yàn)槿绱怂运荒芎芎玫仫@示圖形（用自定義 CGRAM，顯示效果也不好）。應(yīng)用在工業(yè)控制過程或設(shè)備的顯示器。單片機(jī)顯示器特點(diǎn)是： ，可 擴(kuò)展的用戶字庫；可選擇的操作模式；顯示屏一覽無余 ,快速清屏、地址自動(dòng)增加；圖形界面操作 ,提供單點(diǎn)、多點(diǎn)寫功能；多控制器選擇 ,可選配件觸摸屏；低成本低功耗，高穩(wěn)定性，適應(yīng) MCU應(yīng)用的串口 TFT產(chǎn)品 。 其核心電路均采用大規(guī)模可編程邏輯器件設(shè)計(jì)，全硬件實(shí)現(xiàn)，性能穩(wěn)定可靠 。 采用簡單的并行總線方式與 51單片機(jī)、 AVR、 DSP、 PIC、 ARM等 CPU直接連接，信號包括數(shù)據(jù) D[7： 0]、地址A[1： 0]、片選 /CS、寫 /WR、讀 /RD。 圖 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 無線 CAN 總線總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 10 圖 1602運(yùn)用了標(biāo)準(zhǔn)的 16引腳如上圖 所 示 ，其中： 第 1腳： VSS為電源地 第 2腳： VCC接 5V電源正極 第 3腳： V0被成為 液晶顯示器對比度調(diào)整端， 當(dāng)它 接 入 正電時(shí)對比度 呈現(xiàn)為 最弱， 當(dāng)它 接地時(shí) 相對 對比度 呈現(xiàn) 最高（對比度 呈現(xiàn) 過高 現(xiàn)象 時(shí)會(huì) 出現(xiàn) “ 鬼影 ” ， 所以我們經(jīng)常在使用的時(shí)候接入一個(gè) 10K的電位器 來 調(diào)整對比度）。 第 4腳： RS為選擇寄存器，高電平 1時(shí) 系統(tǒng)將指定為 數(shù)據(jù)寄存器、低電平 0時(shí) 系統(tǒng)會(huì)指定為 指令寄存器。 第 5腳： RW是系統(tǒng) 讀寫信號線，低電平 (0)時(shí) 實(shí)現(xiàn) 寫操作 ， 高電平 (1)時(shí) 實(shí)現(xiàn) 讀操作 。 第 6腳： E((enable))端 被稱為 使能端 ,高電平（ 1）時(shí)讀 取信息，負(fù)跳變時(shí)執(zhí)行指令。 第 7～ 14腳： D0～ D7稱為 8位雙向數(shù)據(jù)端。 第 15～ 16腳：背燈電源或 空腳 。 15腳背光負(fù)極 ， 16腳背光正極。 無線 CAN 總線 系統(tǒng)的硬件配置 無線 CAN 總線電源電路 電源是整個(gè)系統(tǒng)的能量來源，它直接關(guān)系到系統(tǒng)能否運(yùn)行。在本系統(tǒng)中需要用到 5V 和 的電源，因此電路中 需選用穩(wěn)壓芯片 LM7805 和 AMS1117 穩(wěn)壓 芯片；其 LM7805最大輸出電流為 ，能夠滿足系統(tǒng)的要求，電路如圖 所示。 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 無線 CAN 總線總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 11 圖 電源電路 RS232 下載接口電路 RS232通信接口電路原理圖如圖 ：由于 PC機(jī)的通信口為 RS232電平標(biāo)準(zhǔn)，而單片機(jī)則是 TTL電平，所以要實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與 PC機(jī)串行通信，就需采用MAX232將 TTL電平轉(zhuǎn)換為 RS232電平。 RS232標(biāo)準(zhǔn)的傳輸速率只能達(dá)到 20kb/s,最大傳輸距離 15m。但這里基本能滿足本次設(shè)計(jì)要求。該接口電路，方便設(shè)計(jì)中的程序調(diào)試，電路簡單實(shí)用。 圖 RS232下載接口電路 通信接口電路 硬件電路設(shè)計(jì)圖如圖 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 無線 CAN 總線總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 12 圖 CAN通信接口硬件電路 接線方式： STC89C52SJA1000內(nèi)部已經(jīng)有地址鎖存功能，所以它的地址 /數(shù)據(jù)端可以和單片機(jī)的 P0口直接連接。起控制作用的控制信號線 ALE、 RD、 WR直接和89C52的相對的接口相連接。由于 SJA1000是低電平復(fù)位，而 AT89C52是通過高電平復(fù)位來實(shí)現(xiàn)控制，為了保證了 CAN控制器復(fù)位的可靠性，同時(shí)可方便的復(fù)位，因此運(yùn)用單片機(jī)其中的一個(gè)引腳直接產(chǎn)生復(fù)位信 號并供給 SJA1000。 89C52的 提供 SJA1000的 CS信號，當(dāng)軟件尋訪 SJA1000時(shí)，如果高位地址變成 7FH，同時(shí)，INT接 89C52的 INT1，以中斷方式接收數(shù)據(jù)則說明 。為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高可靠性， SJA1000和 89C52都擁有各自相對獨(dú)立的晶振電路。 SJA1000 的RX0和 TX0分別同 PCA82C250的 RXD和 TXD相連， 82C250的 CANL和 CANH引腳分別連接了一個(gè) 5Ω的電阻連接在 CAN總線上，有一定的限流功效，保證了 82C250不會(huì)受到電流過高的沖擊。 CANL和 CANH分別和地面之間并聯(lián)了兩個(gè)大小為 30pF的小電容，對總線上的一定的防電磁輻射和高頻干擾可以起到濾除的作用。同時(shí)，通過對兩根 CAN總線地之間和輸入端分別連接一個(gè)防雷擊二極管，當(dāng)兩地之間或輸入端出現(xiàn)了瞬時(shí)干擾，可以透過防雷擊管的放電作用可以并起到一定的防止擊穿的效果。 SJA1000 RX1在沒有使用的情況下可做接地處理，連同時(shí)鐘分頻寄存器里面的 （ CBP）的置位功能可增加 CAN總線的長度。 同時(shí)需要說明的是在 CAN 總線兩端各自連接一個(gè) 120Ω的電阻來匹配總線阻抗，用來提高數(shù)據(jù)通信的可靠行和 抗干擾性。但實(shí)際情況下我們僅需確保總線 CAN網(wǎng)絡(luò)中“ CAN_L”和“ CAN_H”間的跨接一個(gè) 60Ω的電阻就可以了。 芯片的結(jié)構(gòu) nRF2401 芯片結(jié)構(gòu)及引腳說明 nRF2401總結(jié)構(gòu)如圖 ，引腳如圖 242所示 （最新版本為nRF2401A， nRF2401AG 為無鉛工藝版本）是由 Nordic公司出品的單芯片無線收攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 無線 CAN 總線總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 13 發(fā)芯片，工作于 ～ （ ISM）頻率。芯片包括一個(gè)完全集成的功率放大器 , 調(diào)制器 ,頻率合成器，晶體振蕩器。發(fā)射功率和工作 頻率等工作參數(shù)可以很容易的通過 3線 SPI端口完成。極低的電流消耗，在 5dBm的輸出功率時(shí)僅為 ，在接收模式時(shí)僅為 18mA。掉電模式可以很容易的實(shí)現(xiàn)低功耗需求。 nRF2401 內(nèi)置 結(jié)構(gòu)包括 功率放大器 、 先入先出堆棧區(qū) 、 地址解碼器、時(shí)鐘處理器 、 GFSK 濾波器 、 解調(diào)處理器、 低噪