摘    要：本文重点介绍了CAN总线在热网监控系统中的应用，设计了基于DSP的现场测控器硬件系统，制定了用户层通信协议，并详细介绍了CAN网络通信部分的硬件和软件。

关键词：网络通信；CAN；现场控制器；DSP；热网监控

引言

    目前我国北方许多城市已经或者即将进行热网改造工程，将传统的分散供热改造为集中供热。
由于CAN总线相比其它现场总线技术具有众多优点，因此在工业中的应用越来越广泛。本文基于该总线技术针对热网监控系统开发的现场控制和通信的子系统，能安全可靠地实现现场数据采集、闭环控制及数据传输。鉴于篇幅,本文重点介绍CAN网络通信部分的设计与实现。

系统结构及其硬件构成

系统结构

    热网监控系统主要由上位机和现场控制器组成，总体结构如图1所示。
热网监控系统是在一次设备(传感器、变送器、各种执行机构)的基础上完成对热网的监测与控制，通过调节热管网的供水流量、供水温度、供水压力，来保证热网安全、可靠、高效、稳定的运行。根据上述要求，本系统在保证系统可靠工作和降低成本的

    系统工作过程如下:上位机首先初始化CAN网卡,设置网卡工作模式、接收码、接收掩码和波特率，然后进入运行状态,在适当条件下与现场控制器进行通信。现场控制器主要完成现场数据的采集与处理和现场设备的控制等功能,并以查询或中断方式与主机进行通信。

图1 热网监控系统总体结构

硬件系统

    CAN网络的拓扑结构采用总线式结构www.cechina.cn，其结构简单、成本低、系统可靠性高。信息的传输采用CAN通信协议CONTROL ENGINEERING China版权所有，通信介质采用双绞线。

图2 现场控制器的结构框图

上位机

    上位机采用工控机，负责对整个系统进行管理。上位机通过CAN网卡与现场控制器通信，同时通过局域网或者公共电话交换网与整个工厂或者公司的计算机信息网络进行连接，实现信息共享。上位机具有组态、数据采集、参数设置、远程控制、流程显示、数据存储、趋势显示、报表打印以及通信等功能。

图3 CAN网络通信接口单元电路

CAN网卡

    CAN网卡是负责CAN总线与上位机之间数据交换的功能模块。CAN网卡上存在两个方向的数据交换：CAN网卡与上位机之间的数据交换(通过双端口RAM实现)以及CAN网卡与CAN总线之间的数据交换(由微处理器通过访问CAN控制器的接收缓冲区以及发送缓冲区来实现)。CAN网卡上的CAN控制器选用的是PHILIPS公司的SJA1000芯片。

图4 通用定时器周期中断服务程序

现场控制器

    现场控制器的结构框图如图2所示。

    该现场控制器具有14路模拟量输入端口、2路模拟量输出端口、4路开关量输入端口、4路开关量输出端口以及时钟接口、数据存储接口、液晶显示接口、网络通信接口、报警输出接口等。本系统采用了TI公司的带有10位ADC和CAN控制器的DSP芯片TMS320LF2407A作为CPU。

    网络通信接口单元是用来对CAN总线进行读写访问的部分控制电路。当需要发送数据时，CPU将数据交给网络接口单元电路，由网络接口单元电路进行数据格式转换、串并转换和信号形式转换，并将数据按照CAN协议信号形式发送到CAN总线上。当CAN总线上有数据时控制工程网版权所有，它负责从CAN总线上读取数据。首先通过帧过滤功能判断是否接收此帧，若接收，则通过与发送相反的过程，将数据交给CPU。

表1 标识符分配方案

    网络通信接口单元主要由TMS320LF2407A片内的CAN控制器及CAN收发器PCA82C250组成。CAN控制器负责对数据的格式进行转换，承担网络通讯的控制任务。CAN收发器PCA82C250是CAN控制器和物理总线间的接口，负责信号的电平及形式转换，可以提供对总线的差动发送能力和对CAN控制器的差动接收能力。为防止CAN总线上的干扰进入板卡，本系统采用光电隔离器件6N137来实现收发双向隔离。网络通信接口单元具体电路如图3所示。

CAN通信软件设计与实现

    CAN遵从OSI模型，按照OSI基准模型CONTROL ENGINEERING China版权所有，CAN结构划分为两层：数据链路层和物理层。然而，在实际应用中，即使只是实现简单的基于CAN的分布式系统，仅有物