《自动控制课程设计-基于CAN的智能楼宇的火灾探测报警及信息传输系统设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《自动控制课程设计-基于CAN的智能楼宇的火灾探测报警及信息传输系统设计.doc（27页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、 中 南 大 学 课 程 设 计目录第一章概述21.1 智能防火系统21.2 CAN总线2第二章系统总体设计32.1火灾报警控制系统42.2 消防网络通信技术62.3 消防联动控制技术62.4 嵌入式Internet技术的发展及其在火灾报警控制系统中的应用72.5 CAN通信82.6 CAN总线的智能节点10第三章系统具体设计103.1 CAN总线收发器103.1.1 TJA1040的特点103.1.2 TJA1040的一些参考数据113.1.3 TJA1040的引脚参数123.1.4 TJA1040的工作模式133.1.5 TJA1040的功能描述143.2 CAN总线控制器153.3 节点
2、控制器17第四章原理图设计19第五章PCB图19第六章总结21参考文献：22智能楼宇的火灾探测报警及信息传输系统设计摘要：CAN总线是目前应用非常广泛的现场总线之一。本文介绍了使用CAN总线的实际意义、CAN的发展历程和基本知识,以及火灾报警控制系统。提出了一种基于CAN总线的火灾报警系统设计方案，系统以80C52单片机为节点控制器,PCA82C200为总线控制器,TJA1040为总线收发器。关键词：CAN总线 通信 火灾报警控制系统The Design of Tntelligent Buildings Fire Surveys The Warning And The Information
3、Transmission SystemAbstract: CAN Bus is one of the field buses which are widely appliedThis paper simply introduces the significance of CAN protocol and the development condition of CAN bus,and intelligent fire alerting system. The design method of the fire alarm system based on CAN Bus is proposed.
4、This system uses 80C52 chip microcomputer as node controller, uses PCA82C200 as bus controller, and uses TJA1040 as bus transceiver.Key Words: CAN (Control Area Network) Bus,communication, intelligent fire alerting system第一章 概述1.1 智能防火系统智能防火系统，是以火灾为监控对象，利用计算机技术、检测技术和现场总线技术，根据防火要求和特点而设计、构成和工作的。它作为楼宇自
5、控系统（BAS）的部分在智能建筑中与保安系统、其它建筑的智能防火系统联网通信，并向上级管理系统报警和传递信息，同时向远端城市消防中心、防灾管理中心实施报警和传递信息；也可以与BAS的其它子系统及智能建筑管理中心网络通信。该系统既能对火灾发生进行早期探测和自动报警，又能根据火情位置，及时输出联动灭火信号，启动相应的消防设施，进行灭火。火灾智能报警具备对火灾信号的容错识别、分析判断功能。1.2 CAN总线CAN(Control Area Network)属于工业现场总线，最初是由德国Bosch公司在80年代初期，为了解决汽车中众多的控制与测量设备之间的数据交换而开发的一种串行数据通信总线，属于现场
6、总线的范畴，1993年成为国际标准(ISOl1898：道路车辆的高速控制器局域岗数字交换系统标准)。基于CAN总线构建的通信网络，也是依照开放系统互连规范按层次结构设计的。考虑到作为工业测控底层网络，其信息传输量相对较少，信息传输的实时性要求较高，网络连接方式相对较简单，因此，CAN总线网络在低层只采用了OSI7层通信模型的最低两层，即物理层和数据链路层，而在高层只有应用层。CAN的数据链路层又分为逻辑链路控制（LLC）子层和媒体访问控制（MAC）子层。物理层定义信号怎样传输，完成电气连接，实现驱动器接收器特性；MAC子层是实现CAN协议的核心，它的功能主要是传送规则，即控制帧结构、执行仲裁、
7、错误检测、出错标定和故障界定；LLC子层的功能主要是报文滤波、超载通知和恢复管理。物理层和数据链路层的功能可由CAN接口器件来完成。应用层的功能是由微处理器完成的。CAN总线可有效支持分布式控制或实时控制。该总线的通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光纤，其主要特点如下： (1)CAN总线为多主站总线，各节点可在任意时刻向网络上的其他节点发送信息，且不分主从； (2)CAN总线采用独特的非破坏性总线仲裁技术，高优先级节点优先传送数据，故实时性好； (3)CAN总线具有点对点、一点对多点及全局广播传送数据的功能； (4)CAN总线采用短帧结构，每帧有效字节数最多为8个，数据传输时间短，并有CRC及其
8、它校验措施，数据出错率极低； (5)CAN总线上某一节点出现严重错误时，可自动脱离总线，而总线上的其他操作不受影响； (6)CAN总线系统扩充时，可直接将新节点挂在总线上，因而走线少，系统扩充容易，改型灵活； (7)CAN总线的最大传输速率可达1Mb/s，直接通信距离最远可达到10km（速率在5kbps以下）； (8)CAN总线上的节点数取决于总线驱动电路。在标准帧（11位报文标识符）时可达到110个，而在扩展帧（29位报文标识符）时，个数不受限。由于其独特的设计思想、良好的功能特性、极高的可靠性和现场抗干扰能力，已经被广泛应用于各个领域，被认为是最有前途的现场总线之CAN总线作为应用最广泛的
9、现场总线技术之一。它的数据通信在可靠性、实时性和灵活性等方面有着突出的优点，能够较好地满足智能大厦对火灾防范的要求。本文介绍了一种主要由CAN总线收发器TJA1040、CAN总线控制器PCA82C200和节点控制器80C52组成的基于CAN总线的报警信息传输系统。第二章 系统总体设计该报警信息传输系统的结构框图如图1所示。整个系统由一台集中火灾报警控制器、一台消防联动控制设备、三台区域火灾报警控制器（由CAN总线收发器、CAN总线控制器和节点控制器组成）、A/D转换电路、放大电路、火灾探测器、手动火灾报警按钮、火灾报警装置等组成。在本文系统中，一个区域机通过一种专门设计的探测器总线可以连接感烟
10、、感光、感温等各种火警探测器。利用CAN通信技术将区域机联网，管理人员在集中机上就可以观察各个部分的情况，便于管理和检测，随时可以了解到各区域机运行的是否正常，有无报警发生，也可以使各个区域机通过信息交互，实现资源共享，联防控制。每个区域机都是一个独立的基本报警控制单元，其功能与单独使用时的情况完全一样，它们从本区域机的探测器上采集数据，如有警情出现，在启动本区的有关消防设备的同时，通过CAN总线将报警信号传送给集中火灾报警控制器，集中火灾报警控制器再决定需要起动的由其它区域机管辖的有关消防设备，并通过CAN总线发出联动命令。图1：系统结构框图2.1火灾报警控制系统火灾探测报警控制系统简称火灾
11、报警控制系统或火警控制系统，其结构经历了由多线制系统结构到总线制系统结构，再到集中智能系统结构，最终也发展到分布智能系统结构。分布智能型系统结构是在保留二总线制集中智能型系统优点基础上发展而来的。它将集中智能型系统中对火灾探测信息的基本原理、环境补偿、探头报脏和故障判断等功能由火灾报警控制器返还给现场的火灾探测器，从而免去火灾报警控制器大量的信号处理负担，使之能够从容地实现上级管理功能，如系统寻检、火灾参数算法运算、消防设备监控、联网通讯等，提高了系统寻检速度、稳定性和可靠性。火灾报警控制系统一般由火灾探测器、火灾报警装置、火灾警报装置、消防控制设备和电源五部分组成。(1)火灾探测器火灾探测器
12、是系统的“感觉器官”，它的作用是监视环境中有没有火灾的发生。一旦有了火情，就将火灾的特征物理量，如温度、烟雾、气体和辐射光强等转换成电信号，并立即动作，向火灾自动报警系统发送数据。经过消防网络系统处理后，发出报警或相应的动作1 韩敬.火灾探测器现状及发展J.山西建筑，2006，28(6):75一76。对于易燃易爆场合，火灾探测器主要探测其周围空间的气体浓度，在浓度达到爆炸下限以前报警。在个别场合下，火灾探测器也可探测压力和声波。根据监测的火灾特性的不同，火灾探测器可分为感烟式、感温式、光电式、可燃气体式和复合式。复合式火灾探测器是一种能响应两种或两种以上火灾参数的火灾探测器。主要有感烟感温、感
13、光感温、感光感烟火灾探测器。它们各有自己的特点，但也有一定的局限和适用范围，要根据安装高度、预期火灾特性及环境条件等选用。火灾探测器正在向智能化方向发展。1)探测智能探测器可以根据根据环境的变化校正自身探测零点，进行补偿并判断能否作出正确检测，控制采用开关量信号，解决了探测器的零点漂移问题。缺点是准确度还不够高。2)监控智能模拟量探测器，由控制器对信号进行处理，判断是否发生火灾。可以输出一个真实的模拟信号或是一个同敏感值等效的数字编码，与传统的开关量探测器不同，模拟量感烟探测器具有阀值补偿功能，本身不判定火警，与开关量探测器相比具有显著的优越性2 曹文华.浅析消防联动控制系统设计J.河北工程技
14、术高等专科学校学报，2004(1):29一31。3)智能探测器智能探测器利用微处理器技术，通过对火灾初期采集到的数据进行分析处理，判断现场是否发生火灾。它将测量到的数据进行处理，与以前采集的数据进行对比、判断，可以更有效地消除非火灾信号的干扰，达到识别真实火灾信号的目的。能够适应不同的环境，同时还具备自动调整运行参数的自适应的能力，为火灾信号处理开辟了崭新的发展途径。因此智能探测器能够更加客观、准确地发现火情，大大减少了误报，提高了系统的可靠性。(2)火灾报警装置在火灾报警控制系统中，用以接收、显示和传输火灾报警信号，并能发出控制信号和具有其他辅助功能的控制指示设备称为火灾报警设备。火灾报警控
15、制器就是其中最基本的一种。火灾报警控制器具备为火灾探测器供电，接收、显示和传输火灾报警信号，并能对自动消防设备发出控制信号的完整功能，是火灾报警控制系统的核心组成部分。(3)火灾警报装置在火灾报警控制系统中，用以发出区别于环境声、光的火灾报警信号的装置称为火灾警报装置。火灾警报器就是一种最基本的火灾警报装置，它以声、光方式向报警区域发出火灾报警信号，以警示人们采取安全疏散、灭火救灾措施。(4)消防控制设备在火灾报警控制系统中，当接收到来自触发器件的火灾报警信号，能自动或手动启动相关消防设备并显示其状态的设备，称为消防控制设备。主要包括火灾报警控制器，自动灭火系统的控制装置，室内消火栓系统的控制
16、装置，防烟排烟系统及空调通风系统的控制装置，常开防火门，防火卷帘的控制装置，电梯回降控制装置以及火灾应急广播、火灾警报装置、消防通信设备、火灾应急照明与疏散指示标志的控制装置等十类控制装置中的部分或全部。消防控制设备一般在消防控制中心，以便实行集中统一控制。也有的消防控制设备装置被控消防设备所在现场，但其动作信号必须返回消防控制室，实行集中与分散相结合的控制方式。(5)电源 火灾报警控制系统属于消防用供电设备，其主电源应当采用消防电源，其备用电源采用蓄电池。消防电源除为火灾报警控制器供电外，还为与系统相关的消防控制设备等供电。2.2 消防网络通信技术早期多为多线型火灾自动报警系统，每个探测器除
17、需提供两根电源线外，还需提供一根报警信号线，均连接到报警显示盘上，报警时点亮相应的指示灯，如 日本“日探”公司生产的CPF火灾报警系统。此类系统以报警为主，辅以简单的联动功能如驱动警铃，对外围探测器无故障检测功能，系统安装繁琐，特别校线工作量较大。总线制系统形式是在多线制系统形式的基础上发展起来的。探测器和模块，均采用地址编码形式，通过总线与控制器实现信号传送。此类系统可通过现场编程，并通过各种模块对各联动设备实行较复杂的控制。己具有系统自检以及对外围器件的故障检验等功能，具有先进的报警和控制功能，使工程布线灵活、方便。目前消防网络系统多采用Rs485、CAN、二总线等。2.3 消防联动控制技
18、术消防系统的控制模块主要控制各种联动设备的启动和关闭。信号模块的作用是把各种开关的动作信号反馈到报警器，在报警器上显示该开关设备的位置，从而了解火场的位置。控制模块的控制对象包括控制消防水泵的开与关、控制自动喷水灭火系统的打开与关闭、控制二氧化碳气体自动灭火系统的紧急启动和切断功能，应能控制电动防火卷帘的启动和切断非消防电源如空调、照明和电梯等。2.4 嵌入式Internet技术的发展及其在火灾报警控制系统中的应用单片机或微控制器（MCU）都可以通称嵌入式系统。因为计算机芯片是嵌入在有关的设备中的，没有自己独立的外壳，目前大多数嵌入式系统还处于单独应用的阶段。以MCU为核心，与一些监测、伺服、
19、指示设备配合实现一定的功能。在一些工业和汽车应用中，为了实现多个MCU之间的信息交流，利用CAN、RS-232、RS-485等总线将MCU组网，但这种网络的有效半径比较有限，有关的通信协议也比较少，并且一般是孤立于Internet以外的。Internet现已成为社会重要的基础信息设施之一，是信息流通的重要渠道，如果嵌入式系统能够连接到Internet上面，则可以方便、低廉地将信息传送到几乎世界上的任何一个地方。将嵌入式系统与Internet结合起来的想法其实很早以前就有了，从技术角度的解决方法经历了三个阶段：第一阶段是在二十世纪九十年代中期，人们采用PC机+网卡+采集插卡组成以太网测控网关，进
20、行协议转换，将由现场总线连接测控设备组成的分布式测控系统接入以太网，将管理PC机放在以太网内，组成一个较大的自控系统。这种组成方式成本很高，只适用于大的自控系统。第二阶段是二十世纪末期，人们采用嵌入式系统+以太网卡+采集卡来组成以太网测控网关。嵌入式系统实际上是在硬件和软件上均可按用户需要进行剪裁的PC机，例如PC-104实际就是一台没有显示器、键盘、硬盘、软盘的PC-486DX计算机，它有电子硬盘及各种I/O插口，可装入WINDOWS CE或其它PC机应用软件。所以它实际上是第一种网关的简化和微型化。它的成本比第一种有所下降，但价格还是较高，但它利用了PC机的软件，开发速度较快。第三阶段是本
21、世纪初期，人们利用单片微机加上以太网接口芯片组成以太网测控网关。这实际上是嵌入式网关向大众化、普及化的进一步发展，它以单片微机取代PC机，用以太网接口芯片取代以太网卡，使嵌入式网关的价格下降到几百元，这就使设备能以低廉的费用、以简捷的方式接入以太网，使网络化各种电器设备变为现实，使以太网分布式测控系统能得到迅速的发展，也才进入真正的嵌入式Internet阶段。其应用也成为人们研究的重点。智能公路、植物工厂、信息家电、工业制冷、VR库房、VR家政系统、工业自动化、POS网络及电子商务、环境工程与自然等众多行业都已经成为嵌入式Internet的主要应用范围。将火灾报警控制器连接入Internet，
22、正是在嵌入式Internet进入第三个阶段后在火灾报警行业提出的。就此项技术而言国内外并没有什么差别，国外的日本“报时机”公司、国内的海湾、亨利等公司都在研究并推出了具有一定远程报警功能的火灾报警控制器。2.5 CAN通信 控制器局域网CAN为串行通讯协议，能有效地支持具有很高安全等级的分布实时控制。CAN的应用范围很广，从高速的网络到低价位的多路接线都可以使用CAN，其传输速度可达1Mb1t/s。CAN总线通信原理的制定目的是为了在任何两个CAN仪器之间建立兼容性。CAN总线通信系统协议中定义了许多通信传输的规范，这些规范保证着CAN总线系统的正常通信:报文:总线上的报文以不同的固定报文格式
23、发送，但长度受限。当总线空闲时任何连接的单元都可以开始发送新的报文。信息路由:在CAN系统里，CAN的节点不使用任何关于系统配置的报文(比如，站地址)。以下为几个重要的概念3 BOSCH公司.CANSpeeifieationV2.0.1995.4黄浩忠，火灾自动报警系统简明设计手册，中国建材工业出版社，2001附录1 原理图全图分解图1(左图)分解图2(右图)附录2 PCB图:(1)系统灵活性:不需要应用层以及任何节点软件和硬件的任何改变，可以在CAN网络中直接添加节点。(2)报文路由:报文的内容由识别符命名。识别符不指出报文的目的地，但解释数据的含义。因此，网络上所有的节点可以通过报文滤波确
24、定是否应对该数据做出反应。(3)多播:由于引入了报文滤波的概念，任何节点都可以接收报文，并与此同时对此报文做出反应。(4)数据连贯性:应确保报文在CAN网络里同时被所有的节点接收(或同时不被接收)。因此，系统的数据连贯性是通过多播和错误处理的原理实现的。位速率:不同的系统，CAN的速度不同。可是，在一个给定的系统里，位速率是唯一的，并且是固定的。优先权:在总线访问期间，识别符定义一个静态的报文优先权。远程数据请求:通过发送远程帧，需要数据的节点可以请求另一节点发送相应的数据帧。数据帧和相应的远程帧是由相同的识别符命名的。多主机:总线空闲时，任何单元都可以开始传送报文。具有较高优先权报文的单元苛
25、以获得总线访问权。仲裁:只要总线空闲，任何单元都可以开始发送报文。如果2个或2个以上的单元同时开始传送报文，那么就会有总线访问冲突。通过使用了识别符的逐位仲裁可以解决这个冲突。仲裁的机制确保了报文和时间均不损失。当具有相同识别符的数据帧和远程帧同时初始化时，数据帧优先于远程帧。仲裁期间，每一个发送器都对发送位的电平与被监控的总线电平进行比较。如果电平相同，则这个单元可以继续发送。如果发送的是一“隐性”电平而监视的是一“显性”电平，那么单元就失去了仲裁，必须退出发送状态。安全性:为了获得最安全的数据发送，CAN的每一个节点均采取了强有力的措施以便于错误检测、错误标定及错误自检。错误检测:要进行检
26、测错误，必须采取以下措施:(1)监视(发送器对发送位的电平与被监控的总线电平进行比较)；(2)循环冗余检查；(3)位填充；(4)报文格式检查。错误检测的执行:错误检测的机制要具有以下的属性:(l)检测到所有的全局错误；(2)检测到发送器所有的局部错误；(3)可以检测到报文里多达5个任意分布的错误；(4)检测到报文里长度低于巧(位)的突发性错误；(5)检测到报文里任一奇数个的错误。错误标定和恢复时间:任何检测到错误的节点会标志出损坏的报文。此报文会失效并将自动地开始重新传送。如果不再出现错误的话，从检测到错误到下一报文的传送开始为止，恢复时间最多为31个位的时间。故障界定:CAN节点能够把永久故
27、障和短暂扰动区别开来。故障的节点会被关闭。连接:CAN串行通讯链路是可以连接许多单元的总线。理论上，可连接无数多的单元。但由于实际上受延迟时间以及/或者总线线路上电气负载的影响，连接单元的数量是有限的。单通道:总线包括有一单独的通道。通过此通道可以获得数据的再同步报文。要使此通道实现通讯，有许多的方法可以采用，如使用单芯线(加上接地)、2条差分线、光缆等等。总线值(Busvalues):总线有一个补充的逻辑值:“显性”或“隐性”。“显性”位和“隐性”位同时传送时，总线的结果值为“显性”。比如，在总线的“写-与”执行时，逻辑。代表“显性”等级，逻辑1代表“隐性”等级。应答:所有的接收器检查报文的
28、连贯性。对于连贯的报文，接收器应答，对于不连贯的报文，接收器作出标志。睡眠模式/唤醒:为了减少系统电源的功率消耗，可以将CAN器件设为睡眠模式以便停止内部活动及断开与总线驱动器的连接。CAN器件可由总线激活，或系统内部状态而被唤醒。唤醒时，虽然MAC子层要等待一段时间使振荡器稳定，然后还要等待一段时间直到与总线活动同步(通过检查n个连续的“隐性”的位)，但在总线驱动器被重新设置为“总线在线”之前，内部运行已重新开始。2.6 CAN总线的智能节点 节点，是网络上信息的接收和发送站点，而所谓智能节点，用当前流行的说法来讲，就是一个嵌入式系统。在本系统中,它位于传感器和执行机构所在的工业现场，起着承
29、上启下的作用。智能节点一方面和上位机（PC）进行通信，完成数据交换，另一方面又根据系统需要对现场执行机构或传感器进行控制或采集。实现两大基本功能：通信和I/O口管理。为了提高系统的实时性，一些简单的处理运算可以不通过上位机的干预和控制，直接在现场完成，从而大大减少通信量，以发挥智能节点的优势。CAN总线把挂接在现场总线上所有智能节点连接成一个网络体系，实现基本控制、补偿计算、参数修改、报警、显示、监控、优化及控管一体化的综合自动化功能。为实现上述这些功能，正确的设计集检测、控制、执行和通信于一身的底层智能模块的硬件电路就显得至关重要。第三章 系统具体设计3.1 CAN总线收发器本系统CAN总线
30、收发器采用PHILIPS公司生产的TJA1040芯片。TJA1040是控制器局域网CAN协议控制器和物理总线之间的接口，它主要应用在客车的高速应用速度可达1Mbaud。TJA1040为总线提供差动的发送功能为CAN控制器提供差动的接收功能完全符合ISO 11898 标准，它还有优秀的EMC性能，在不上电状态下有理想的无源性能。3.1.1 TJA1040的特点(1)最适合用于汽车内的高速通迅1)完全符合ISO 11898 标准；2)速度高高达1Mbaud；3)电磁辐射EME 非常低；4)差动接收器具有较宽的共模范围可抗电磁干扰EMI；5)不上电状态下的无源性能；6)I/O 级自动适应主机控制器的
31、电源电压；7)如果使用分裂终端电压源可以稳定隐性总线电平进一步改善EME；8)只听模式；9)至少可以连接110 个节点；(2)低功耗管理1)消耗电流极低的待机模式和睡眠模式有本地和远程唤醒的功能；2)唤醒源识别；(3)诊断检测和发信1)总线线路短路；2)过热；3)发送数据TXD 显性超时；4)接收数据RXD 隐性箝位；5)RXD 对TXD 短路；6)总线显性超时；7)冷起动首次连接电池；(4)保护1)TXD 显性超时功能；2)RXD 隐性箝位功能；3)RXD 对TXD 短路的处理；4)在汽车暂态时保护总线引脚和引脚VBAT；5)防止总线引脚和引脚SPLIT对电池和对地短路；6)热保护；7)引脚
32、Vcc VI/O和VBAT的低压检测。3.1.2 TJA1040的一些参考数据TJA1040芯片的一些参考数据如表1所示：表1：参考数据助记符参数条件最小值最大值单位VBAT引脚VBAT的电源电压527VVCC引脚Vcc的电源电压4.755.25VVI/O引脚VI/O的电源电压2.85.25VIBAT引脚VBAT电源电流VBAT = 12V1030AVCANH引脚CANH 的直流电压0 VCC 5.25V 无时间限制-27+40VVCANL引脚CANL的直流电压0 VCC 5.25V 无时间限制-27+40VVSPLIT引脚SPLIT的直流电压0 VCC 5.25V 无时间限制-27+40VT
33、vj实际连接点温度-40+150Vesd所有引脚的静电放电电压人体模型HBM-4+4kVTPDTXD 到RXD 的传播延迟VSTB=0V255ns3.1.3 TJA1040的引脚参数助记符引脚描述TXD1发送数据输入GND2接地Vcc3电源电压RXD4接受数据输出，从总线读出数据SPLIT5共模稳压输出CANL6低电平CAN总线CANH7高电平CAN总线STB8待机模式控制输入3.1.4 TJA1040的工作模式TJA1040 有5 种工作模式每一种工作模式都有特殊的功能。(1)正常模式在这个模式中收发器可以通过总线CANH和CANL发送和接收数据。差动接收器将总线上的模拟数据转换成数字数据，
34、通过多路转换器MUX和I/O级适应器输出到引脚RXD。进入正常模式后，在引脚TXD的第4个显性到隐性的跳变沿前，引脚/ERR会指出唤醒源；在引脚TXD的第4个显性到隐性的跳变沿后，如果出现总线故障，引脚/ERR会被激活低电平。(2)Pwon/只听模式在Pwon/只听模式中，CAN总线信号不需要激活发送器就可以反映在引脚RXD上，因此提供了一种只听的性能。如果从睡眠、待机或进入睡眠命令模式进入Pwon/只听模式，在引脚/ERR反映的Pwon标志可以表明以前有电池掉电的情况或首次连接电池的情况。如果是从正常模式进入Pwon/只听模式，引脚/ERR则反映本地的故障，例如：TXD显性超时、过热、RXD
35、隐性箝位、总线显性或TXD对RXD短路等状况。总线偏置在0.5Vcc。(3)进入睡眠命令模式这个模式会将进入睡眠命令发送到收发器。当选择这个模式的时间长于进入睡眠模式命令的持续时间而且已经清除了唤醒标志和Pwon标志时，引脚INH的上拉电流会被关断。此时，收发器不能发送或接收数据。如果仍有Vcc和VI/O，引脚RXD和/ERR只会反映内部唤醒标志。(4)睡眠模式当选择进入睡眠模式命令的时间超过进入睡眠命令模式的持续时间时，才会进入睡眠模式。在这个模式中，引脚INH 悬空引脚VBAT的电源电流减到最小值，但仍保证电磁抗干扰能力而且还能识别总线或引脚WAKE上的唤醒事件。识别出唤醒事件后，引脚IN
36、H会被激活。引脚INH可以用于切换向Vcc和/或CAN控制器和微控制器电源电压VI/O供电的电压调节器。总线偏置到地电平。(5)待机模式将引脚EN和/STB直接切换到低电平就可以进入待机模式。除了引脚INH是高电平外，收发器在待机模式和睡眠模式的行为相同。(6)自动防故障的低效模式(Fail-safe fallback modes)TJA1040在Vcc、VI/O和VBAT上有低电压检测电路。当Vcc和VI/O的电压在超过TUV(VCCVI/O)的时间内分别低于VCC和VI/O时，就会检测到 Vcc和 VI/O的低电压，收发器会进入睡眠模式。这种情况下，电压调节器会通过引脚INH关断，防止短路
37、时消耗额外的电流。任何唤醒事件都会通过引脚 INH启动电压调节器。如果仍存在短路，电压调节器通过引脚INH再次被关断。如果短路的情况消失，收发器会进入引脚EN 和/STB 的信号所决定的模式。当引脚VBAT的电压低于VBAT(STANDBY)时，可以检测到低电压，此时TJA1040会进入睡眠模式，保证收发器不会干扰总线而且电流消耗很低。一旦低电压不存在后，收发器会返回由引脚EN和/STB的逻辑状态所决定的模式。3.1.5 TJA1040的功能描述TJA1040除了处理ISO 11898标准所描述的物理层外，它还可以控制整个ECU的功耗(电源)管理并对系统进行诊断。(1)唤醒有几种方法可以将TJ
38、A1040从睡眠或待机模式唤醒：1)通过显性的总线状态唤醒；2)通过引脚WAKE的边沿本地唤醒；3)从睡眠或待机模式到普通或Pwon/只听模式的模式转换不会置位唤醒标志。(2)总线故障诊断正常模式中，在收发器使总线显性时，TJA1041通过引脚/ERR提供了一个低电平有效的总线故障诊断输出。检测到的总线故障可以在正常模式从引脚/ERR读出。(3)TXD显性超时功能当引脚TXD由于硬件或软件程序的错误而持续地被置为低电平时，“TXD显性超时定时器”电路可以防止总线进入这种持续的显性状态（阻塞所有网络通信）这个定时器是由引脚TXD的负跳变沿触发，如果引脚TXD 的低电平持续时间超过内部定时器的值(
39、TDOM),收发器会被禁能强制使总线进入隐性状态。定时器用引脚TXD的正跳变边沿复位。收发器保持禁能直到RXD变成显性而TXD是隐性或者将模式切换到正常模式。TXD显性超时时间TDOM规定了可能的最小位速率40kBaud。(4)TXD对RXD短路如果引脚RXD和TXD短路，总线一旦进入显性后就会呈现持续的显性，因为引脚RXD 的低电平输入通常要高于连接至(CAN控制器)。TXD显性超时会禁能收发器，使总线处于隐性状态。收发器保持禁能直到RXD是显性而TXD是隐性或者将模式切换到正常模式。3.2 CAN总线控制器本系统采用PHILIPS公司生产的PCA82C200独立控制器，PCA82C200芯
40、片是一种适用于一般工业环境的测控器局域网的高集成度独立测控器，具有完成高性能通讯协议所要求的全部必要特性。PHILIPS公司的PCA82C200是双列直插式器件，其功能方框图见图2。其中，AD0AD7是分时复用的地址数据总线，CS为片选信号，低电平有效，WR为读操作使能信号，RD为写操作使能信号，这些引脚构成了CAN控制器与CPU之间的信息交换通道。而CAN控制器与物理总线之间的信息连接则是通过引脚TX0TX1和RX0RX1来完成的。82C200具有完成高性能通信协议所要求的全部必要特性，通过简单连接即可完成CAN总线协议的物理层和数据链路层的所有功能。为了提高总线的驱动能力和在恶劣电气环境下
41、的传输速度，也可使用CAN总线收发器件充当CAN控制器与物理总线之间的接口。图2：PCA82C200的功能方框图本系统所采用的PCA82C200其封装采用28脚SOP双列直插形式。其管脚功能如表2所示。PCA82C200芯片是一种I/O设备基于内存编址的微控制器。该设备的独立操作是通过像RAM一样的片内寄存器修正来实现的。它只支持标准的信息帧格式。PCA82C200的地址区包括控制段和信息缓冲区控制段。在初始化载入时可被编程来配置通信参数(例如，位时序)。微控制器也是通过这个段来控制CAN总线上通信的。PCA82C200有2种工作模式：复位模式和工作模式。在复位模式下可以对接收代码、接收屏蔽、
42、总线时序寄存器0和1以及输出控制寄存器 进行设置。一般在CAN初始化时完成对以上寄存器的设置，当CAN进入工作模式后，它们的值就不再变化。在工作模式下可进行数据的发送和接收。特别要注意的是当硬件复位或控制器掉线时会自动进入复位模式，这样就不能进行正常的CAN通信，这就要求对复位位进行监控。当发生硬件复位或控制器掉线而进入复位模式时，就要求把复位位置为0进入工作模式，这样CAN就能正常地发送和接收了。表2：PCA82C200管脚功能符号管脚功能AD0-AD71，23-28，2分时复用地址/数据总线ALE3ALE信号（INTEL方式）或AS输入信号（MOTOROLA方式）/CS4片选输入，低电平允
43、许访问PCA82C200/RD5来自微测控器的/RD信号或E开放信号/WR6来自微测控器的/WR信号（INTEL）方式或RD/WR信号（Motorola方式）CLKOUT7由PCA82C200为微测控器产生的时钟输出信号VSS18逻辑电路地电位XTAL19输至振荡器放大器；外部振荡器信号经此管XTAL210振荡器放大器输出；使用外部振荡器信号时，此管脚必须开路MODE11方式选择输入端；接VDD选为INTEL方式；接VSS选为MOTOROLA方式TX013由输出驱动器0至物理总线的输出端TX114由输出驱动器1至物理总线的输出端VSS315输出驱动器的地电位INT16中断输出端RST17Res
44、et输入端VDD218输入比较器的5V电源RX0，RX119，20由物理总线至PCA82C200输入比较器的输入端。显性电平将唤醒PCA82C200；若RX0高于RX1，读出为隐性电平；否则为显性电平VSS221输入比较器地电位VDD122逻辑电路的5V电源3.3 节点控制器本系统采用80C51单片机为节点控制器。80C52是INTEL公司MCS-51系列单片机中基本的产品，它采用INTEL公司可靠的CHMOS工艺技术制造的高性能8位单片机，属于标准的MCS-51的HCMOS产品。它结合了HMOS的高速和高密度技术及CHMOS的低功耗特征，它基于标准的MCS-51单片机体系结构和指令系统，属于
45、80C51增强型单片机版本，集成了时钟输出和向上或向下计数器等更多的功能，适合于类似马达控制等应用场合。80C52内置8位中央处理单元、256字节内部数据存储器RAM、8k片内程序存储器（ROM）32个双向输入/输出(I/O)口、3个16位定时/计数器和5个两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内时钟振荡电路。此外，80C52还可工作于低功耗模式，可通过两种软件选择空闲和掉电模式。在空闲模式下冻结CPU而RAM定时器、串行口和中断系统维持其功能。掉电模式下，保存RAM数据，时钟振荡停止，同时停止芯片内其它功能。80C52有PDIP(40pin)和PLCC(44pin)两种封装形式。80C52的
46、主要功能特性：(1)标准MCS-51内核和指令系统；(2)32个双向I/O口；(3)3个16位可编程定时/计数器；(4)向上或向下定时计数器；(5)6个中断源；(6)全双工串行通信口；帧错误侦测自动地址识别(7)空闲和掉电节省模式；(8)片内8kROM(可扩充64kB外部存储器)；(9)256x8bit内部RAM(可扩充64kB外部存储器)；(10)时钟频率3.5-12/24/33MHz；(11)改进型快速编程脉冲算法；(12)5.0V工作电压；(13)布尔处理器；(14)4层优先级中断结构；(15)兼容TTL和CMOS逻辑电平；(16)PDIP(40)和PLCC(44)封装形式。其管脚功能如图3所示： 图3 80C52的管脚功能第四章 原理图设计