CAN总线的多路位置信号采集设计
本文是为了设计出一款位置信号采集系统，该系统能够采集多路信号并通过CAN总线来传输采集的数据。以此来实现远距离数据传输与及时数据传输。
文章首先介绍了数据采集与多路位置信号采集及CAN总线的一些原理与在当今社会生产状况这个大背景下设计出该系统的意义，不仅能够方面人员操作，还可以为以后的信号传输网络化的扩展打下基础；紧接着又具体展示了硬件和软件方面相关的设计制作，并对重要模块进行详细地分析阐述；最后对该课题研究的的成果进行测试验收更改与调试以最终完成设计，并对整个过程作最终的总结。
关键词：信号采集 CAN总线 通信 M000263
This dissertation is to design a signal acquisition system, the system can collect multichannel signals and to transmit the collected data through CAN bus. In order to realize remote data transmission and real time data transmission.
The paper firstly introduces the principle of data acquisition and multi-channel signal acquisition and CAN bus and in the setting of the society production conditions designed of the system, not only can the personnel operation, also can lay the foundation extended signal transmission network for the future; then the concrete display of hardware and software the production of the related design, and important module in detail elaborated; acceptance testing and debugging to change the final completion of the design of the final research results, and make the total final of the whole process.
Key Words: Signal acquisition; CAN bus; Signal communication
1. 引 言 查看完整请+Q:351916072获取
1.1 多路位置信号采集系统的介绍
1.1.1 数据采集系统的介绍
数据采集，是指用传感器或者其它的模拟传感器件去测量信息的过程[3]。 数据采集系统是连接基于计算机（或微处理器）的测量软硬件产物来实现机动的、用户自定义的测量系统。
数据采集是随着计算机技术和通信技术的发展而不断发展的一项非常重要的技术[5]。现在又很多地方都采用了这项技术成果,来为他们的生产生活服务,来提高他们的工作效率改善工作成绩。比如商场的盘点器，就用到了这一技术，这样取代大量人工盘点，不仅为商场节约了成本，还节省了员工的很多时间。纵观数据采集技术的现状以及发展趋势，数据采集技术会在今后人们的生产与生活中扮演着一个很重要的角色，为人们带来更高效的工作效率，给人们提供更快捷的生活方式 。
1.1.2 多路位置信号采集系统介绍
前面提到的数据采集系统，而多路位置信号采集系统相对具体化了，采集位置信号并且采集不只一路的信号。
完成这个采集系统首先需要传感器来采集位置信号。这里采用的是GL-8F传感器，它的特点是采用DIQI公司的专用集成芯片而设计生产的。工作电压宽，性能稳定，体积小，广泛运用于工业控制系统，可直接代替进口SUNX、OMRON等。它有规定的检测距离、电源电压、使用温度等具体信息；并且应用于测工作台高速运转或者侧凸轮等[11]。而位置信号采集是数据采集的一种，是指传感器或者其他的模拟传感器件去测量信息的过程。
1.2 CAN现场总线的研究现状
1.2.1 CAN总线的介绍
CAN总线是控制局域网(Controller Area Network)的缩写简称[1]。是一种最具有影响力的现场总线，其他的现场总线价格太高，实时性能和应用范围都不好，而CAN现场总线在这些地方有明显的优越性[3]。因此被广泛应用在自动控制领域中。除此之外，CAN总线的最大传输间隔可以超过10千米，而且依然能够提供大于50kbit/s 的数据传输速度。而且采用差分传输方式。
经过长时间的查找资料学习归纳出CAN总线的优点主要表现在下面的七个方面：
序号 优点
1 该总线协议最大的长处便是取消了古板的站地址编码，取代的是以对数据通讯的数据块来进行编码，如许能够多主形式的工作；
2 该总线采用了非破坏性仲裁技术，如果发现有两个节点将数据发送到网络，较低优先级的节点会主动中断数据传输。这样优先级比较高的节点就可以不受到影响而继续正常工作，可以有效地避免掉总线冲突的弊端；
3 该总线选用的是短帧构造，每个帧的有效字节个数是8个（CAN技能范例2.0A），这样的话数据传输的功夫短，并且被干预的概率也低，如果重新发送需要的时间也短；
4 该总线为了保证数据传输的可靠性，每一帧都采用了CRC检验和其他的一些检验方法，并且该总线在高干扰的情况依然可以使用而且效果依旧很好；
5 该总线节点在严重故障的情况下，为了保证其他总线操作不受到影响，能自动关闭总线，断开所有它与总线之间的关系；
6 该总线直接通信最大间隔可达10km/5Kbps，通信速度最大可达1Mbps/40m；
7 使用不为零的编码／解码方法；并采用比特填充技术[16]。
其缺点在于以下三个方面：
序号 缺点
1 如果应用程序发生了变化，就不得不考查应用层能否还能满足要求[16]；
2 通信协议产生转变时，全部应用程序及应用层代码都必须从头编译测试。
3 严重阻挡了节点和计划的重用。因为操作程序和应用层融汇在一起，难以实现即插即用的成效。
这里基于CAN总线的好处有在传输数据的时候数据格式中不包含目标地址，这样更容易扩展成为网络式的数据传输，能够分布成为一张传输网络。另外就是数据传输的安全性高。
1.2.2 CAN总线的应用与现状 查看完整请+Q:351916072获取
由于CAN总线的使用和推广在不同的产区，这需要不同的通信标准的应用。CAN总线系统不仅便宜，并且OEM用户操作方便，国内外发展得都非常迅速，所以许多半导体公司都非常活跃地开发出专用芯片的CAN总线，包括智能芯片。也有非智能CAN控制器、收发器，其中有摩托罗拉，飞利浦，因特尔等。另外梅塞德斯-奔驰汽车S型轿车也采用了CAN总线系统技术。美国商用车辆制造商们也对CAN总线体系投入了十分高的评估及注意力。由于CAN总线的种种的优点，因而被广泛应用于纺织机械领域等，电梯控制也有应用。
1.2.3 CRC简介
CRC即循环冗余校验，CRC校验是当代通信领域的重要技能之一。循环冗余校验计算单元根据固定的CRC多项式的计算结果产生任何32例。标准EN/IEC 60335-1提供了一种验证内存完整性的方法，并且CRC校验分为两种方法实现，分别是直接计算法和查表法，而且一般情况用查表法比较多[16]。CRC计算单元计算软件识别程序运行时，在连接的参考身份比较时产生，并存储在指定的内存空间。
1.3 研究的目的和意义
位置信号采集就是采用传感器或者其他模拟的传感器件来采集相对应的位置信号是否存在，若是采集到了信号，则通过多路传输系统将这一信号经过编码处理完后传输给统计者。这需要很多很长的信号线来支持这样的工作。所以设计基于CAN总线的多路位置信号采集系统可以用CAN总线传输协议来取代那些长而多的信号线，在原先的位置信号采集系统中增加一个CAN协议传输，就可以直接将处理好的数据编码通过这个通信协议来传达给统计者。这样又节省了很多信号线又可以提高工作效率，又可以为统计者节约了时间和精力，而且还提高了传输数据的精确度。所以基于CAN总线的多路位置信号采集系统设计的应用给人们的生产生活带来了很多好处，提高了工作效率，节省了材料设备，解决了远距离传输的难题等。
目录
1. 引 言 1
1.1 多路位置信号采集系统的介绍 1
1.1.1 数据采集系统的介绍 1
1.1.2 多路位置信号采集系统介绍 1
1.2 CAN现场总线的研究现状 1
1.2.1 CAN总线的介绍 1
1.2.2 CAN总线的应用与现状 2
1.2.3 CRC简介 2
1.3 研究的目的和意义 3
1.4 主要思路和方法 3
2. 硬件设计 4
2.1 硬件原理概述 4
2.1.1 STM32的简单介绍 4
2.1.2 原理简单说明 4
2.2 硬件模块分析 5
2.2.1 MCU电路 5
2.2.2 信号采集电路 8
2.2.3 CAN接口电路 9
2.2.4 电源电路 10
3. 软件设计 11
3.1整体简要概述 11
3.2通信协议的拟定 12
3.3 主要模块程序说明 12
3.2.1 初始化程序 12
3.2.2 发送数据模块 14
3.2.3 接收数据模块 16
3.2.4 CRC校验程序 19
3.4 可靠性措施 20
4. 系统测试 20
4.1 系统检测及相关信息 20
4.1.1 CAN分析仪简单介绍 20
4.2 系统分析 24
结 语 27
参考文献 29
致 谢 30 查看完整请+Q:351916072获取
文章首先介绍了数据采集与多路位置信号采集及CAN总线的一些原理与在当今社会生产状况这个大背景下设计出该系统的意义，不仅能够方面人员操作，还可以为以后的信号传输网络化的扩展打下基础；紧接着又具体展示了硬件和软件方面相关的设计制作，并对重要模块进行详细地分析阐述；最后对该课题研究的的成果进行测试验收更改与调试以最终完成设计，并对整个过程作最终的总结。
关键词：信号采集 CAN总线 通信 M000263
This dissertation is to design a signal acquisition system, the system can collect multichannel signals and to transmit the collected data through CAN bus. In order to realize remote data transmission and real time data transmission.
The paper firstly introduces the principle of data acquisition and multi-channel signal acquisition and CAN bus and in the setting of the society production conditions designed of the system, not only can the personnel operation, also can lay the foundation extended signal transmission network for the future; then the concrete display of hardware and software the production of the related design, and important module in detail elaborated; acceptance testing and debugging to change the final completion of the design of the final research results, and make the total final of the whole process.
Key Words: Signal acquisition; CAN bus; Signal communication
1. 引 言 查看完整请+Q:351916072获取
1.1 多路位置信号采集系统的介绍
1.1.1 数据采集系统的介绍
数据采集，是指用传感器或者其它的模拟传感器件去测量信息的过程[3]。 数据采集系统是连接基于计算机（或微处理器）的测量软硬件产物来实现机动的、用户自定义的测量系统。
数据采集是随着计算机技术和通信技术的发展而不断发展的一项非常重要的技术[5]。现在又很多地方都采用了这项技术成果,来为他们的生产生活服务,来提高他们的工作效率改善工作成绩。比如商场的盘点器，就用到了这一技术，这样取代大量人工盘点，不仅为商场节约了成本，还节省了员工的很多时间。纵观数据采集技术的现状以及发展趋势，数据采集技术会在今后人们的生产与生活中扮演着一个很重要的角色，为人们带来更高效的工作效率，给人们提供更快捷的生活方式 。
1.1.2 多路位置信号采集系统介绍
前面提到的数据采集系统，而多路位置信号采集系统相对具体化了，采集位置信号并且采集不只一路的信号。
完成这个采集系统首先需要传感器来采集位置信号。这里采用的是GL-8F传感器，它的特点是采用DIQI公司的专用集成芯片而设计生产的。工作电压宽，性能稳定，体积小，广泛运用于工业控制系统，可直接代替进口SUNX、OMRON等。它有规定的检测距离、电源电压、使用温度等具体信息；并且应用于测工作台高速运转或者侧凸轮等[11]。而位置信号采集是数据采集的一种，是指传感器或者其他的模拟传感器件去测量信息的过程。
1.2 CAN现场总线的研究现状
1.2.1 CAN总线的介绍
CAN总线是控制局域网(Controller Area Network)的缩写简称[1]。是一种最具有影响力的现场总线，其他的现场总线价格太高，实时性能和应用范围都不好，而CAN现场总线在这些地方有明显的优越性[3]。因此被广泛应用在自动控制领域中。除此之外，CAN总线的最大传输间隔可以超过10千米，而且依然能够提供大于50kbit/s 的数据传输速度。而且采用差分传输方式。
经过长时间的查找资料学习归纳出CAN总线的优点主要表现在下面的七个方面：
序号 优点
1 该总线协议最大的长处便是取消了古板的站地址编码，取代的是以对数据通讯的数据块来进行编码，如许能够多主形式的工作；
2 该总线采用了非破坏性仲裁技术，如果发现有两个节点将数据发送到网络，较低优先级的节点会主动中断数据传输。这样优先级比较高的节点就可以不受到影响而继续正常工作，可以有效地避免掉总线冲突的弊端；
3 该总线选用的是短帧构造，每个帧的有效字节个数是8个（CAN技能范例2.0A），这样的话数据传输的功夫短，并且被干预的概率也低，如果重新发送需要的时间也短；
4 该总线为了保证数据传输的可靠性，每一帧都采用了CRC检验和其他的一些检验方法，并且该总线在高干扰的情况依然可以使用而且效果依旧很好；
5 该总线节点在严重故障的情况下，为了保证其他总线操作不受到影响，能自动关闭总线，断开所有它与总线之间的关系；
6 该总线直接通信最大间隔可达10km/5Kbps，通信速度最大可达1Mbps/40m；
7 使用不为零的编码／解码方法；并采用比特填充技术[16]。
其缺点在于以下三个方面：
序号 缺点
1 如果应用程序发生了变化，就不得不考查应用层能否还能满足要求[16]；
2 通信协议产生转变时，全部应用程序及应用层代码都必须从头编译测试。
3 严重阻挡了节点和计划的重用。因为操作程序和应用层融汇在一起，难以实现即插即用的成效。
这里基于CAN总线的好处有在传输数据的时候数据格式中不包含目标地址，这样更容易扩展成为网络式的数据传输，能够分布成为一张传输网络。另外就是数据传输的安全性高。
1.2.2 CAN总线的应用与现状 查看完整请+Q:351916072获取
由于CAN总线的使用和推广在不同的产区，这需要不同的通信标准的应用。CAN总线系统不仅便宜，并且OEM用户操作方便，国内外发展得都非常迅速，所以许多半导体公司都非常活跃地开发出专用芯片的CAN总线，包括智能芯片。也有非智能CAN控制器、收发器，其中有摩托罗拉，飞利浦，因特尔等。另外梅塞德斯-奔驰汽车S型轿车也采用了CAN总线系统技术。美国商用车辆制造商们也对CAN总线体系投入了十分高的评估及注意力。由于CAN总线的种种的优点，因而被广泛应用于纺织机械领域等，电梯控制也有应用。
1.2.3 CRC简介
CRC即循环冗余校验，CRC校验是当代通信领域的重要技能之一。循环冗余校验计算单元根据固定的CRC多项式的计算结果产生任何32例。标准EN/IEC 60335-1提供了一种验证内存完整性的方法，并且CRC校验分为两种方法实现，分别是直接计算法和查表法，而且一般情况用查表法比较多[16]。CRC计算单元计算软件识别程序运行时，在连接的参考身份比较时产生，并存储在指定的内存空间。
1.3 研究的目的和意义
位置信号采集就是采用传感器或者其他模拟的传感器件来采集相对应的位置信号是否存在，若是采集到了信号，则通过多路传输系统将这一信号经过编码处理完后传输给统计者。这需要很多很长的信号线来支持这样的工作。所以设计基于CAN总线的多路位置信号采集系统可以用CAN总线传输协议来取代那些长而多的信号线，在原先的位置信号采集系统中增加一个CAN协议传输，就可以直接将处理好的数据编码通过这个通信协议来传达给统计者。这样又节省了很多信号线又可以提高工作效率，又可以为统计者节约了时间和精力，而且还提高了传输数据的精确度。所以基于CAN总线的多路位置信号采集系统设计的应用给人们的生产生活带来了很多好处，提高了工作效率，节省了材料设备，解决了远距离传输的难题等。
目录
1. 引 言 1
1.1 多路位置信号采集系统的介绍 1
1.1.1 数据采集系统的介绍 1
1.1.2 多路位置信号采集系统介绍 1
1.2 CAN现场总线的研究现状 1
1.2.1 CAN总线的介绍 1
1.2.2 CAN总线的应用与现状 2
1.2.3 CRC简介 2
1.3 研究的目的和意义 3
1.4 主要思路和方法 3
2. 硬件设计 4
2.1 硬件原理概述 4
2.1.1 STM32的简单介绍 4
2.1.2 原理简单说明 4
2.2 硬件模块分析 5
2.2.1 MCU电路 5
2.2.2 信号采集电路 8
2.2.3 CAN接口电路 9
2.2.4 电源电路 10
3. 软件设计 11
3.1整体简要概述 11
3.2通信协议的拟定 12
3.3 主要模块程序说明 12
3.2.1 初始化程序 12
3.2.2 发送数据模块 14
3.2.3 接收数据模块 16
3.2.4 CRC校验程序 19
3.4 可靠性措施 20
4. 系统测试 20
4.1 系统检测及相关信息 20
4.1.1 CAN分析仪简单介绍 20
4.2 系统分析 24
结 语 27
参考文献 29
致 谢 30 查看完整请+Q:351916072获取
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