基于CAN總線的雷達溫濕度采集系統(tǒng)設計

創(chuàng)新者：尤 路

基于CAN總線的雷達溫濕度采集系統(tǒng)設計

創(chuàng)新者：尤 路

溫濕度參數(shù)對于雷達等電子設備的運行保障非常重要，本文利用CAN總線，對雷達等復雜電磁環(huán)境設備溫濕度信息的采集提供了有效的解決方案，并從系統(tǒng)構(gòu)建、軟硬件設計等方面提供了有力的技術(shù)支撐，值得在軍用電子及工業(yè)控制領域推廣應用。

雷達等電子設備運行環(huán)境中溫濕度等參數(shù)的感知，對于設備健康狀態(tài)的分析及預測起到非常重要的作用。尤其是高設備密度、強電磁干擾環(huán)境下，CAN總線的運用，在保證抗干擾能力的同時，還可大大簡化設備對外接口，減少設備間電纜連接，提升監(jiān)測系統(tǒng)的可靠性。

圖2　溫濕度傳感器基本架構(gòu)

系統(tǒng)設計

某雷達的溫濕度采集系統(tǒng)主要是由天線陣面上的溫濕度傳感器和艙內(nèi)采集設備組成，分布于天線陣面上的溫濕度傳感器通過CAN總線相連，單個CAN總線理論上最多可掛載110個節(jié)點，考慮總線負載情況，實際使用時總線上只掛載60個。艙內(nèi)采集設備由CAN控制器和顯示上位機組成，CAN控制器將CAN總線上的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡數(shù)據(jù)送至上位機顯示，如圖1所示。

硬件設計

溫濕度傳感器主要由兩部分組成，傳感器和處理器，如圖2所示。其中溫濕度傳感器采用數(shù)字型溫濕度傳感器SHT11，處理器選用含有ARM Cortex-M3內(nèi)核的STM32F103C8處理器。傳感器信號由MCU采集并計算完成后，通過CAN總線送出。

每個傳感器上都有一個撥碼開關(guān)負責CAN總線地址的編碼，用于區(qū)分總線上各個傳感器的ID號。為了提升CAN接口的可靠性，CAN接口部分，除了CAN收發(fā)器外，增加了防浪涌保護電路，如圖3所示。

圖1　某雷達CAN總線環(huán)境感知系統(tǒng)的組成

圖3　CAN總線接口電路

圖4　溫濕度傳感器軟件流程

軟件設計

系統(tǒng)采用問詢制的協(xié)議進行通信，即上位機發(fā)送詢問指令，ID匹配正確后，傳感器才進行應答。CAN總線的速率為125Kbps，8字節(jié)標準數(shù)據(jù)幀的幀長約為864us，詢問每個傳感器所需的最短時間為1.728ms，足以滿足系統(tǒng)的使用要求。下面將從系統(tǒng)的底層至頂層詳細介紹軟件的設計流程。

溫濕度傳感器軟件設計

由于SHT11的兩線通信與I2C協(xié)議不兼容，在STM32進行編程時，通過控制連接傳感器的兩個GPIO管腳進行協(xié)議解析。系統(tǒng)上電之后，進行傳感器的初始化，對傳感器進行復位，隨后進行溫度測量和濕度測量，再根據(jù)溫度和濕度，計算出露點，根據(jù)CAN總線接收到的控制指令，將采集的數(shù)據(jù)加入CAN總線通信協(xié)議送出，如圖4所示。這樣極大的緩解總線的占用時間，以最快的速度進行響應。

系統(tǒng)上位機的軟件設計

由于CAN控制器的功能是用于CAN總線與網(wǎng)絡的信息格式轉(zhuǎn)換，所以其軟件功能較為單一，主要是偵收網(wǎng)絡和CAN總線上的信息，并將信息互相透傳。這樣上位機軟件通過問詢制對所有的溫濕度傳感器進行詢問時，網(wǎng)絡數(shù)據(jù)協(xié)議與CAN總線協(xié)議兼容。上位機通過遍歷ID號對CAN總線上所有溫濕度傳感器進行輪詢，輪詢間隔為1s，輪詢過程中一旦出現(xiàn)無回饋現(xiàn)象則上報故障，最終將所有溫濕度信息及故障狀態(tài)全部送至顯示界面顯示，工作流程如圖5所示。

圖5　系統(tǒng)上位機工作流程

結(jié)語

以CAN總線為基礎構(gòu)建的雷達溫濕度測量系統(tǒng)，系統(tǒng)穩(wěn)定，抗干擾能力強，能夠滿足復雜電子環(huán)境下的溫濕度采集任務，并具有成本低、接口簡單、維護方便等優(yōu)點，值得在軍用電子、工業(yè)控制等領域進行推廣。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.10.028