嵌入式設(shè)備電源控制系統(tǒng)的CAN通信軟硬件設(shè)計(jì)

摘? 要：靈活應(yīng)用CAN通信控制器，可以有效地提升電源監(jiān)控系統(tǒng)的功能優(yōu)勢(shì)，解決現(xiàn)階段系統(tǒng)存在的時(shí)效性較差、數(shù)字化程度低以及可靠性低問題。本文從嵌入式設(shè)備電源控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)入手，結(jié)合實(shí)際情況明確硬件設(shè)計(jì)框圖，同時(shí)對(duì)軟件的應(yīng)用進(jìn)行分析，加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，以供參考。

關(guān)鍵詞：嵌入式設(shè)備;電源控制系統(tǒng);通信軟件

中圖分類號(hào)：TN86;TP273? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2019）10-0054-02

Abstract：The flexible application of CAN communication controller can effectively improve the functional advantages of the power monitoring system，and solve the problems of poor timeliness，low digitization and low reliability in the current system. This paper starts with the hardware structure of the embedded device power control system，and clarifies the hardware design block diagram based on the actual situation. At the same time，it analyzes the application of the software and strengthens the network application for reference.

Keywords：embedded device;power control system;communication software

0? 引? 言

隨著時(shí)代不斷發(fā)展，電力電子設(shè)備與人們?nèi)粘Ｉ钣l(fā)相關(guān)，其需要提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，以滿足當(dāng)前人們的需求。電源是電子設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)前提，只有保證電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性，才能促使電子設(shè)備發(fā)揮出自身的功能，因此應(yīng)加強(qiáng)提升電源系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性與可靠性，優(yōu)化整體性能，滿足當(dāng)前的需求。

1? 嵌入式設(shè)備電源控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)分析

實(shí)際上，在發(fā)展過程中我國工業(yè)中較為常見的電源控制系統(tǒng)并不是單一存在的，而是經(jīng)常與監(jiān)控設(shè)備相關(guān)聯(lián)，充分發(fā)揮出二者的聯(lián)合優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)共同運(yùn)行，以滿足當(dāng)前的需求。例如，通過二者的合理聯(lián)合，可以高效進(jìn)行數(shù)據(jù)信息收集，加強(qiáng)對(duì)信號(hào)的控制能力，為人們提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。CAN現(xiàn)階段較為常見的通信網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)技術(shù)存在較大的不同：以數(shù)據(jù)塊為基礎(chǔ)，節(jié)點(diǎn)不受數(shù)量的限制，呈現(xiàn)出安全性、穩(wěn)定性、實(shí)時(shí)性、靈活性與可靠性，因此受外界環(huán)境的影響較小，可以保證其信號(hào)傳輸質(zhì)量。在實(shí)際應(yīng)用過程中，電源監(jiān)控系統(tǒng)存在較為明顯的問題，需要工作人員根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)完整的方案，具體來說，應(yīng)包括以下幾方面功能：第一，合理進(jìn)行參數(shù)配置，并實(shí)現(xiàn)控制命令的有效發(fā)送;第二，加強(qiáng)對(duì)電源狀態(tài)的監(jiān)控，并保證其具有實(shí)時(shí)性，明確電源的電流、電壓以及溫度等相關(guān)的參數(shù)，進(jìn)行合理地完善，從整體上優(yōu)化;第三，將當(dāng)前的數(shù)據(jù)進(jìn)行合理地采集，將數(shù)據(jù)傳送至控制單元，利用控制單元的優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)電源系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。在進(jìn)行設(shè)計(jì)過程中，為使當(dāng)前的系統(tǒng)具有較強(qiáng)的功能，需要合理進(jìn)行完善，利用主從控制方式進(jìn)行，以單片機(jī)為核心，實(shí)現(xiàn)主機(jī)與從機(jī)的交互，實(shí)現(xiàn)CAN總線通信。滿足當(dāng)前的需求[1]。

2? 基于AVR單片機(jī)的CAN節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)框圖

在進(jìn)行設(shè)計(jì)過程中，整個(gè)線路主要選擇并行方式，線路1進(jìn)行AVR單片機(jī)與PC機(jī)的關(guān)聯(lián)，主要是進(jìn)行信息傳輸，而線路2與其存在明顯的不同，主要進(jìn)行AVR單片機(jī)與模塊的關(guān)聯(lián)，靈活利用其優(yōu)勢(shì)運(yùn)行，同時(shí)從根本上避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)沖突情況，增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。以當(dāng)前的CAN節(jié)點(diǎn)硬件結(jié)構(gòu)為例，在實(shí)際應(yīng)用過程中，主要是以當(dāng)前的控制器、處理器、收發(fā)器以及電氣隔離為主，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的運(yùn)行。例如，現(xiàn)階段在運(yùn)行過程中，微處理器具有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，并呈現(xiàn)出結(jié)構(gòu)簡單、性價(jià)比高等特點(diǎn)。實(shí)際上，該過程的實(shí)質(zhì)是進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化，靈活利用服務(wù)器優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)信息傳輸，可以完成CAN格式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變，提升收發(fā)質(zhì)量。

2.1? 設(shè)計(jì)CAN控制器電路

實(shí)際上，當(dāng)前的CAN控制器是以CAN協(xié)議為主，包含良好的數(shù)據(jù)鏈路層與物理層功能，利用現(xiàn)有的優(yōu)勢(shì)將實(shí)現(xiàn)CAN通信協(xié)議部分電路與AVR單片機(jī)接口部分的優(yōu)化，設(shè)計(jì)出合理的電路。例如，當(dāng)前MICROCHIP公司設(shè)計(jì)的MCP2515芯片是一款具有良好的獨(dú)立CAN協(xié)議控制器，以SPI接口為基礎(chǔ)，以滿足當(dāng)前的需求力。

2.2? 設(shè)計(jì)CAN收發(fā)器

將MCP2551作為CAN協(xié)議控制器與物理總線的接口，在實(shí)際應(yīng)用過程中，可以有效地促使其得到優(yōu)化，將CAN控制器的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行合理的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為當(dāng)前符合總線需求的傳輸信號(hào)，并靈活利用MCP2551的兼容優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)與ISO/DIS11898的兼容，實(shí)現(xiàn)整體性能的優(yōu)化。在引腳串聯(lián)熱敏電阻，并與物理總線相連接，如果電流增大，電阻增大，可以保護(hù)收發(fā)器不會(huì)受到過流產(chǎn)生的傷害，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的運(yùn)行。在收發(fā)器的RS引腳設(shè)置電阻后接地，有效地進(jìn)行CAN差分信號(hào)控制，從整體上進(jìn)行完善，控制差分信號(hào)上升沿與下降沿的陡峭向程度，提升CAN速率，降低外界環(huán)境產(chǎn)生的干擾[2]。

2.3? 設(shè)計(jì)電氣隔離

電氣隔離設(shè)計(jì)主要是利用當(dāng)前的收發(fā)器進(jìn)行設(shè)計(jì)，靈活利用帶隔離的DC-DC模塊單獨(dú)供電進(jìn)行隔離，同時(shí)以光電耦合器件為基礎(chǔ)進(jìn)行完善，滿足當(dāng)前的需求。CAN控制器引腳與收發(fā)器并不是直接相連，而是以當(dāng)前的高速光電耦合器為媒介，形成完整的隔離電路，再進(jìn)行有效的連接，杜絕出現(xiàn)路間串?dāng)_情況，實(shí)現(xiàn)整體的優(yōu)化，例如在案例設(shè)計(jì)中，TXCAN、RXCAN分別為信號(hào)發(fā)送（從MCP2515來）和信號(hào)接收（到MCP2515去），與MCP2515的TXCAN、RXCAN引腳相連，TX、RX分別連接MCP2551的TXD、RXD引腳，實(shí)現(xiàn)合理的設(shè)計(jì)。

3? 軟件設(shè)計(jì)

當(dāng)前的軟件設(shè)計(jì)包含的內(nèi)容較多，工作人員應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行有效地控制，從整體上進(jìn)行優(yōu)化，以發(fā)揮出系統(tǒng)的功能，具體來說，主要包含以下幾方面：

3.1? 進(jìn)行主程序流程控制

電源控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，尤其是對(duì)于當(dāng)前的系統(tǒng)來說，如主要包括MCP2515初始化、數(shù)據(jù)的發(fā)送以及數(shù)據(jù)的接收，在應(yīng)用過程中，均以當(dāng)前的模塊作為數(shù)據(jù)通信，以實(shí)現(xiàn)有效的傳輸。例如，在程序設(shè)計(jì)中其流程主要包括各模塊的程序初始化、中斷、連接、CAN通信以及循環(huán)，最后進(jìn)行合理的程序處理。在應(yīng)用MCP2515時(shí)，必須進(jìn)行合理的初始化，同時(shí)按照要求設(shè)置波特率、接收濾波，靈活利用接收屏蔽寄存器，在配置模式下進(jìn)行合理地應(yīng)用，以滿足當(dāng)前的需求。實(shí)際上，由于當(dāng)前的上電或者復(fù)位因素影響，器件會(huì)自動(dòng)進(jìn)入配置模式，應(yīng)用兩種復(fù)位方式，如SPI復(fù)位與硬件復(fù)位，以當(dāng)前的MCP2515在CAN總線上傳輸為例，其首先在通信終端進(jìn)行，選擇主機(jī)與從機(jī)，其通信方式主要是選擇應(yīng)答式與命令式，通信協(xié)議為CAN協(xié)議，不使用遠(yuǎn)程幀。

3.2? 數(shù)據(jù)的發(fā)送分析

受CAN協(xié)議影響，對(duì)當(dāng)前的數(shù)據(jù)鏈路層與物理層進(jìn)行明確的定義，并保證系統(tǒng)在CAN總線上進(jìn)行擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)幀格式的擴(kuò)展。以現(xiàn)階段的要求為基礎(chǔ)，定義應(yīng)用層通信協(xié)議，包括參數(shù)設(shè)置、參數(shù)查詢、命令等，保證應(yīng)用層通信協(xié)議中設(shè)計(jì)幀結(jié)構(gòu)具有良好的合理性。可以有效地滿足當(dāng)前的需求。AVR單片機(jī)將當(dāng)前要發(fā)送的數(shù)據(jù)按照現(xiàn)階段的CAN協(xié)議進(jìn)行整合，并通過SPI接口依次進(jìn)行數(shù)據(jù)輸送，將其傳輸至緩沖器中，通過控制寄存器的相應(yīng)相位啟動(dòng)其發(fā)送模式，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送。數(shù)據(jù)的發(fā)送主要是以當(dāng)前的CAN擴(kuò)展幀格式與用戶通信協(xié)議中的幀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為基礎(chǔ)，將通信協(xié)議中的幀結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)發(fā)送到緩沖器中，以滿足當(dāng)前的需求[3]。

3.3? 數(shù)據(jù)的接收

受通信控制自身的性質(zhì)影響，其自身具有較強(qiáng)的實(shí)時(shí)性，因此在應(yīng)用過程中主要采用中斷接收方式接收信息，如MCP2515接收電文，并利用其器件的引腳進(jìn)行拉低，保證電平狀態(tài)在AVR中清除中斷，AVR單片機(jī)在讀取后通過修改命令對(duì)寄存器中的相應(yīng)位清零，實(shí)現(xiàn)合理的中斷清除。在產(chǎn)生中斷服務(wù)程序后，將數(shù)據(jù)包進(jìn)行有效地接收，同時(shí)以CAN擴(kuò)展幀格式與自定義進(jìn)行通信協(xié)議幀結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換，以當(dāng)前的寄存器為基礎(chǔ)，完成數(shù)據(jù)接收過程。

3.4? 網(wǎng)絡(luò)分析

網(wǎng)絡(luò)負(fù)載分析是當(dāng)前的重點(diǎn)，在應(yīng)用過程中，以當(dāng)前的需求為基礎(chǔ)，通常需要對(duì)CAN總線的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載進(jìn)行合理的控制，保證其在標(biāo)準(zhǔn)的范圍內(nèi)，以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的運(yùn)行。報(bào)文長度的最大值也是重點(diǎn)內(nèi)容，以格式位數(shù)、填充位數(shù)、數(shù)據(jù)位數(shù)為基礎(chǔ)，進(jìn)行三者相加，其總數(shù)即為其最大長度值。與此同時(shí)，以當(dāng)前的CAN協(xié)議為基礎(chǔ)，為其營造良好的運(yùn)行環(huán)境，如保證相同的電平，進(jìn)行時(shí)其可以進(jìn)行下一位的型號(hào)轉(zhuǎn)換，靈活利用自身的優(yōu)勢(shì)提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，滿足運(yùn)行需求。

進(jìn)行合理的網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性分析，在CAN網(wǎng)絡(luò)通信中，排隊(duì)數(shù)據(jù)幀的最長響應(yīng)時(shí)間可以進(jìn)行計(jì)算，通過公式明確其最長時(shí)間，設(shè)計(jì)完整的系統(tǒng)，靈活利用現(xiàn)階段的系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)高效的CAN通信[4]。

4? 結(jié)? 論

綜上所述，在當(dāng)前的時(shí)代背景下，CAN總線技術(shù)不斷創(chuàng)新應(yīng)用，促使電源控制系統(tǒng)得到優(yōu)化，降低結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，并提升其擴(kuò)展性與抗干擾能力，因此工作人員應(yīng)充分發(fā)揮出技術(shù)優(yōu)勢(shì)，從整體上進(jìn)行完善，不斷分析與測(cè)試，以滿足系統(tǒng)實(shí)時(shí)性要求，促使數(shù)據(jù)幀有效進(jìn)行傳輸，為當(dāng)前的嵌入式設(shè)備電源控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行奠定良好的基礎(chǔ)。

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作者簡介：李特（1978.11-），女，漢族，遼寧沈陽人，工程師，本科，研究方向：嵌入式系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)。