基于CAN总线下光电信息采集传输系统设计分析

• 172•随着计算机网络信息技术的快速发展，基于CAN 总线下的光电信息采集传输系统，逐渐成为当代社会信息采集传输系统的革新向导，尤其关于基于CAN 总线下光电信息采集传输系统的设计已成为当代通信体系优化研究中的热点内容。

基于此，本文首先简要概述了包括CAN 总线的基本概念及性能特点的基本理论，然后重点从智能控制节点的设计、总线接口的设计及物理层的设计三个方面探讨了基于CAN 总线下光电信息采集传输系统的总体设计构想，并分别阐述了系统的硬件设计、软件设计及通讯协议内容。

引言：在当代社会信息采集传输系统革新的浪潮中，智能化通讯信息技术开发理念已逐渐成为并驾于智慧城市开发理念及智能网络信息化开发理念的第三大社会发展模式。

其中在当今的数据通讯传输研究领域，CAN （Controller Area Network ，控制器局域网）作为一种现场总线技术逐渐成为一大热点研究技术，其应用领域非常广泛。

尤其在社会信息采集和传输模式的基础应用环节中，基于CAN 总线下光电信息采集传输系统的开发，逐渐成为引领社会信息采集和传输体系的革新要点。

根据行业内的发展预言，未来一段时期内基于CAN 总线下光电信息采集传输系统的开发，势必成为创新当今社会通讯技术体系的设计基础。

可见，在基于CAN 总线下光电信息采集传输系统的应用中，如何准确、规范的把握其设计要点是未来深度开发其应用前景的重要基础。

1 关于CAN总线的基本理论简述就CAN 总线的基本含义而言，其是一种可基于双绞线、光纤或电缆为通信介质的多主总线控制系统。

就其性能特点而言，CAN 总线传输距离可以在5 kbps 的通信速率下达到10千米之远，而且在其传输过程中具备较好的抗干扰能力，这也是其应用广泛的最大技术优点之一。

对其具备的具体性能特点可概括为以下几点：①CAN 是一种基于多主机局域网的串行数据通信协议；②CAN 的编码模式是基于通信数据块；③CAN 所采用的非破坏性总线总裁技术，抗干扰能力强，稳定性高，可显著降低总线冲突时的数据仲裁时间；④由于CAN 的节点数取决于总线驱动电路模块，所以其具备众多的节点数（>110个）；⑤CAN 总线具备数据传输过程的自检及处理功能，可保障数据通信的稳定性和准确性。

2 基于CAN总线下光电信息采集传输系统的总体设计构想本文所探究的基于CAN 总线下光电信息采集传输系统的总体设计构想是基于智能控制节点设计、总线接口设计和物理层设计三个主要设计构想，下面将对其进行分类详细论述：2.1 基于CAN总线下光电信息采集传输系统智能控制节点的设计构想在对网络系统的数据采集和传输过程中，切实保障对所采集、控制和传输的准确性是节点控制的首先设计基础，而CAN 只能控制节点完全可以满足该基本设计要求。

因为CAN 智能控制节点能够在其应用过程中实现各节点与连接计算机的传导连接的有效性，它不仅可以能够有效地实现各种参数的传输，同时可以对计算机信息系统所反馈的数据命令进行有效接受和处理。

通常系统智能控制节点的核心设计是基于AT89C51单片机，此外各接口间的有效连接和控制是基于FPGA 单元来实现，通常FPGA 单元不仅可以实现系统节点中A/D 或D/A 的转换，同时还可以控制操作键盘、单片机以及显示器的各种接口电路。

通过理论和分析和实际运行发现，由于FPGA 所具备的自身灵活性，促使这种设计方法不仅可以降低系统中节点芯片的使用量和使用频度，同时还可以缩小节点体积，并能显著降低节点功耗。

总之，该智能控制节点的设计构想相对于传统设计而言可以显著增加光电信息采集传输系统的协调性和稳定性。

2.2 基于CAN总线下光电信息采集传输系统总线接口的设计构想通常CAN 总线的接口设计需基于CAN 通讯控制器、CAN 总线接收器（编号82C250）两大主要组成部件，其中CAN 总线控制器通常是基于前述FPGA 构建单元来提升自身的功效，具体如图1CAN 总线接口电路示意图所示。

总体上，就该光电信息采集传输系统而言，因为FPGA 与控制器之间的连接线路受GAN 通讯控制器的支配，通过该连接线路可以显示控制器自身TX 信号和差分信号的有效转换。

这种信号转换方式不仅可以确保CAN 总线系统能够及时准确的接受通讯信息，同时能够对所接受的差分信号实现与RX 信号的无限制转换，以实现传输信号的有效解读。

江苏师范大学 王 涛基于CAN 总线下光电信息采集传输系统设计分析图1 CAN总线接口线路的工作示意原理图2.3 基于CAN总线下光电信息采集传输系统物理层的设计构想在CAN 总线下光电信息采集传输系统的三大总体设计构想中，除智能控制节点和总线接口的设计以外，物理层的设计是其总体设计构想中的最基本设计要点。

其具体的设计构想可总结为以下三点：①对位系统数据指令的设计—基于相关的系统物力指令来设计；②可保障系统故障检查的便捷性—基于系统中数据点、端之间的数据传导模式；③保障系统信息连接操作的顺畅性—可实现不同物态之间接口的有效连接。

3 基于CAN总线下光电信息采集传输系统的分类设计内容基于前述对CAN 总线下光电信息采集传输系统的总体设计构想内容，下面将对其具体的分类设计内容从硬• 173•件设计、软件设计以及通讯协议设计三个主要方面进行详细探讨。

3.1 基于CAN总线下光电信息采集传输系统的硬件的设计内容为了确保远距离通讯条件下，整个光电信息采集传输系统的稳定性及抗干扰能力，通常在CAN总线控制节点的微处理器的选用中以八位单片机87C51FA为首选微处理器，同时以配有PCA82C250接口芯片的SJA1000为首选CAN控制器。

其中，对于硬件的具体设计思路可概括为以下几点：①单片机的设计：为了充分保障光电信息系统服务的可靠性，通常在确保电路达到复位标准的前提下，可在不同CAN控制器之间采用功能性完备的6N137用于实现光电缆的隔离，同时也是为了确保复位电路时系统电路得到充分保护；②CAN显示线路的设计：首先保障处理器与通讯设备间连接有标准的120Ω电阻保护设备，因为该电阻设备可以保护线路传输信号时的可靠性；③节点验收代码的设计：通常为了实现系统部件间所发送信息具备被有效识别的能力，这要求节点寄存码应具备有效屏蔽不同代码寄存器的能力。

通常在节点验收代码的设计中可采用基于K7110单元的CAN系统模块来与计算机开展通讯模拟操作。

3.2 基于CAN总线下光电信息采集传输系统的软件的设计内容为了使CAN总线控制器充分发挥其自身的工作效能，通常在对其软件的设计上首先要保障其控制器在实际运行时，其SJA1000芯片内部具备完备的寄存器组件，且该寄存器安装在系统微控制器内。

因为寄存器的读写是为了实现微控制器与SJA1000芯片间工作状态、命令交换/控制功能。

具体的软件设计原则才概括如下：①保障基于内部存储器的CAN软件信息发送子程序具备实时性功能，一是可以对系统发出的任务进行实时执行，二是能够对子程序反馈的信号进行实现处理，同时还要确保一旦出现信息发送错误或失败后具备重新传输的操作功能；②保障CAN系统内各子程序间出现的人和问题都能够实现反馈，并给出处理信号（报警、切断或优化）。

3.3 基于CAN总线下光电信息采集传输系统的通讯协议的设计内容通讯协议的设计是为了是CAN总线下光电信息采集传输系统能够在其运行期间实现信息采集和传输的规范性和稳定性。

通常从设计内容上可遵循以下几点设计要求：①CAN系统通讯协议的设计应基于实际的应用现状及应用特点，不能盲目效仿。

通常CAN系统协议的数据通讯不分主次，所有设计人员可随意选择系统中的任意节点作为主节点，而其余节点则作为次节点，一旦节点间的数据通讯关系确定，各节点间的通讯信息就可实现有序的采集和传输，有效避免信息的无序传输导致的信息传输堵塞现象；②一般情况下，通讯协议的设计要求包括通讯距离（一般最远>10千米）、通讯速率（一般小于5 Kbps）；③CAN控制系统传输线路材料的选择：通常为了能够同时满足大数据量短距离通讯模式或小数据量长距离通讯模式下系统的数据传输稳定性，可选择采用双绞线或同轴电缆线为线路设计材料。

4 结语综上分析可知，保障所采集及传输信息的准确性、安全性及规范性是当代社会信息采集传输系统设计科学性的基本原则。

而基于CAN总线下的光电信息采集传输系统的设计是当今数字通讯技术理论革新及实践应用中的创新性产物，它可以基于智能控制器局域网的优势，引导未来社会通信技术的发展方向。

因此，基于CAN总线下的光电信息采集传输系统的设计应当遵循“把握总体设计构想—细化分类设计内容”的设计思路：总体的设计构想应涵盖智能控制节点、总线接口及物理层三大层面的设计；分类设计应涵盖硬件、软件及通讯协议的设计。

只有具备科学的设计思路以及完备的设计内容才能实现对CAN总线下的光电信息采集传输信息数据的准确性、安全性和规范性的保障。

（上接第171页）表1 电缆及通道数据管理系统的主要功能模块功能模块功能描述地图可视化地图展示电子标签的位置，查看电子标签详情标签查询定位通过按地区、管线线路、标识器名称、施工人员、安装日期、备注等信息精确查找电子标识器并地图定位，导出标签数据设备树按组织机构、线路的树形层次管理电子标签工单管理线路巡检工单的创建、派发、下发，工单审核、可视化展示电缆线路导入自动导入电缆线路上的坐标点数据，生成电缆线路图形移动端App应用软件的主要功能如表2。

表2 电缆及通道数据管理系统移动端App的主要功能模块功能模块功能描述工单处理工单详情、工单数据的下载标签查询通过字段内容匹配查询标签，并图形定位标签安装新标签安装、更新、数据上传标签探测探测附近的标签，查询标签信息及后台关联详细信息GPS导航从当前位置导航至指定标签位置数据核对核对标签信息，及关联设备设施的数据4 应用效果本应用系统有电子标签、探测仪及后台应用系统组成。

通过对电缆及通道设备设施的现场探测、识别、标识、测量、数据采集、数据录入等实施行动，构建了完整的电缆及通道数据管理系统。

通过本系统的建设和应用，达到了以下几个方面的应用效果。

（1）快捷。

建立了电子标签与电缆设备设施的关联，可以在现场快速的由电子标签查询到电缆设备设施的详细信息，或由电缆设备设施通过电子标签进行快速定位和导航；（2）精准。

通过电子标签的定位，可精准的描绘电缆路径走向和设备设施的位置；（3）降本。

在勘测、巡检、抢修、施工等现场作业时，可以通过探测仪快速的搜索到电子标签，并通过电子标签与后台数据库的关联查询到电缆和通道设施的详细信息，减少现场排查工作，降低事故概率，提高工作效率；（4）智能。

智能的读写信息，提高电缆通道的监测和运维效率；（5）提优。

能全面、快捷、准确的掌握电缆网络的详情，提升资产管理水平。