车载钻机CAN总线数据记录仪设计
汽车CAN总线系统设计
第1章绪论1.1概述进入二十一世纪以来，我国国民经济持续高速增长，同时汽车产业也得到了迅速的发展。
我国汽车特别是轿车的生产和消费都进入了高速增长期。
据统计，2007年我国汽车总量达到近888.2万部，而轿车依然是汽车产业发展的最强劲动力，轿车比重进一步扩大，达到总产量的54.3%。
在汽车业高度发达的今天，汽车已逐步进入中国工薪阶层，成为普通市民的主要交通工具。
据统计至2007年末，全国民用汽车保有量达到5697万辆，比上年末增长14.3%，其中私人汽车保有量3534万辆，增长20.8%。
民用轿车保有量1958万辆，增长26.7%。
人民对家用轿车的消费需求日益增长，而汽车也正朝着电子化、智能化的方向发展。
近年来，在中国汽车产业高速发展的直接推动下，中国汽车电子市场发展迅猛，2007年我国汽车电子产品销售额达到1215.7亿元，同此2006年增长超过40%。
汽车技术的创新70%都是来自于电子技术的应用，整车设计师把汽车电子作为开发新型车型，改善和提高汽车性能的技术措施。
汽车制造商把加快汽车电子化进程，增加汽车电子装置数量，作为汽车的新卖点和夺取未来市场的重要手段。
当前国际汽车电子技术正处于全面快速发展的阶段，其特征体现以下五个方面：（1）功能多样化。
从最初的电子点火、电控燃油喷射发展到如今各种控制功能，如汽油机缸内自喷，电控复合火花点火，智能气门电子，各种线控技术（X-By-Wire），主动和自适应悬挂，防撞防盗等等。
（2）技术一体化。
从最初的单一控制发展到如今的机、液、电、磁一体化，如自喷式发动机电控燃料喷射系统。
（3）系统集成化。
从最初的单一控制发展到如今多口标、多变量综合协调控制，实质更经济有效。
从传感器到控制器包括布线都越来越集成化，把几项功能集成在一起。
（4）通信网络化。
从最初的多子系统分别上作到如今的分布式模块化控制器局部网络，如以CAN总线为基础的整车信息共享的车载分布式控制系统，以D2B （Domestic Digital Bus）无线通信为基础的远程高频网络通信系统。
车载CAN总线接口软件设计
II
目 录
目录
第 1 章 引言..................................................................................................................... 3 1.1 选题背景............................................................................................................ 3 1.2 课题的研究现状与优势.................................................................................... 5 1.2.1 CAN 的概念.............................................................................................. 5 1.2.2 CAN 总线的应用趋势.............................................................................. 5 1.2.3 CAN 总线的优势..................................................................................... 6 1.2.4 CAN 总线的性能评价.............................................................................. 7 1.3 CAN 总线接口实现的目标................................................................................. 7 1.4 CAN 总线系统的基本结构与功能.................................................................... 8 1.5 课题的难点和重点方向.................................................................................... 9 第 2 章 软件设计平台研究........................................................................................... 10 2.1 CodeWarrior.................................................................................................... 10 2.1.1 简介....................................................................................................... 10 2.1.2 主要功能............................................................................................... 10 2.2 FreeScale 9s12XEP100.................................................................................. 11 2.3 研究的理论基础.............................................................................................. 11 2.3.1 AUTOSAR 体系架构................................................................................ 11 2.3.2 AUTOSAR InterFace 文件结构............................................................ 13 第 3 章 CANIF 模块具体设计........................................................................................ 14 3.1 主程序设计...................................................................................................... 14 3.2 初始化设计...................................................................................................... 15 3.3 发送程序设计.................................................................................................. 17 3.4 发送缓冲.......................................................................................................... 19 3.4.1 基本方法............................................................................................... 19 3.4.2 缓冲特性............................................................................................... 20 3.5 发送取消.......................................................................................................... 20 3.6 接收程序设计.................................................................................................. 22 第 4 章 CANIF 的管理和控制........................................................................................ 25
汽车CAN总线数据记录仪开发
汽车CAN总线数据记录仪开发
齐芳
【期刊名称】《科学与财富》
【年(卷),期】2015(7)11
【摘要】在汽车网络技术的应用研究和汽车的故障维修等领域，都需要对汽车的CAN总线的信息内容和通信协议进行熟悉。
本文对汽车CAN总线数据记录仪的基本构成进行了简要的介绍，并从软件和硬件两个方面来对汽车CAN总线数据记录仪进行了开发和设计。
汽车CAN总线数据记录仪具有良好的可靠性，结构组成比较简单，应用范围较广，应用前景广阔。
【总页数】1页(P782-782)
【作者】齐芳
【作者单位】武汉理工大学华夏学院 420223
【正文语种】中文
【相关文献】
1.VNA在汽车CAN总线数据库开发的应用
2.面向CAN总线技术的汽车ECU开发与设计
3.基于CAN总线的汽车数据采集系统开发
4.基于大众迈腾的汽车CAN 总线检测维修实训台开发设计
5.基于CAN总线的汽车事件数据记录系统开发方案研究
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乘用车CAN总线数字仪表测试系统设计
型号配 套单 一 的专用 设备 产生 仪表 所 需要 的各 种 信
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基于单片机的CAN总线数据采集设计与实现
基于单片机的CAN总线数据采集设计与实现CAN总线是一种用于控制系统中节点之间进行数据通信和传输的一种通讯协议。
它被广泛应用在汽车电子控制系统、工业控制系统、航空航天及机器人等领域。
本文将结合单片机技术，介绍基于单片机的CAN总线数据采集的设计与实现。
一、CAN总线基本原理CAN总线是一种串行数据总线系统，通过两根差分信号线CAN_H和CAN_L进行数据的传输，具有高速、安全、可靠的特点。
CAN总线采用分布式控制方式，具有仲裁、消息优先级、多主机能力和错误检测、纠正机制等特点。
CAN总线采用帧格式进行数据传输，分为数据帧和远程帧两种类型。
其中数据帧用于传输数据，远程帧用于请求数据。
二、基于单片机的CAN总线数据采集设计1. 系统硬件设计基于单片机的CAN总线数据采集系统，首先需要选择适合的单片机和CAN总线芯片。
常用的单片机有STM32系列、NXP系列等，可以根据具体的需求进行选择。
同时需要加入CAN收发器和电阻网络等外围电路，以保证CAN总线的正常通信。
2. 系统软件设计系统软件设计主要包括CAN总线驱动程序的编写、数据采集程序的设计以及通信协议的处理。
CAN总线驱动程序需要根据单片机型号和CAN总线芯片的规格进行编写，包括初始化、发送、接收等功能。
数据采集程序需要根据具体的传感器和数据类型进行设计，包括数据采集、处理和发送等功能。
同时需要根据通信协议进行数据的打包和解析。
2. CAN总线驱动程序编写CAN总线驱动程序主要包括CAN总线的初始化、发送和接收等功能。
通过配置CAN总线的寄存器，在初始化时将CAN总线设置成工作模式，设置波特率，滤波器等参数，以保证CAN总线的正常工作。
在发送和接收时，通过相应的寄存器进行数据的发送和接收，实现与其他节点的数据通信。
3. 数据采集程序设计数据采集程序主要包括数据采集、处理和发送等功能。
在数据采集时，通过对传感器的读取，获取相应的数据。
数据处理主要包括对采集到的数据进行滤波、校正、打包等处理，以保证数据的准确性和可靠性。
CAN总线网络监控软件设计
CAN总线网络监控软件设计。
监控节点需要连接到CAN 总线网络中，如图3 所示。
2．2．2 数据记录数据记录模块是将接收或者发送的数据以一定的形式记录在文件中，用以对数据进行后期分析，或者通过回放功能复现CAN 总线状态。
为能达到复现的目的，此记录文件需记录的信息包括原始数据包和收发时间，时间信息具体内容为通信数据的时间间隔，基于此回放功能更加真实模拟网络中的状态。
记录内容如图4 所示。
2．2．3 数据分析数据分析模块是整个监控软件的核心，它负责按照用户设定的解析模式将收发数据报解析为可以理解的信息值。
每一帧数据的解析过程可以分为以下3 步：(1)定位。
通过数据帧格式来定位每个信息在数据包中的起始位置，将数据包分组。
(2)截取。
通过起始位置和数据长度，可以截取到所需的数据。
(3)转换。
由于截取所得到的数据为原始数据，所以需要将其转换为可以理解的信息。
数据的分析过程如图5 所示。
2．2．4 数据应用数据应用是指软件对用户所提供的数据服务。
本软件实现了以下几个功能来应用数据：(1)数据表。
用于向用户提供所需要的信息，展示总线数据。
(2)绘图。
根据用户需要对某些需要显示数据变化的内容进行曲线绘制。
(3)回放。
将存储于文件中的历史数据按照收发时间顺序重新播放，以重现网络状态，它为用户提供了一种调试网络的简单方式。
2．3 关键技术2．3．1 数据解析鉴于CAN 总线的应用广泛，从汽车到工业现场的应用，所需要监测
的信息不同，故软件对数据的解析方式也不相同。
数据的解析过程需要用到用。
便携式车辆CAN分析仪设计的开题报告
便携式车辆CAN分析仪设计的开题报告一、研究背景和意义随着汽车电子技术的日趋普及和应用，CAN（Controller Area Network）总线已经成为现代车辆的主要通信方式。
CAN总线标准化、可靠性高、速度快等优点，使得它广泛应用于现代车辆及其配套设备中，如发动机控制系统、制动系统、电力辅助系统等。
在汽车维修、诊断、调整等方面，CAN总线已经成为不可或缺的一部分。
因此，对于CAN总线通信协议的研究和开发，以及CAN总线诊断仪器的设计与开发，具有重要的现实意义和应用前景。
二、国内外研究现状目前，国内外已有多篇文献涉及到CAN总线分析仪的设计和研究。
例如国内某高校已经开发出了基于MSP430和CAN总线的汽车CAN分析仪。
国外也有很多公司和研究机构开发了类似的产品，如美国的Vector 公司、德国的Bosch公司、瑞典的Kvaser公司等。
这些分析仪的主要功能包括CAN通信数据的监测、分析、储存、发送等，具有可靠性高、稳定性好、操作简便等特点。
三、研究内容和方法本课题旨在设计一款便携式车辆CAN分析仪，能够监测、分析、储存和发送CAN通信数据。
具体研究内容包括：1. CAN总线通信协议的研究与分析；2. 硬件平台的选型和设计，包括主板、屏幕、按键、存储器、通信模块等；3. 车辆CAN通信数据的采集和解析算法的设计与实现，能够实时监测CAN总线上的数据，并对数据进行分析处理；4. 分析仪的软件设计与开发，包括人机界面设计、数据存储优化、通信协议的开发等；5. 实验测试和性能评估，验证设计的合理性和可行性。
研究方法主要采用文献调研、实验测试和软件开发等方法，其中重点是软硬件的设计和开发。
四、预期成果和创新点本课题的预期成果是设计出一款功能齐全的便携式车辆CAN分析仪，能够满足车辆维修、调整、诊断等方面的需求。
同时，该分析仪具有以下创新点：1. 采用便携式设计，适用于各种场合和工作环境；2. 具有多种通信方式，支持WIFI、蓝牙等多种方式；3. 能够实时显示车辆CAN总线上的数据帧，并对数据进行快速分析和处理；4. 通过数据存储和后期分析，对车辆故障进行更为准确的定位和解决。
CAN总线系统的设计与实现
CAN总线系统的设计与实现CAN（Controller Area Network）总线是一种用于多节点通信的串行通信协议，最初由德国BOSCH公司于1986年开发用于汽车电子系统中。
随着技术的不断发展，CAN总线逐渐应用于各种工业和嵌入式系统中。
在设计CAN总线系统时，首先需要选择合适的CAN控制器。
CAN控制器是实现CAN通信的核心，其功能包括CAN消息的发送和接收、硬件过滤和错误检测等。
常见的CAN控制器芯片有TI的MCP2515、Microchip的MCP2510等。
选择合适的CAN控制器要考虑通信速率、节点数量、工作温度和可靠性等因素。
传输媒介是CAN总线系统中节点之间传输数据的介质。
常用的传输媒介有双绞线、光纤和无线。
双绞线是最常用的传输媒介，其优点是成本低、抗干扰能力较强；光纤适用于传输距离较长和电磁噪声较多的环境；无线传输适用于节点位置变动频繁的场景。
选择传输媒介时要综合考虑通信距离、成本和抗干扰能力等因素。
节点设备是CAN总线系统中实际参与通信的设备。
节点设备的功能包括CAN消息的生成和解析、CAN总线的物理层连接和节点地址的配置等。
节点设备可以是传感器、执行器、控制器等，可以是硬件设备也可以是软件模拟。
在软件方面，CAN总线系统中的核心是CAN协议栈。
CAN协议栈包括物理层、数据链路层和应用层。
物理层负责将CAN消息转化为电信号传输；数据链路层负责CAN消息的错误检测和纠正；应用层负责解析CAN消息的内容并进行相应的处理。
常见的CAN协议栈有CANopen、J1939和DeviceNet等。
在设计CAN总线系统时需要考虑以下几个方面：1.系统拓扑结构：包括总线结构和节点分布。
总线结构可以是总线型、星型或树型；节点分布要考虑节点之间的通信距离和可靠性要求。
2. 通信速率：通信速率是指CAN总线上消息的传输速率，取决于CAN控制器的时钟频率。
通信速率需要根据实际应用需求确定，通常有几百kbps到几十Mbps不等。
课程设计can总线数据通信系统的设计
CAN总线数据通信系统的设计摘要现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一，被誉为自动化领域的计算机局域网。
它的出现为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持。
CAN(Controller Area Network)属于现场总线的范畴，是一种多主方式的串行通讯总线，数据通信实时性强。
与其它现场总线比较而言，CAN总线具有通信速率高、容易实现、可靠性高、性价比高等诸多特点。
本系统要在单片机中实现CAN总线的接口，通过CAN总线，实现两个模块之间的数据通讯。
系统主要由四部分所构成：PC机、微控制器80C51、独立CAN通信控制器SJA1000和CAN总线收发器PCA82C250。
微处理器80C51负责SJA1000的初始化，通过控制SJA1000实现数据的发送和接收等通信任务。
CAN总线节点的软件设计主要包括三大部分：CAN节点初始化、报文发送和报文接收。
本系统通过扩展CAN总线控制器SJA1000，在单片机系统中实现了CAN总线的接口，并且编写了SJA1000的驱动程序，通过读写其的内部寄存器，完成工作方式的设置、接收滤波方式的设置、接收屏蔽寄存器（AMR）和接收代码寄存器（ACR）的设置、波特率参数设置和中断允许寄存器（IER）的设置等基本操作；利用各基本操作，完成了对SJA1000的初始化，并且实现了数据发送和接收。
目录第1章原理与方案........................................................... 错误!未定义书签。
1.1设计目的与要求 ....................................................... 错误!未定义书签。
1.2CAN总线介绍.......................................................... 错误!未定义书签。
基于CAN总线的汽车控制系统设计及实现
基于CAN总线的汽车控制系统设计及实现随着科技的不断发展，汽车行业也在不断地进步和创新。
CAN总线技术的应用对汽车控制系统来讲是一个重大的突破，不仅可以提高汽车的安全性，还可以提高其性能和舒适度。
本文将围绕基于CAN总线的汽车控制系统的设计和实现进行探讨。
一、CAN总线技术的应用在汽车行业中，各种各样的传感器和执行器需要连接一个或多个控制单元，以实现对车辆的各种操作和控制。
CAN总线技术具有可以在单个总线上连接多个设备的能力，以及在高速传输过程中可以进行实时数据交换的能力。
因此，CAN总线技术被广泛应用于汽车的电子控制系统。
它不仅可以帮助提高汽车的性能，还可以提高其安全性。
使用CAN总线技术的汽车控制系统包括多个控制单元。
每个控制单元都可以根据需要发送和接收数据。
数据可以分为多个不同的数据包，在汽车控制系统中运行，以便控制单元之间进行通信。
二、汽车控制系统的设计在设计基于CAN总线的汽车控制系统时，需要考虑多个因素，例如：1. 控制单元的数量：需要确定需要使用多少个控制单元以及每个控制单元的功能。
2. 数据传输速度：需要确定需要多快的数据传输速度来确保实时数据交换。
3. 数据传输距离：需要确定需要多长的数据传输距离来确保性能和安全性。
4. 数据包的大小：需要确定数据包的大小，以提高数据传输的效率。
在确定所有这些因素后，可以开始设计汽车控制系统的电路图。
电路图中应包括CAN总线控制器，多个节点控制单元，以及实际执行操作的传感器和执行器。
三、控制器编程和实现编写代码以控制每个控制单元，并在真实设备上测试运行。
测试应包括测试电路和测试代码。
如果出现问题，应尝试识别和解决问题，以确保系统的正常运行。
在汽车控制系统中，每个控制单元都应定期检查总线上是否有新数据包，并应根据需要发送数据包。
如果检测到错误或异常情况，控制单元应能够发送警告或停机信号。
四、实现结果一旦系统开发完成，并通过所有测试，就可以将系统部署到实际设备上并进行使用。
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第２３卷 Ｖｏ１．２３ 第５期 Ｎｏ．５ 电子设计工程 Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｄｅｓｉｇｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ２０１５年３月
Ｍａｒ．２０１５
车载钻机ＣＡＮ总线数据记录仪设计 赵良，翁寅生，田宏亮 （中煤科工集团西安研究院有限公司陕西西安７１００７７）
摘要：针对车栽钻机在施工现场使用的需求，设计了一种基于ＣＡＮ总线的数据记录仪。文中首先介绍了总体构成， 然后详细设计了以单片机ＬＰＣ１７６８为核心、以ＣＡＮ和ＵＳＢ为通讯方式、以ＳＤ卡为数据记录存储单元的硬件电路． 并以ＬａｂＶＩＥＷ为平台详细开发了系统配置和数据处理软件，实现了对车栽钻机作业参数的实时记录 方便后期的故 障查询和分析。应用及试验结果表明，该记录仪满足车载钻机使用需要，实用性强、便携性好，同时具备良好的扩展性 及应用前景。 关键词：数据记录仪；ＣＡＮ总线；车栽钻机；设计 中图分类号：ＴＮ９１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７４—６２３６（２０１５）０５一ｏｏ５５—０３ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｒｕｃｋ－ｍｏｕｎｔｅｄ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｒｉｇ ＣＡＮ－ｂｕｓ ｄａｔａ ｒｅｃｏｒｄｅｒ
ＺＨＡＯ Ｌｉａｎｇ，ＷＥＮＧ Ｙｉｎ—ｓｈｅｎｇ，ＴＩＡＮ Ｈｏｎｇ—ｌｉａｎｇ （Ｘｉ’锄Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆＣｈｉｎａ ｃ０ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｇｒｏｕｐ Ｌｉｍｉｔｅｄ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｘｉ’ａｎ ７１００７７，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｎｅｅｄ ｏｆ ｔｒｕｃｋ－ｍｏｕｎｔｅｄ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｒｉｇ ｕｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｓｉｔｅ，ｗｅ ｄｅｓｉｇｎ ａ ｄａｔａ ｒｅｃｏｒｄｅｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＣＡＮ ｂｕｓ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｆｉｒｓｔ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｇｅｎｅｒａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｃｏｒｅ ｏｆ ｈａｒｄｗａｒｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ｉｓ ＬＰＣ１７６８ ＭＣＵ，ｗｉｔｈ ＣＡＮ ａｎｄ ＵＳＢ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｍｏｄｅ，ａｎｄ ｔｈｅ ｓｔｏｒａｇｅ ｕｎｉｔ ｏｆ ｄａｔａ ｒｅｃｏｒｄｓ ｉＳ ＳＤ ｃａｒｄ，ａｎｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ＬａｂＶＩＥＷ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ， Ｔａｋｉｎｇ ＬａｂＶＩＥＷ ａｓ ｔｈｅ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄａｔａ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ，Ｔｏ ａｃｈｉｅｖｅ ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ ｔｒｕｃｋ－ｍｏｕｎｔｅｄ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｒｉｇ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｆａｕｌｔ ｄｉａｇｎｏｓｉｓ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｔｏ ｆａｃｉｌｉｔａｔｅ ｌａｔｅｒ． Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｒｅｃｏｒｄｅｒ ｃａｎ ａｔｔａｉｎ ｔｈｅ ｎｅｅｄｓ ｏｆ ｔｒｕｃｋ—ｍｏｕｎｔｅｄ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｒｉｇ ｕｓｉｎｇ，ｓｔｒｏｎｇ ｐｒａｃｔｉｃａｂｉｌｉｔｙ，ｇｏｏｄ ｐｏｒｔａｂｉｌｉｔｙ，ｉｔ ｈａｖｅ ｇｏｏｄ ｅｘｔｅｎｓｉｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｓｐｅｃｔｓ ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｉｍｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｄａｔａ ｒｅｃｏｒｄｅｒ；ＣＡＮ－ｂｕｓ；ｔｒｕｃｋ－ｍｏｕｎｔｅｄ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｒｉｇ；ｄｅｓｉｇｎ
车载钻机是一种将工作装置高度集成在车辆底盘上的 多功能钻机，专用于煤层气抽采及地面施工兼有高空作业。 车载钻机采用了机电液一体化技术。配备了电子控制系统， 其监测参数主要包括柴油机、钻进系统以及辅助系统的工作 参数，参数种类多，系统虽能够实时显示，但不具备后台保 存、查询和分析的功能。不利于作业期间故障分析、偶发事故 的原因判别以及后期升级优化。目前市场上的相关设备主要 存在以下三方面问题：一是产品已经固化。不易扩展．随着容 量变大，成本、体积及供货周期都有明显增加；二是数据不能 循环覆盖，存满即失去作用；三是基本都为通用产品，不适合 车载钻机的工作环境使用要求。 车载钻机电控系统采用了ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ， 控制器局域网）通信总线，它是一种可以解决众多测量控制 部件之间数据交换的串行通信现场总线，具有可靠性、实时 性强、成本低、传输距离远、传输速度高的优点，其应用范围 非常广【”。 基于此．设计一种车载钻机专用的ＣＡＮ总线数据记录 收稿日期：２０１４—０７—１５ 稿件编号：２０１４０７１１３ 仪，能根据用户需要进行配置和记录参数，对车载钻机具有 实际使用意义。
１系统总体构成 如图１中所示。系统总体由车载钻机电控系统、数 据记录仪及计算机构成。车载钻机发动机参数、车身各 传感器及各控制单元的状态参数都可通过ＣＡＮ总线网 络与电控系统的控制器进行通讯．处理后将数据通过 ＣＡＮ总线发送到显示器．方便工作人员操作；ＣＡＮ总线 数据记录仪由数据记录仪硬件和计算机软件组成，其硬 件连接在ＣＡＮ总线网络中，并由电控系统的电源为其供 电，用户根据灵活．的配置要求将所需要的通信参数进行 配置并由记录仪进行记录，并通过ＳＰＩ总线保存在ＳＤ 卡中：用户可以通过计算机的ＵＳＢ接口与数据记录仪进 行通信，根据上位机软件设定记录时间间隔及过滤ＩＤ 参数等．同时计算机可将ＳＤ卡中的数据以Ｅｘｃｅｌ或记事 本打开进行查询和分析．实现对车载钻机的某段时间内 作业参数数据进行再现。
基金项目：Ａ－－：￣国家重大科技专项（２０１１ＺＸ０５０４０—００４－００３）；中煤科工集团西安研究院有限公司青年基金项目（２０１４ＱＮ０Ｏ１） 作者简介：赵良（１９８６一），男，陕西合 日人，硕士，助理工程师。研究方向：钻探技术与装备控制系统及仪器开发。 －５５－ 《电子设计工程｝２ｏ１５年第５期 车载钻机电控系统 发动机参数 压力传感器 倾角传感器 温度传感器 液位传感器
图 ｃＡＮ 图 ＣＡＮ．垫塑 垂丛．ＵＳＢ
图１系统整体构成 Ｆｉｇ．１ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ａｓ ａ ｗｈｏｌｅ
２数据记录仪硬件设计 ２．１硬件电路结构 ＣＡＮ总线数据记录仪的硬件电路由ＣＡＮ通信模块、ＵＳＢ 通信模块及ＳＤ卡存储模块组成，其组成框图如图２所示。为 ｒ增强数据记录仪的实时性，提高大量数据处理和后期扩展 能力，主控制芯片选用ＮＸＰ公司生产的基于第二代ＡＲＭ ＣＯＲＴＥＸ—Ｍ３内核微控制器的ＬＰＣ１７６８，它是一种针对嵌入 式系统应用而设计的高性能、低功耗３２位微处理器，适用 于仪器仪表、工业通讯、电机控制等领域，其工作频率可达 １００ ＭＨｚ，内部集成ＣＡＮ控制器、ＵＳＢ控制器、ＳＰＩ接口等外 设组件口Ｉ，可减少各模块外围电路的设计工作量：为了与ＣＡＮ 总线进行通信，在ＣＡＮ通讯模块中必须有ＣＡＮ收发器进行 数据的发送与接收。收发器是协议单元（控制器）与物理传输 介质（总线电缆）之间的链路，除驱动功能（总线和电控单元 之间的信号收发）外．收发器还具备广泛的保护和故障诊断 功能。ＣＡＮ收发器选用ＮＸＰ公司生产的高速ＰＣＡ８２Ｃ２５０与 ＰＣＡ８２Ｃ２５ｌ的升级产品ＴＪＡ１０５０，它是ＣＡＮ协议控制器和 物理总线之问的接口，可以为ＣＡＮ控制器提供差动接收性 能，具有ＣＡＮＨ和ＣＡＮＬ的最佳匹配．使电磁辐射更低 ，其 ：【 作电压与主控制芯片使用的电压一致，都为３－３ Ｖ，分别由 电源模块独立供电。 ｌ 电源模块 ｌ 网 ｉ圈＋ ＵＳＢ接口 ◆ ： ＵＳＢ通信模块： 框 ＬＰＣ１７ ６８控制器 ｉ ｓ０ ：ＣＡＮ通讯模块 匝 ］．＿ 吖ｓｏ卡ｌ ； ｓＤ卡存储模块 图２硬件结构框图 Ｆｉｇ．２ Ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｈａｒｄｗａｒｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ２．２硬件电路设计 在Ｔ业现场的数据采集中，现场情况比较复杂，各节点 之间存在很高的共模电压，容易造成总线接口无法通讯．甚 至出现损坏仪器等状况，因此有强干扰或者性能需求下。必 须对通讯节点实现电气隔离。数据记录仪设计有ＣＡＮ总线、 ＵＳＢ总线及ＳＰＩ总线３种通信总线接口，同时车载钻机施工 技术条件高、作业时间长并伴随有振动、噪音、电磁、雨水等， 可能影响到通信质量甚至丢失数据，因此在设计中也必须考 －５６－ 虑数据记录仪在使用中对环境的适应性及可靠性，硬件接口 电路如图３所示。 ＳＤ ＡＤｕＭＩ４１１ ＬＰＣｌ ７６８ ６Ｎ１３７ ＴＪＡ１０５０ 鞘 车 Ｃ．ＴＯＩ ＳＣＬＫＣＡＮ—ＲＸ ＭＩＳＯＶＢＵＳ ＵＳＢ Ｄ— ＵＳＢ Ｄ＋ ＧＮＤ ２ ０Ｑ 图３硬件接口电路图 Ｆｉｇ．３ Ｃｉｒｃｕｉｔ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｈａｒｄｗａｒｅ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ＣＡＮ总线是一种可以解决众多测量控制部件之间数据交 换的串行数据通讯网络，为了增强通信链路的抗干扰问题，隔 离器件选用Ｔｏｓｈｉｂａ公司生产的６Ｎ１３７光耦合器，最高速率 １０ Ｍｂｐｓ，工作温度一般为Ｏ℃到７Ｏ℃，隔离电压２ ５００ Ｖｒｍｓ， 其是使用光束来隔离和保护检测电路以及在高压和低压电气 环境之间提供了一个安全接口［４１．电路中便加在ＴＪＡ１０５０及主 芯片ＬＰＣ１７６８之间进行隔离，同时在ＣＡＮＨ和ＣＡＮＬ之间接 １２０ ｎ电阻．此终端电阻与电缆阻抗紧密匹配．确保信号不会 在ＣＡＮ总线之间反射，提高了ＣＡＮ节点的稳定性，也避免影 响主控芯片的正常运行。 ＵＳＢ是计算机及外设的标准接口，首选串行接口，已经 得到各行业的充分认可，虽然在工业通讯标准中还配备有 ＲＳ２３２接口，可以简单实现所需要的鲁棒隔离，但其速度低， 接口切换复杂、热插拔容易损坏，因此使用ＵＳＢ作为首选串 行接口，其传输速度远远大于ＲＳ２３２，速率能提高到１ Ｍｂｉｔ／ｓ 以上，即插即用，性价比高，通用性强；同时数据记录仪作为
一种移动存储设备，ＵＳＢ接口设计可以更好的实现记录仪的 实用性与便携性。在此ＵＳＢ接口电路中选用ＡＤＩ公司生产 的ＵＳＢ隔离芯片ＡＤｕＭ４１６０来提高安全性和可靠性， ＡＤｕＭ４１６０隔离芯片内部包含两个ＵＳＢ收发器、数据流处理 部件、光耦等，电源电路提供３．３ Ｖ供电，可在任何位置隔离 ＵＳＢ总线，同时具有ＥＳＤ保护，允许在Ｄ＋和Ｄ一引脚在没有 外部保护电路时热插拔，极大简化了ＵＳＢ通信隔离的实现。 ＳＤ卡存储模块作为数据记录仪的重要部分，在工作时 ＣＡＮ总线数据传输速度快，数据量大，为确保采集中不丢失 数据，同时方便查看读取存储的数据，设计以ＳＤ卡作为存储 设备，其具备容量大、性价比高等优点。ＳＤ卡具备ＳＤ总线和 ＳＰＩ总线．ＳＰＩ总线传输速率比ＳＤ总线低，但ＳＰＩ理论传输最 高速度为４ Ｍｂ／ｓ，满足使用需求，同时ＳＰＩ通讯协议传输数据 简单通用，采用ＣＳ、ＣＬＫ、Ｄａｔａｌｎ、ＤａｔａＯｕｔ四线进行数据通信， 方便与ＬＰＣ１７６８的ＳＰＩ接口通信［５－６１。传统的ＳＰＩ总线隔离采 用光耦合器，一般也使用６Ｎ１３７比较多，但每个芯片仅提供 一个隔离通道，若采用ＳＰＩ接口电路中将需要４个，同时需要 大量的电阻及三极管提供辅助，所以电路复杂，这里采用 ＡＤＩ公司的通用型四通道数字隔离器ＡＤｕＭ１４１ｌ，其采用磁 耦隔离技术，性能优良，在ＳＰＩ总线中使用不仅提高了数据 传输速率、时序精度和瞬态共模抑制能力，而且简化了接口