基于can总线汽车加速度信息采集系统设计 本科毕业设计（论文）

贵阳学院毕业设计（论文）本科毕业设计（论文）基于CAN总线汽车加速度信息采集系统设计学院机械工程学院专业汽车服务工程班级11级汽车服务学号111400401063学生姓名刘逍指导老师丁小可2015年6月1日贵阳学院毕业设计（论文）基于CAN总线汽车加速度信息采集系统设计摘要随着通讯技术计算机技术的快速发展,CAN总线技术随之应运产生,推动了测控领域的网络化进程,CAN总线属于现场总线的范畴,CAN总线以其基础构成的分布式网络方便低成本实现了工程实际要求,已经逐渐成为了当今自动化领域发展的热点之一。本文用CAN总线技术对汽车加速度进行研究,讨论了汽车加速度变化所带来的变化。继而可以理解和使用CAN总线的特点与优势所在,并叙述了光电检测技术特点及发展趋势。而后,针对本文所选用的现场总线CAN总线进行了研究讨论,论述了CAN总线的工作原理并针对CAN总线的性能特点详细分析了其分层结构协议和数据帧结构。针对光电检测领域的发展趋势,本文设计了一种基于CAN总线汽车加速度的数据采集系统,以CAN总线作为通信总线,采用了以DSP芯片TMS320F2812为主控制器,外接刀D转换芯片AD977A进行数据采集转换,并通过CAN总线将数据传输至显示器。软件采用TI公司开发的CCS作为开发环境,软件设计采用模块化设计方法完成了各个子模块的设计,通过对主程序的仔细分析与设计,实现了各个任务的合理调度,达到了系统的设计要求嵌入式工控机显示界面采用MCGS组态软件编写,用以实现数据的处理和显示。该系统通用性好可靠性高传输速率快操作方便,具有较好的应用前景。关键词CAN总线、数据采集、汽车加速度、单片机。贵阳学院毕业设计（论文）ABSTRACTWITHTHEDEVELOPMENTOFCOMMUNICATIONTECHNOLOGYTHEDEVELOPMENTOFCOMPUTERTECHNOLOGY,CANBUSTECHNOLOGYWILLBESHIPPEDTOPRODUCE,PROMOTETHEPROCESSOFNETWORKINTHEFIELDOFMEASUREMENTANDCONTROL,CANBUSBELONGSTOTHECATEGORYOFFIELDBUS,CANBUSASANEWBUSTECHNOLOGY,WHICHHASAHIGHPERFORMANCE。THECHARACTERISTICSOFHIGHRELIABILITY,CONVENIENTBUSATTHEBASEOFTHEDISTRIBUTEDNETWORKLOWCOSTTOREALIZETHEPRACTICALREQUIREMENTSOFTHEPROJECT,HASGRADUALLYBECOMETHEONEOFTHEHOTTOPICSINTHEAUTOMATIONDOMAINTODAY“INTHISPAPER,BYCANBUSTECHNOLOGYONVEHICLESPEEDRESEARCH,DISCUSSESTHECHANGESINTHEVEHICLEACCELERATIONCHANGESBROUGHTABOUTBYTHETHENWECANUNDERSTANDANDUSETHECANBUSCHARACTERISTICSANDADVANTAGES,ANDDESCRIBESTHECHARACTERISTICSANDDEVELOPMENTTRENDOFPHOTOELECTRICDETECTIONTECHNOLOGY“ANDTHEN,INTHEFIELDBUSBYACANBUSRESEARCHDISCUSSION,DISCUSSESTHEWORKINGPRINCIPLEOFCANBUSANDTHECANBUSCANANALYZETHECHARACTERISTICSOFTHEHIERARCHICALSTRUCTUREFORTHEDEVELOPMENTTRENDOFTHEFIELDOFPHOTOELECTRICDETECTIONPROTOCOLANDDATAFRAMESTRUCTURETHISPAPERDESIGNSADATAACQUISITIONSYSTEMOFCANBUSBASEDONACCELERATION,THECANBUSASTHECOMMUNICATIONBUS,USINGDSPCHIPTMS320F2812ASTHEMAINCONTROLLER,THEEXTERNALCUTTERDCONVERSIONCHIPAD977AFORDATAACQUISITIONANDCONVERSION,ANDTRANSMITSTHEDATATOTHEDISPLAYBYCANBUS“SOFTWAREUSINGCCSOFTICOMPANYDEVELOPMENTASADEVELOPMENTENVIRONMENT,SOFTWAREDESIGNUSINGMODULARDESIGNMETHODTOCOMPLETETHEDESIGNOFEACHSUBMODULE,THROUGHCAREFULANALYSISANDDESIGNOFTHEMAINPROGRAM,REALIZETHEREASONABLESCHEDULINGOFEACHTASK,MEETSTHESYSTEMDESIGNREQUIREMENTSEMBEDDEDINDUSTRIALCOMPUTERDISPLAYINTERFACEUSINGMCGSCONFIGURATIONSOFTWAREWRITTENTOREALIZETHEDATAPROCESSINGANDDISPLAY“THESYSTEMHASGOODUNIVERSALITYHIGHRELIABILITYFASTTRANSMISSIONSPEED,CONVENIENTOPERATION,WITHGOODPROSPECTSOFAPPLICATION。KEYWORDSCANBUSDATAACQUISITIONAUTOMOBILEACCELERATION。贵阳学院毕业设计（论文）I目录基于CAN总线汽车加速度信息采集系统设计I摘要IABSTRACTII目录III第1章绪论511什么是CAN总线512CAN总线的产生与发展5121CAN总线的产生背景5122CAN总线的发展过程513CAN总线的特点614CAN总线的优点615光电检测领域7151光电检测的特点7152光电检测技术的发展趋势816本文的主要研究内容8第2章CAN总线技术921CAN总线介绍922CAN总线的基本工作原理923CAN总线的特点924CAN协议分析10241CAN协议的分层结构10242报文传输及其帧结构12第3章系统硬件电路设计1531系统硬件设计整体框架1532DSP系统及外围电路设计15321TMS320F282功能介绍1533电源模块设计1734信号变换电路1835信号放大电路1836信号采集电路2037CAN总线接口电路20第4章系统软件设计2241汽车加速度数据采集模块软件设计2242汽车加速度的CAN总线通信软件设计23421汽车加速度数据的发送和接受2343CAN总线在汽车加速度信息采集的设计电路图2444汽车加速度信息采集电路设计25第5章抗干扰措施和系统调试2651硬件抗干扰措施26511电路的抗干扰设计26贵阳学院毕业设计（论文）II512电源部分的抗干扰设计27第6章结论28参考文献29贵阳学院毕业设计（论文）第3页共31页第1章绪论11什么是CAN总线CAN总线,总的说来它其实就是由现场总线的局限性，不能满足一些自动化领域的技术所产生的一种技术,它主要是作用于现场设备之间、和控制装置之间实行双向、串行、多节、数字通信的技术。整体来说它不仅仅是一种通信技术,也不仅是用数字仪表代替模拟仪表,而是一种采用新型的CAN总线控制系统FCS来替换其他传统的集散控制系统DCS来实现通信网络和控制系统的集成。CAN总线在当今的自动化领域发展是十分的迅速,被誉为自动化领域计算机局域网,这是因为作为工业数据通信网络的基础,具备其他技术所不具备的先决条件。这项以智能传感、控制、计算机、数据通信相结合的综合性技术,己得到世界范围的认可。因而CAN总线变成自动化技术发展的大热门,并会使得自动化系统结构快速发展。12CAN总线的产生与发展121CAN总线的产生背景CAN总线的产生背景、很久一段时间以来。计算机领域的数据传输都在用RS232等的标准,尽管它们一直都有人应用,但却一直存在很多问题。比如通讯速率慢只能点对点传输,根本无法支持更高级的计算机之间的功能操作等缺点。还有在复杂或大规模的应用中需要使用大量的传感器执行器和控制器等,但是如果采用新的的LAN组件及环型或总线型拓扑结构,虽然可以减少电缆长度,但是增加的LAN介质及相关硬件和软件又使其系统造价与新型系统差不多。所以在整个网络的底层上的确需要设计出一种造价低廉而又能适应工业现场恶劣环境的通信系统,CAN总线就是在这种情况下出现的。122CAN总线的发展过程CAN总线是20世纪后期的时候在国际上才发展起来的,它在先前的模拟仪表的基础上加上了计算功能的微处理器芯片,在输出的直流信号上插入了数字信号,使得现基于CAN总线的数据采集处理系统的设计场装置与控制室装置之间的连接由模拟信号转过到贵阳学院毕业设计（论文）第4页共31页了数字信号。在此前提上,美国ROSEMOUNT公司研制出了自机HART数字通信协议。始于1986年在MONTREA的IEC技术委员会TE65C会议上决定由PROWAYWORKINGGROUP小组负责此项工作。这个小组在1986年到1987这两年期间年公布了一组CAN总线的功能需求。而在此时其他一些国际机构或实力出众的公司也开始了这项工作。13CAN总线的特点CAN总线控制系统具有很多其他通信网络所不具备的有点,除此之外还是一个全分布式的控制系统其主要的特点如下几点；（1）低成本；（2）极高的总线利用率；（3）很远的数据传输距离长达10KM；（4）高速的数据传输速率（高达1MBIT/S）；（5）可根据报文的ID决定接收或屏蔽该报文；（6）可靠的错误处理和检错机制；（7）发送的信息遭到破坏后，可自动重发；（8）节点在发生错误且情况很严重的情况下具有自动退出总线的功能；因此它是一项以智能传感器、控制、计算机、数字通信、网络为主要内容的综合性技术。其主要的技术特点如下1CAN总线的系统结构具有高度的分散性、它是一种全新的分布式控制系统的体系结构,正因为如此这极大地简单化了系统结构便于使用。2对现场环境的适应性CAN总线支持双绞线、同轴电缆、光缆、射频、红外线、电力线等,具有特别厉害的抗干扰能力,可以采用两线制实现供电和通信这两项技能,并可以满足安全防爆的要求。由于CAN总线结构简单,所以不要使用DCS系统的信号调理，转换隔离等功能单元和其他复杂的接线,节省了硬件数量和投资简单的连线设计,节省了安装费用。设备具有自诊断与简单处理故障的能力,极大的减少了维护工作量。设备的互换性，智能化，大大提高了系统的准确性和可靠性,而且还它还具有设计简单,易于重新构造等优点。14CAN总线的优点贵阳学院毕业设计（论文）第5页共31页LCAN总线具有实时性强、抗电磁干扰能力强、成本低和传输距离较远等优点。采用双线串行通信方式，检错能力强，可以在高噪声干扰环境中工作。具有优先权和仲裁功能，多个控制模块通过CAN控制器接到其上面，形成多主机局部网络。可根据报文的ID决定接收或屏蔽该报文可靠的错误处理和检错机制发送的信息遭到破坏后，可自动重发。2节省安装费用CAN总线系统的接线方式其实是十分简单,容易操作的，由于一对双绞线或者是一条电缆上通常可挂接多个设备,因而电缆、端子、槽盒、桥架的用量可以大大的减少,连线设计与接头校对的工作量也大大减少“当我们需要增加现场控制设备时,根本就不需要增设新的电缆,我们可以就近连接在原有的电缆上,不但大大的节省了投资,而且还减少了设计安装的工作量。4根据CAN总线设备的智能化数字化来看，它从根本上提高了测量与控制的准确度,减少了传送误差。与此同时,由于系统的结构简化,使得设备极大的减少,设备也减少一些，现场仪表的功能加强,提高了系统的工作可靠性除此此外,由于它的设备标准化和功能模块化,因而还具有设计通熟易懂,易于运用等优点。15光电检测领域光电检测技术是一门新兴的检测技术。与其他技术运营相比这门技术其实就是充分利用电子技术对光学信息进行分析、检测并下一步的传递、储存、计算、控制和显示等。151光电检测的特点光电检测技术其实很简单的，就是将光学技术与电子技术相结合实现对各种量的测量,它具有如下这几点特点。L高精度、光电检测的精度是将所有检测技术中精度最高的一种。2远距离大量程、光是最便于远距离传播的介质,特别适用于遥测和遥控,例如光电跟踪、武器制导、电视遥测等。3寿命长其实在理论上光的传播是用不会有任何的磨损的,只要复现性做得好,那么我们就可以认为它可以长久的使用。贵阳学院毕业设计（论文）第6页共31页（4具有超强的信息处理和运算能力,可以将及其错综复杂信息并行处理，而且当我们用光电方法还可以便于信息的控制和存储,易于实现自动化,易于与计算机连接,易于实现智能化等真的是不得了啊。152光电检测技术的发展趋势现代检测技术是现代一切科技和当代工业部门能正常运转的基础之一。光电检测技术不但是是现代检测技术中的中及其重要组成部分,而且随着发展其重要性也是越来越有明显的体现其表现在以下方面L发展纳米、因为纳米高精度的光电检测是现在的新技术。2发展小型的、快速的微型光机电检测系统。3非接触、快速在线测量。用来以满足快速增长的商品经济的需要。4要努力向人们无法触及的领域发展，这样才会取得更大的进步。随着现代微处理器技术的发展,作为机器人的视觉系统已经被人们提到议事日程上,它直接影响着机器人的发展和完善。16本文的主要研究内容针对当代汽车的发展趋势,本文设计了一种基于CAN总线的数据采集系统,并将其应用于汽车的加速度测量中由于在汽车各个部件中,有着各种各样的干扰源以及不可预见的情况发生。因此要求整个系统都必须具有很高的抗干扰能力和纠错能力,同时还需要对各种模拟与数字信号进行及时的传输,并且对传感器发出的命令与数据做到实时的响应“这就要求被选择的总线标准精确可靠抗干扰性强实时性高。己经成为该应用领域发展的一大趋势。其主要优点如下几点1总线访问的优先权是取决于报文标识符,这样就使得多主设计变成为了可能。2非常强的错误处理能力,这样就为系统的可靠运行创造非常良好的条件。贵阳学院毕业设计（论文）第7页共31页第2章CAN总线技术21CAN总线介绍CAN总线全名应该是“控制器局域网络总线”。是BOSCH公司20世纪80年代为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据转换而研发的一种串行数据通信技术。它是总线的一种与我们常见的USB总线属于一类技术，只不过CAN总线采用差分信号传输、有很强的错误识别、通信距离长、因此被用到一些特殊的场合，比如汽车、加工厂等干扰较强的地方。CAN总线被广泛应用于汽车、火车、轮船、机器人、机械制造、数控机床等领域。22CAN总线的基本工作原理CAN总线的结构是一中很典型的串行总线的结构形式。CAN总线中一个节点发送信息,再由多个节点接收信息。正因为如此CAN总线的信息存取方式使用的是一种广播式的存取工作方式，这种方式完全不同于令牌方式和主从方式。与其他网络不同,在CAN总线的通信协议中,它支持的是基于报文的工作方式，所以既不会有节点地址的概念,也没有任何与节点地址相联的信息存在。也就是说,CAN总线面向的是数据却不是节点,因此加入或者撤销节点设备是不会影响网络的工作,十分适用于控制系统要求快速、可靠、简明的特点。基于CAN总线的汽车加速度信息采集处理系统的设计另外一个好处是新的节点可以随时方便地加入到现有的系统中,而不需对所有节点进行重新编程以便它们能识别这一新节点。一旦这个新节点加入到网络中,它就开始接收信息,判别信息标识,然后将所得的信息通过传感器发送到显示器上，继而得到我们要得到的信息。23CAN总线的特点贵阳学院毕业设计（论文）第8页共31页（1）低成本；现在用一个控制器和收发器就够了。在相对复杂的远距离网络中性价比比较高,可靠性也是降低后期成本的主要原因。（2）极高的总线利用率；有完善的仲裁机制。而且可以使用硬件自动完成仲裁。所以，在负载比较大的网络中比较适用，不容易出现因为拥堵导致的通信错误和总线瘫痪。（3）很远的数据传输距离长达10KM；距离就看收发器的能力了。而且CAN协议是不限制传输介质的，也就是说使用光缆可以绕地球一圈。（4）高速的数据传输速率（高达1MBIT/S）；CAN一般都是用独立的硬件，所以可以使用较高的波特率。不过这些优点都是在特定的条件下才成立的。比如一个小网络，安全要求又很低。那么CAN的成本反而很高。24CAN协议分析241CAN协议的分层结构CAN总线遵从150/051模型,以确保可以在任何两个CAN器件之间建立兼容性。但是考虑到CAN总线主要应用于工业控制底层网络,其单次传输的信息量又比较小,实时性要求较高,因此综合考虑150/051基准模型,将CAN结构划分为两层数据链路层和物理层,其分层结构如图21所示,而应用层可以由用户自行定义。贵阳学院毕业设计（论文）第9页共31页图21CAN总线的分层结构物理层1物理信令PLSPHYSIEALSIGNALING用于实现与位表示定时和同步相关的功能。2物理媒体附属装置PMA用于总线发送与接收的功能电路,并且可以提供总线出故障时的检测方法。3媒体相关接口MDI用来作用于物理媒体和MAU之间的机械以及电气接口。数据链路层按照IEEE8022和8023标准,数据链路层又可划分为逻辑链路控制LLC一LOGICLINKCONTR01与媒体访问控制MACMEDIUMACCESSCONTROL两个部分LLC子层主要负责帧接收滤波、超载通知和恢复管理。在丢失仲裁情况下,可以退出仲裁并转入接收方式、构造出错帧并开始发送接收功能主要包括接收媒体访问管理以及接收数据卸装。CAN总线的通信线路由两根导线组成,分别由CANH和CANL组成，网络中所有的节点都挂接在该总线上,并且都通过这两根导线交换数据。总线上某一时刻显现的数值由两根导线上电压VCAN一和VCAN_L的差值表示。该差分电压VDIFF可表示显性和隐性两种互补的逻辑数值而在隐性状态下差分电压VDIFF近似于显性状态VDIFF则大于一个最小值。在CAN总线标准通信协议中规定显性表示逻辑0,而隐性则表示逻辑1。当在总线上同时出现显性位和隐性位同时发送时,节点发送驱动电路的设计使得总贵阳学院毕业设计（论文）第10页共31页线数值表现为显性在总线空闲位期间,总线则会将表现隐性状态显性状态改写隐性状态启动发送并进行各节点之间的同步。242报文传输及其帧结构CAN总线技术规定在报文传输过程中,发送报文的单元称为该报文的发送器。该单元在总线丢失总线仲裁之前恒为发送器、如果一个单元不是报文发送器,并且总线不处于空闲状态,则该单元为接收器。对于报文的发送和接收,其实际有效时刻是基于CAN总线的数据采集处理系统的设计不同的。按功能大致可以具体分为以下四种数据帧数据帧会将数据从发送器发送至接收器。远程帧总线单元发送数据,请求发送具有同识别符的数据帧。错误帧由检测到总线错误的任何单元发出错误帧。过载帧过载帧用以在先行和后续的数据帧之间提供一附加的延时。以下将逐一对各帧的结构做详细介绍；L数据帧数据帧由7个不同的区域组成，帧起始STARTOFFRAME、仲裁区域ATHITRATIONFIELD、控制区域CONTROLFIELD、数据区域DATAFIELD、CRC区域CRCFIELD、应答区域ACKFIELD、帧结尾ENDOFFRAME、数据区域长度可为0。其结构如图22所示帧起始仲裁区域控制区域数据区域CRC区域ACK区域帧结束图22数据帧结构帧起始SOF帧起始标志数据帧和远程帧的起始,仅由一个显性位构成、只有在总线处于空闲状态时才会允许节点开始发送，所有站都必须同步于首先开始发送的那个站的帧起始前沿。仲裁场贵阳学院毕业设计（论文）第11页共31页图23数据帧标准格式中的仲裁场结构而在扩展格式中,仲裁场由29位标识符、SRR位、IDE位和RTR位组成,标识符为ID28ID0、如图24所示；图24数据帧扩展格式中的仲裁场结构控制场控制场其实是由6位组成所发送的保留位必须为/显性0。接收器接收所有由显性和隐性来组合在一起的他们的组合结构如下图25所示图25控制场结构数据长度代码代表数据场中字节数量，数据长度代码为4位,具体分配如表21所示；表21数据字节数编码贵阳学院毕业设计（论文）第12页共31页数据场数据场是由数据帧中被发送的数据所组成。CRC场CRC场包括CRC序列,其后是CRC界定符CRC序列由循环兀余码求得帧检查序列组2远程帧远程帧由6个不同的位场组成分别是帧起始、仲裁场、控制场、CRC场、应答场和帧结束。与数据帧相反,远程帧的RTR位是隐性位，远程帧没有数据场,DLC的数值没有用的,它可以是0到8中的任何数值,这一数值为对应数据帧的DLC其结构如图26所示帧起始仲裁区域控制区域CRC区域ACK区域帧结束图26远程帧结构第3章系统硬件电路设计31系统硬件设计整体框架数据采集系统组成结构如图31所示；本系统由DSP模块、信号处理与放大电路、A/D转换电路、电源模块、CAN总线通信接口组成。贵阳学院毕业设计（论文）第13页共31页图31系统结构示意图传感器输出的信一号经过放大调理电路后,由AD转换芯片AD977A进行模数转换,利用DSP强大的数字运算能力,将其采集到的数据进行数字滤波并通过CAN总线实时传输至嵌入式工控机。嵌入式工控机采用北京昆仑通态公司生产的具有TFT液品广泛示触摸屏的高性能嵌入式个体化工控机。该产品能将采集到的数据通过可视化的界面实时的显示出来,极大的提高了工作效率。32DSP系统及外围电路设计321TMS320F282功能介绍TMS320F282的DSP芯片有以下特点L采用非常厉害的CMOS技术,I/0供电电压及FLASH编程电压为33V,内核供电电压为L8V135MHZ或L9V150MHZ,减小了控制器的消耗,150MIPS百万条指令/秒的指令执行速度使得指令周期大大的缩小,从而提高了控制器的控制力。2支持JTAG接口。34KX16位的引导ROM具有软件引导模式和保存了标准的数学函数表。43个32位的CPU定时器。5两个事件管理器EVA、EVB可以进行电机控制。6包含串行外设接口SPI、两个串行通信端口SCI即标准的UART、CAN总线通信接口ECAN及多通道缓冲串口MCBSP。7工作环境温度范围A40到85C,S/Q40到125，EF2812芯片的功能框图如图贵阳学院毕业设计（论文）第14页共31页图32F2812功能框图如图32所示,TMS32OF2812片内提供了丰富的存储器资源,如128K字的FIJASH程序存储器,IK字的OTPROM。其中FLASH空间被划分4个SK字和6个16K字的段,每个段可以单独被擦除、编程和使用,而不影响其它的段空间。TMS320F2812还包括2个4K字的SARAMLO和L1,SK字的SARAMHO,IK字的SARAMMO和ML总共ISK字的SARAM,这些SARAM快可以映射到程序存储器空间,也可以映射到数据存储器空间。在编写命令文件时要格外注意各个存储空间的分配地址和使用要求。TMS320F2812芯片主要由三个主要的功能单元组成C28CPU核、内部存储器以及外贵阳学院毕业设计（论文）第15页共31页围设备。除了这三个主要功能单元外还提供若干系统级的特性,如XINTF外部接口、JTAG仿真接口、系统复位控制、中断、系统时钟和低功耗模式以及看门狗定时器等。TMS320F2812外围电路设计TMS320F2812外围电路设计如图33所示；图33DSP系统及外围电路设计DSP外部晶振选用30MHZ,经过DSP内部5倍频后,可以使DSP工作在150MHZ。电源芯片采用TI公司生产的专用DSP电源芯片,可以提供33V和18V外扩RAM采用美国SST公司生产IS6LLV1281610,它是一种33V供电的高速COMS静态RAM。33电源模块设计系统通过外部的24V直流稳压电源进行供电,需转换成适合芯片工作的电压。电路图如图34所示图34电源电路贵阳学院毕业设计（论文）第16页共31页34信号变换电路NSP的电源芯片采用TPS767D315芯片TPS767N315是T1公司推出的双路低压差电源调整器,主要应用在需要双电源供电的DSP设计中具有可单独供电的双路输出,一路固定输出电压为33V,另一路固定输出电压为L8V,每路输出电流的范围在O一IA,且具有超低的典型静态电流85PA,器件无效状态时,静态电流仅为1A。除了这个数字传感器外,其他的大多数传感器都是吧模拟非电量转换为成为模拟电量,而且这些模拟电量通常都不适合直接用数据采集电路进行数字化放大器AD620。图35DSP电源变换电路35信号放大电路除数字传感器外,很多数传感器都是将模拟非电量变换为模拟电量,而且这些模拟电量一般不适合直接用数据采集电路进行数字化,还需要进行一定的信号调理放大,才可以进行A/D转换，运算放大器采用仪表放大器AD620。AD620结构如图36所示；贵阳学院毕业设计（论文）第17页共31页图36AD620的引脚图引脚功能如下表所示；表31引脚图运算放大器采用仪表放大器AD620。AD620是美国AD公司的产品,是一种完整的单片仪表放大器,提供8引脚DIP和SOIC两种封装,供电电源范围为士23V到L8V,最大工作电电流仅为13MA,最大输入失调电压为125PV,最大失调电流为50PA。AD620是传统AD524仪表放大器的第二代产品,并且包含一个改进的传统三级运放电路2627。AD620具有很高的精度、漂移小、噪声低、且只用调节仪外部电阻RI就可改变信号增益大小,使用方便,信号增益、AD62O可以用于精确的数据采集系统,作为各种微弱信一号的前置调理器。多年来,AD62O已经成为工业标准的高性能、低成木的仪表放大器。贵阳学院毕业设计（论文）第18页共31页36信号采集电路在对输出信号进行放大预处理后,必须先对信号进行采样、模拟数字转换,然后才能由数字信号处理器DSP对其进行采集和数字滤波处理。信号采集电路如图37所示图37信号采集电路该系统选择使用芯片AD977A完成数据采集。AD977A是美国AD公司的低功耗的16位逐次逼近型模数转换器,它主要有以下特性；L单电源SV供电,内部25V参考电压可选。2最高采样速率200KSPS。3高速串行数据接口。4低功耗,最大功耗100MW,省电模式下50PW。5输入电压范围单极性04V,O5V和010V，双极性33V33V,和10V10V、高速8V到8V。37CAN总线接口电路CAN总线器件有两种选择方案其中一种是片内集成CAN的微控制器，这其中有一下这些控制器；P8XC591/2、MC6S376、ES05LFO4O/1等另一种则是独立的CAN控制器,如PHILIPS公司的SJA1000、82CZOO,INTEL公司的82526等,但是独立的CAN控制芯片需要外接一个微处理器才能运行。为了简化设计,提高可靠性,本文设计中选用TMS320F2812则是带有CAN控制器的微控制器,这样大大简化了接口电路设计,提高了系贵阳学院毕业设计（论文）第19页共31页统的稳定性。具体的CAN总线接口电路如图38所示；图38CAN通信接口电路第4章系统软件设计41汽车加速度数据采集模块软件设计贵阳学院毕业设计（论文）第20页共31页AN转换的数据经过SPI总线发送至DSP上。一般SPI用于DSP处理器与外部芯片以及其他处理器之间进行通信。常有的应用包括诸如移位寄存器、显示驱动器、模数转换器ADCS。由于该总线所使用的接口线较少,通信效率高,并且大部分处理器芯片都适合,同时它有标准的传输协议，而且速度快,能够同时收发,因而得到了广泛地应用。该系统中,DSPTMS320F2812作为主设备,AD977A作为从设备,通过DSP的GPIO口来控制AD977A的片选,转化工作状态,然后在DSP提供的时钟脉冲的作用下,把AD977A转换的结果存到指定的地址单元。AD977A的工作时序图如图41所示；图41工作时序图首先是通过DSP的相关寄存器设置,把其配置为从模式、接着对SPI的字长,波特率,时钟模式等进行相应配置。然后由TMS320F2812片内定时器产生的定时中断,定时启动AD977A工作。当定时器产生中断,在执行中断服务程序后,使GPIO输出高电平,当侧C引脚变成高电平后,AD977A进入读取转换结果模式。这时,由DSP运行读取转换结果程序,为AD977A提供外部时钟,然后向DSP传输上次转换结果。需要注意的是,数据是从高位到低位串行传输,一共16位,如果选择在时钟上升沿读取数据,则需要向AD977A提供17个时钟脉冲。在读取完上次转换结果后,使引脚GPIOBO输出低电平,即将侧C引脚拉低。这时,AD977A进入采样转换模式,并自动启动新的一次采样和模数转换。在AD977A进行采样转换的过程中,BUSY引脚将会保持低电平到采样转换结束,在这期间,DSP不能读取AD977A中的转换结果。新的一次转换结果,会在下次定时器中断产生时再读取。这样设计的主要目的是,将采样转换和数据传输这两个过程分时进行,避免了数据传输时产生的电磁干扰对模拟信号采样转换造成影响,降低转换结果的精确度。表41是分别采集05V和198V恒定直流电压源时的结果,将10次采样结果取平均值后得出真实值为OSV时,采集到的平均电压为O496V,误差为08、与真实值为贵阳学院毕业设计（论文）第21页共31页198V时,采集到的平均电压为1971V,误差为05。从这两组数据中可以看出,AD虽然存在着一定漂移,但是目前的精度完全可以满足CAN总线的需要；表41142汽车加速度的CAN总线通信软件设计TMS320F2812DSP的CAN控制器模块设计中,由于其内部自带了一个32位外设模块的CAN控制器模块,所以只要对用来接收或发送数据的邮箱以及其各自控制寄存器进行正确的设置,就可以实现微控制器和CAN控制器之间的通信CAN通信模块的软件设计主要包括下列三个部分系统初始化模块、数据发送模块和数据接收模块，再加上中断处理、信息处理、总线睡眠与唤醒处理。421汽车加速度数据的发送和接受数据发送与接收流程图如图432所示贵阳学院毕业设计（论文）第22页共31页图422系统程序流程图43CAN总线在汽车加速度信息采集的设计电路图图431贵阳学院毕业设计（论文）第23页共31页工作原理发动机光电传感器转速传感器采集加速度信号，CAN总线收发送器把转速传感器传出的转速信号，转速信号经过CAN总线控制器缓冲整理电路将原始转速信号转化为系统所需要的信号，即矩形脉冲信号，转化后的信号再经CAN总线将其传输到微处理器单片机中进行处理分析以及运算，在微控制器中用定时器转化后得到的矩形脉冲信号进行测量，将处理后的信号放在ROM存储器中，然后再把读取到相对应的加速度信号发送到CAN控制器中，在总线网络中CAN控制器执行是完整的CAN协议，然后CAN接收发送器接收到的数据信息，将CAN控制器的逻辑电平信号转换为总线上能识别预定好的总线协议，再将信号传输到数模转换器（A/D转换器）转换成相应的信号，最后把信号传输到预定的显示器中显示，同时以报文形式从CAN总线传送到LED指示灯，最后使指示灯作出相应的指示。44汽车加速度信息采集电路设计图44贵阳学院毕业设计（论文）第24页共31页第5章抗干扰措施和系统调试51硬件抗干扰措施所谓的干扰就是除了系统所用信号以外的噪声或者是给造成系统不能正常工作的破坏因素。对于大多数仪器仪表来说,在它们工作的时候一定会存在着大量干扰因素,这要设计的时候必须要充分考虑的外在因素。设计人员在设计阶段就必须做好充分准备,做好必要的抗干扰措施，不然的话实验的数据是不可靠的。然而干扰的来源又是多方面的主要集中在以下两点；1内部干扰源主要指来自系统内部的干扰，这种干扰是由于内部原件物理特性在一定条件受到作用时所产生的,包括热噪声、散粒噪声和接触噪声等。虽然这类噪声很弱,但是有用信号也很弱时，噪声会对微弱信号放大器产生很大的干扰。2外部干扰源外部干扰主要指来源于自然界以及工业现场各种电气设备的干扰，例如自然界中雷电无线电发射装置发出的电磁波生产现场中的电弧高压放电电火花加工生产的电磁干扰电源的工频干扰等。511电路的抗干扰设计1光电隔离光电隔离顾名思义就是使用光电在输入通道和输出通道上采用光电隔离器进行信号传输很好的将单片机系统与各种传感器、开关、执行机构从电气上隔离开来,这样一来大部分的干扰都会被隔离。2降低时钟频率时钟信号不仅是受噪声干扰最敏感的部位,同时也是数字信一号处理器对外辐射干扰的噪声源,并且时钟频率越高越容易成为噪声源。因此,在满足系统要求的情况下,尽量降低处理器的时钟频率。512电源部分的抗干扰设计贵阳学院毕业设计（论文）第25页共31页1电源必须采用直流供电,还要配置高质量的稳压电路,这样才可以使得控制电路的供电电压波纹很小,大大的降低电源引入的干扰。2在每个PCB电路板入口处的电源和地之间并联去祸电容。并联的电容应该是一个大容量的电解电容10100UF和一个小容量电容00101UF。大电容是为了去掉低频干扰成分,小电容是为了去掉高频干扰成分。低频去藕电容采用单电解电容,高频去藕电容可以采用独石或陶瓷电容。3使用电源隔离模块将电路中不同功能的电路模块进行电源隔离、不同的功能模块在PCB电路板上使用也是不同的,防止相互间的电源噪声串扰。贵阳学院毕业设计（论文）第26页共31页第6章结论本论文结合当今光电检测领域的发展趋势和自动化领域发展的热点（现场总线技术,选用了其中最有影响的一种CAN总线技术作为数据通讯的技术基础,开发研究了基于CAN总线的汽车加速度信息采集处理系统，对于汽车加速度的信息只是为了是对CAN总线的研究更加的容易理解。本文的主要内容包括（1）利用CAN总线设计了硬件系统,提高了信号处理和控制的能力,较大程度地提升了数据采集系统的性能,完全满足实