基于CAN总线的电子垃圾无害处理监控系统

下位机由微处理器、CAN控制驱动器和传感器等构成。下位机位于工作现场，它在上位机的控制下，能对温度、PH值等监测参数进行实时检测，并能对检测的数据进行初步处理后，传送到上位机。由于篇幅所限，文中仅对下位机软硬件系统进行讨论。
3下位机硬件电路结构
基于CAN总线的下位机硬件系统电路如图4所示。下位机的硬件主要由现场数据采集电路、微控制器核心电路、键盘电路、显示电路和CAN控制驱动电路组成。每个下位机都作为CAN总线上的一个节点，都以微处理器为核心，完成各自的数据采集和控制功能。

图4下位机电路原理图
3.1微控制器核心电路
微控制器采用Cygnal公司生产的C8051F206单片机，这款单片机是完全集成的混合信号系统级芯片（SOC），具有与8051指令集完全兼容的CIP-51内核。在一个芯片内集成了构成一个单片机数据采集或控制系统所需的ADC、DAC、SPI、WDT和定时/计数等模块，使系统的硬件设计大大简化。它的所有I/O管脚都可以作为模拟输入脚，即它具有32路模拟输入。图2仅使用了其中的5路模拟输入。
C8051F206单片机通过CAN总线接收上位机发来的命令，并根据命令自动实时采集变压器的有关参数，经过简单处理后，再通过CAN总线传送到上位机。
3.2数据采集电路和显示电路
数据采集电路主要由传感器、取样电路、整形放大电路和电平调理电路组成。各路传感器测出的信号一般比较小，不能直接送A/D转换器，都要经过整形放大和电平调理后才能送到C8051F206内的A/D转换器。
显示电路和微控制器的连接采用I2C总线，由于C8051F206单片机内部没有集成I2C总线模块，故采用软件模拟的方法实现I2C通讯。显示驱动器采用具有I2C总线的器件SAA1064，可动态驱动4位8段LED显示器。它内部具有显存和自动刷新功能，可免去微控制器的频繁刷新任务，腾出大量时间去做其他事情。
键盘电路由PCF8574构成，键盘电路和微控制器的连接也采用I2C总线，通过CPU中断的方法获得按键代码。
3.3CAN总线接口电路
CAN是现场总线中唯一被批准为国际标准的现场总线。其信号传输介质为双绞线。通信速率最高可达1Mbps/40m，直接传输距离最远可达10Km/5Kbps。安装在每一道工序上的下位机构成CAN总线上的一个节点。CAN协议采用CRC检验并可提供相应的错误处理功能，保证了数据通信的可靠性。当节点严重错误时，具有自动关闭的功能，以切断该节点和总线的联系，使总线上的其它节点及其通信不受影响。
图4中的CAN控制驱动模块由CAN控制器SJA1000、光耦6N137模块和CAN驱动器82C250构成。SJA1000负责与微控制器进行状态、控制和命令等信息交换，并承担网络通信任务；82C250为CAN控制器和总线接口，提供对总线的差动发送和对CAN控制器的差动接收功能。光耦6N137起隔离作用。

图5下位机监控程序流程图

图6CAN初始化程序流程图
4系统软件设计
系统软件由上位机主程序和下位监控程序构成。上位机主程序用VB语言开发，设计成人机交互界面。上位机软件由主程序、设备数据库、故障参数数据库和故障专家诊断软件构成。它的主要功能是处理下位机传来的各节点工作参数，分析各节点工作状态。
下位机软件由下位机监控程序、CAN通信子程序、数据采集子程序、键盘中断服务程序和显示子程序等构成。其中下位机监控程序主要进行系统的初始化，调用子程序，实时检测下位机的工作状况，处理和保存采集的数据，供上位机查询，并送显示器显示，下位机监控程序流程图如图5所示。CAN接收和发送的通信方式采用查询方式。在启动CAN前，要对CAN初始化，设置CAN通信的参数，CAN初始化的流程图如图6所示。CAN在接收和发送数据前，都要分别检查接收缓冲区或发送缓冲区是否有数据，只有等缓冲区里的数据移出后才能接收或发送。
5结论
本文作者创新点在于：将工业现场总线引入到电子垃圾无害化处理系统中，克服了传统的串行通信控制系统实时性不强，通信可靠性差的问题。经实验表明该系统具有稳定可靠、测量精度高、一致性好、信号线长短不会影响其性能等优点，上下位机通信采用CAN总线通信方式，提高了系统内部的速率和实时性，降低了误码传送的概率。提高了电子垃圾无害化处理效率和资源化程度，具有一定的实用价值。