摘 要：介紹了基于CAN總線的分布式果園氣象監測系統，重點描述了單片機P87C591的特點及以它為控制核心構成的監測網絡節點的實現。 關鍵詞：CAN總線 氣象監測 P87C591 I2C總線 　　果樹的生長受自然環境和人為因素的影響，其中果園中的氣象條件對果樹的生長、結果和壽命影響很大。果園的氣象條件分溫度、土壤的水分、光照以及風力的強弱。所以，通過監測果園的氣象條件，及時地以人為因數改善果樹的生長條件，已成為影響果農收入的關鍵問題。 　　CAN總線是德國BOSCH公司從80年代初為解決現代汽車中眾多的控制與測試儀器之間的數據交換而開發的一種串行數據通信協議。CAN總線通信接口中集成了CAN協議的物理層和數據鏈路層功能，可完成對通信數據的成幀處理，包括位填充、數據塊編碼、循環冗余檢驗、優先級判別等項工作，通信速率可達1MBPS。作為一種分散式、數字化、雙向多點、具有高速率高可靠性特點的通信系統，CAN總線可以構建靈活的多主通訊機制，也可以建立主從式結構，而且這兩種方式下的硬件物理聯接完全相同。 1 系統的總體方案設計及工作原理 　　運用CAN總線構建分布式的果園氣象監測網絡系統，采用主從式結構。系統結構如圖1所示。本系統由上位監控PC機、CAN總線適配器和現場監測節點三部分組成，節點數量可根據果園的規模增減。 　　上位監控PC機采主要負責對監測系統氣象數據的接收與管理、控制命令的發送以及各監測節點工作狀態的實時顯示;CAN總線適配器可以使PC機方便地連接到CAN總線上，本系統采用USB-CAN總線適配器;監測節點以單片機P87C591為核心，主要負責對現場的氣象數據進行采集，對采集來的數據進行數字濾波求平均值處理并將處理過的數字信號送入CAN總線。同時監測節點也接收來自上位機的控制命令參數。本系統通信可靠、快捷，硬件電路設計和軟件編程簡單，能較好地滿足對果園氣象條件長期準確監測的要求。 2 氣象監測節點的設計 　　2.1 P87C591的特點 　　節點硬件電路以PHILIPS 8位單片機P87C591為核心。P87C591從80C51微控制器家族派生而來，帶硬件I2C總線接口和CAN總線接口，帶6路模擬輸入的10位ADC，可選擇快速8位ADC。 　　P87C591包含了PHILIPS半導體SJA1000 CAN控制器強大的PeliCAN功能，并在此基礎上擴展了以下功能：①增強的CAN接收中斷，有接收緩沖區級的接收中斷;用于接收中斷的高優先級驗收濾波器。②擴展的驗收濾波器，8個濾波器用于標準幀格式，4個濾波器用于擴展幀格式;驗收濾波器的“運行中可改變”特性。 　　80C51 CPU接口將PeliCAN與P87C591微控制器內部總線相連，連接原理如圖2 所示。80C51核通過5個特殊功能寄存器CANADR（地址寄存器），CANDAT（數據寄存器），CANMOD（模式寄存器），CANSTA（狀態寄存器）和CANCON（命令寄存器）對PeliCAN進行訪問。通過CANMOD 可對PeliCAN模式寄存器進行直接的讀/寫訪問;通過寫入CANCON 對命令寄存器進行訪問;通過讀CANCON 對中斷寄存器進行訪問;通過CANSTA 寄存器可對中斷使能寄存器進行寫操作;訪問CANSTA 可位尋址并允許單個狀態位的直接尋址，這對查詢很有用。 　　所有其它的CAN 寄存器都需要進行間接尋址。CANADR 寄存器指向PeliCAN 寄存器的地址。在寫操作時，將要送到被尋址寄存器的數據寫入CANDAT; 讀操作時被尋址寄存器的數據可從CANDAT 中讀出。 　　2.2 節點硬件電路設計 　　現場需要采集四路不同的氣象信息，故將四路采集通道分別和P87C591 的P1.2、P1.3、P1.4和P1.5相連。這四個管腳除了作一般的I/O口以外，同時也是ADC輸入通道。 　　由于電路對數據是采用多次采集再取平均值的處理方法，故使用存儲器6264作為數據采集過程中的暫存區。 　　PCF8563是一款低功耗的CMOS實時時鐘/日歷芯片，用于向電路提供定時中斷信號以及數據采集的精確時間信息，包括年、月、日、時、分、秒。 PCF8562是一款單片LCD控制器/驅動器。它們都具有I2C總線接口，在節點電路中，與P87C591的I2C總線接口相連，構成串行傳輸結構，大大簡化了電路的設計。 　　監測節點在現場采集到水分、溫度、光照和風力數據后，將通過CAN總線傳給上位監控PC機。P87C591 的P1.0和P1.1口被復用為CAN接收器的輸入腳和發送器的輸出腳。這兩管腳經收發器PCA82C250連到CAN總線電纜上。PCA82C250 收發器是CAN協議控制器和物理傳輸線路之間的接口。節點硬件電路如圖3所示。 3 監測節點軟件設計 　　監測節點軟件除了初始化P87C591及其外圍器件外，還有兩項任務需要完成：一是定時產生中斷，實施對各傳感器的采樣與數據處理，并向上位機上傳數據。二是中斷接收上位機的控制參數命令。其中在定時采集中斷任務中對所需數據采用多次采集求平均值的方法，同時從時鐘芯片讀取采集開始時間和結束時間，最后一起送LCD顯示及上傳給上位機。 　　P87C591內部的CAN控制器必須在上電或硬件復位后進行相應的初始化處理。初始化主要包括工作方式的設置，接收收濾波方式的設置，接收屏蔽寄存器和接收代碼寄存器的設置，波特率參數設置和中斷允許寄存器的設置等，在完成初始化設置以后就可以回到工作狀態進行正常的通信任務。圖4為CAN控制器初始化流程圖。 　　監測節點程序流程框圖如圖5。在沒有采集任務或要求接收控制參數時，P87C591進入空閑模式。當一旦出現定時采集中斷或接收控制參數中斷時，P87C591退出空閑模式，進入相應的中斷服務程序。 4 結束語 　　本文作者創新點：在基于CAN總線的分布式測控系統節點的設計中，就如何利用P87C591豐富的片上集成資源，簡化數據采集監測節點的電路設計，提出了一個良好的設計方案。對于類似的分布式監測系統節點的設計有著很好的借鑒作用。 參考文獻 　　[1]　P8xC591_useIN_CAN . www.zlgmcu.com 　　[2] 饒運濤 鄒繼軍 鄭勇蕓 編著. 現場總線CAN原理與應用技術. 北京：北京航空航天大學出版社出版發行，2003 　　[3] 王博 蔣云峰 劉杰. 基于CAN總線的網絡監控系統. 微計算機信息 2004年第三期