摘要：介紹了iCAN現場總線協議的特點，對基于iCAN分布式超級電容監測系統的硬件平臺和軟件流程作了說明。 關鍵詞：iCAN現場總線；超級電容監測 　　超級電容監測系統是電容電車的一項關鍵技術。超級電容監測系統可實時監測超級電容狀態，如電壓、充放電電流、使用溫度等；預測超級電容內阻、容量，防止過充過放，從而達到提升超級電容使用性能和壽命，提高超級電容電車的可靠性和安全性的目的。 　　本設計以NXPARM為主體，構建超級電容監測系統的硬件平臺，并在ARM內部嵌入式C／OS—lI實時操作系統，構成基于iCAN分布式超級電容監測系統，提高了系統的穩定性和實時響應能力，增強了系統的可擴展性和可移植性。 [b]1 iCAN協議介紹 [/b]　　iCAN協議是廣州致遠電子有限公司自主研發的基于CAN—bus的應用層協議。它為工業控制領域提供了一種易于構建的CAN—bus網絡，為工業現場設備（傳感器、儀表等）與管理設備（工控機、PLC等）之間的連接提供了一種低成本的解決方案。iCAN協議詳細的定義了CAN報文中ID以及數據的分配和應用，并定義了設備的l／O資源和訪問規則。iCAN協議通訊層結構如圖1所示。iCAN協議規范主要描述了以下的內容： 　　iCAN報文格式定義：規定了ICAN協議中使用的CAN幀類型、以及幀ID、報文數據的使用等；報文傳輸協議：規定了基于iCAN協議的設備之間的通訊方式； 　　設備的定義：設備標識、設備應用單元、設備通訊以及應用參數以及定義標準設備類型，區分網絡上設備具有的不同功能或者產品類型； 　　網絡管理：規定了設備通訊監控以及錯誤管理。 1．1iCAN協議網絡拓撲結構 　　iCAN網絡的拓撲結構符合CAN的高速標準[ISO99—2]規定，iCAN網絡最多支持64個節點，節點與網絡線纜之間用分支線連接。在實際應用時要求網絡中的分支線盡可能短，在1Mbps速率下，分支線最長為0．3m，在速率較低的情況下，分 支線可以延長。iCAN網絡最大的通訊距離與網絡中的通訊速率相關，下面表格1為iCAN網絡中位速率和最大總線長度之間的關系。 1-2iCAN網絡設備的編址 　　在iCAN協議規范中，對于網絡中的任何一個節點均有一個唯一的標識值MACID，用于區分網絡中不同的設備。MACID的數值范圍定義見下表2。 　　在iCAN網絡中每一個節點均有特定的MACID，因此在ICAN網絡中不同節點之間的數據交換是基于對節點的尋址實現的。在CAN網絡中，通過報文的標識符進行信息的區分，因此可以通過報文的各種標示符分配來達到建立信息的連接目的。在網絡中傳輸的CAN數據幀包含了目的地以及節點的源地址。因此，每個幀都是發往一個指定的節點或一組節點，網絡中節點通過判斷網絡報文中的節點地址，決定是否對報文進行處理。此外iCAN協議還保留了特定的地址對一組節點或所有節點（廣播）進行尋址并進行幀傳輸。而iCAN協議基于節點尋址的通訊方式是通過連接和確認的數據通訊的基礎。 1．3iCAN是基于連接的通訊協議 　　基于iCAN協議的網絡為主從式的網絡。在iCAN網絡中通常有一個主控設備，具有管理網絡上其他的設備，并監控整個網絡的功能。各從設備之間并不能夠進行通訊。iCAN網絡中設備之間的通訊是基于連接的，溝通主站設備和從站設備。在iCAN網絡中，主控設備和從設備之間的通訊并不能夠隨機進行。主控設備和從設備之間必須首先建立一個通訊連接。建立連接后，主控設備才能夠與從設備進行通訊。 2 硬件結構 2．1系統總結構 　　該系統（圖2）用于檢測超級電容器組內每個電容的工作電壓，以及電容組的總電壓、總電流，并通過符合SAEJ1939協議的CAN總線與整車儀表系統連接。系統由監控系統主節點（以下簡稱主節點）、電容檢測子節點（以下簡稱子節點）、LCD診斷儀和CAN總線網絡組成。系統由1個主節點和27個子節點組成。 　　每個子節點與主節點iCAN網絡通訊，可檢測18個電容的電壓，檢測電壓范圍0N5V，誤差<10mY；每個子節點均有1路溫度輸入用于檢測電池表面溫度，范圍0—100～C，誤差<1～C；主節點具有SAEJ1939協議CAN總線接口；支持320x240單色液晶屏診斷儀，用于顯示系統工作狀態、輸入報警門限參數；2路繼電器于接點輸出，可驅動2個風機；總電壓測量接口，可外接NCV1—1O00V電壓傳感器測量（0-650V，+5V）直流電壓；總電流測量接口，輸入電流0～120mA，可外接NT300-S電流傳感器測量（額定電流300～3A，最大測量范圍±3O0A）直流電流；系統供電：DC24V/2A。 　　智能監控子節點以LPC2119為控制器，外圍模塊包括：溫度測量模塊、電壓測量模塊、節點地址選擇，LPC2119內置CAN接口模塊。電壓測量模塊將串連電容的各節電池端電壓經模擬開關分別引入分壓電路進行處理，再經電壓跟隨器進行阻抗變換后送入ADC的差分輸入端，轉換后的電壓數字量輸出經隔離后到單片機的Pl口。溫度測量模塊溫度測量模塊采用美國DALLAS公司推出的DS18S20系列單線數字溫度計，只需要一根導線就可將單片機和DS18S20連接起來。為充分利用LPC2119的接口資源，均采用串行接口器件，這樣就減小了電路體積，降低了電路的硬件成本。 　　主節點以LPC2368為控制器，LPC2368使用了一個高性能的32位ARM7內核，可以在高達72MHz的頻率下操作。每個器件都含有高達512KB的片內Flash和58KB的片內SRAM存儲器。包含1個10／100EthernetMAC接口、1個USB2．0全速（12Mbps）設備、2路CAN2．0B通道、1個通用DMA控制器、1個10位的A／D轉換器和1個10位的D／A轉換器。外圍模塊包括：總電壓檢測模塊、總電流檢測模塊、輸出繼電器模塊、電源隔離模塊等。二路CAN接口模塊LPC2368內置，實現iCAN、J1939通訊。本設計利用LPC2368的lAP功能，將配置參數保存在片內Flash中。 3軟件設計 3．1開發軟件 　　致遠電子為用戶提供專用的開發工程模板，簡化了軟件開發過程。工控模塊中固化了文件系統、TCP／IP協議棧、USB協議棧、iCAN庫、基礎驅動庫以及iC／OS—Il操作系統等，用戶不需對IC／OS—ll內核進行配置，只能使用已設置好的配置信息。主要的軟件開發工具為ADSv1．2，ARMADS全稱為ARMDeveloperSuite。是ARM公司推出的新一代ARM集成開發工具。ADS由命令行開發工具，ARM時實庫，GUI開發環境（CodeWarrior和AXD），實用程序和支持軟件組成。有了這些部件，用戶就可以為ARM系列的RISC處理器編寫和調試自己的開發應用程序了。該ADS軟件自身帶有AXD調試器軟件，支持查看正在運行的可執行代碼的變量和斷點的控制等調試操作，方便的調試目標程序，提高程序開發效率。 3-2軟件流程圖 　　主節點：軟件設計采用模塊化編程，系統軟件主要分為主程序、數據采集（電壓、電流）處理程序、報警處理、J1939報文通訊、iCAN掃描通訊程序。主程序為系統控制程序，實現對系統進處理數據 行初始化（包括系統自檢、讀取本節點地址、電容電壓種類）和各模塊軟件的總體調度。子節點：數據采集處理程序包括電壓采集和溫度采集。由于DS18S20的溫度轉換時間較長（750ms），所以每次采集先進行溫度轉換、電壓采集，再進行溫度的采集。溫度轉換和電壓采集同步進行。每一輪采集后要將數據進行處理，判斷是否超過限定值。iCAN通信程序負責將采集到的數據發圖4子節點軟件流程圈送到CAN控制器，再由CAN控制器負責將數據發送到CAN總線。主要的子程序有：CAN初始化、CAN發送、CAN接收、ADC子程序，DS18S20的復位、啟動等。 4 硬件抗干擾措施 　　電容監測系統作為整車的一部分，經常受到各種電磁干擾。其實際的工作環境是比較惡劣的，有必要在硬件設計上采取一定的抗干擾措施。 　　1）抑制干擾源。電動汽車上電機設備中的IGBT和功率二極管工作時，會產生很強的電磁干擾，應加強屏蔽。 　　2）隔離供電。電容監測系統的設計中采用若干DC／DC變換模塊，提供穩定的隔離電源，對不同子系統分別供電，可以有效地消除電源干擾和共地產生的干擾。 　　3）光電隔離。在電容監測系統的設計中，采用光電耦合器將外部通信接13（CAN通信、RS232通信）與內部CPU電路隔離開來，阻止電路性耦合產生的電磁干擾。 5 結束語 　　基于iCAN分布式電容監測系統智能化程度高、測量準確、能及時發現超級電容組存在的早期故障，已成功應于我公司超級電容公交車上。 [b]參考文獻： [/b][1]周立功．iCAN現場總線原理與應用[M]．北京：北京航空航天大學出版社．2007 點擊下載：基于iCAN協議分布式超級電容監測系統 編輯：陳東