劉偉 李果 李堅(jiān) 許志遠(yuǎn)

摘 要 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種以MSP430F449和MCP2515為核心的CAN總線多節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)采集與顯示控制電路，通過(guò)CAN總線與各采集終端節(jié)點(diǎn)鏈路組網(wǎng)連接，控制端點(diǎn)周期接收各終端節(jié)點(diǎn)工作狀態(tài)和采集到的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)以及調(diào)試信息，經(jīng)解算后在控制端顯示?？蓱?yīng)用到多種CAN總線多節(jié)點(diǎn)采集控制系統(tǒng)中。

關(guān)鍵詞 MSP430F449；MCP2515；CAN總線；多節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)采集與顯控

前言

MSP430F449（以下簡(jiǎn)稱(chēng)MCU）是一款超低功耗帶精簡(jiǎn)指令集的MCU，外設(shè)和片上資源豐富，適合工控設(shè)備使用。MCP2515是CAN協(xié)議控制器，支持CAN V2.0B規(guī)范，通信速率可達(dá)1Mb/s，能收發(fā)標(biāo)準(zhǔn)和擴(kuò)展數(shù)據(jù)幀及遠(yuǎn)程幀。自帶屏蔽寄存器和驗(yàn)收濾波寄存器可減少系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)。CAN總線無(wú)主從之分，各節(jié)點(diǎn)靠?jī)?yōu)先級(jí)順序決定通信次序，適用于實(shí)時(shí)性較高的多節(jié)點(diǎn)通信。

1 組成

硬件設(shè)計(jì)以MCU和MCP2515控制電路為核心進(jìn)行設(shè)計(jì)，分為控制端點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)?？刂贫它c(diǎn)由MCU控制電路、按鍵控制電路、LCD顯示電路、CAN總線收發(fā)控制電路和RS232電路組成。終端節(jié)點(diǎn)由MCU控制電路、CAN總線收發(fā)控制電路、傳感器控制電路（包括溫度、濕度傳感器）[1]。

2 功能簡(jiǎn)介

本系統(tǒng)利用CAN總線各個(gè)節(jié)點(diǎn)平等，長(zhǎng)距離小數(shù)據(jù)量及實(shí)時(shí)性高的特點(diǎn)，終端節(jié)點(diǎn)根據(jù)控制端點(diǎn)的命令，回送現(xiàn)場(chǎng)的溫度、濕度數(shù)據(jù)（周期）或調(diào)試狀態(tài)信息（事件），控制端點(diǎn)收到調(diào)試狀態(tài)信息后用RS232電路送上位機(jī)進(jìn)行故障檢測(cè)[2]。

3 硬件設(shè)計(jì)

（1）MCU控制電路：包括電源，MCU控制和重啟電路。MCU完成對(duì)MCP2515芯片、按鍵控制、SPI接口、LCD顯控電路和RS232控制。重啟電路保持電路工作穩(wěn)定，MCU電路有故障時(shí)通過(guò)看門(mén)狗進(jìn)行復(fù)位。電源電路對(duì)整個(gè)電路進(jìn)行供電，提供+5V、+3.3V等多種電源。

（2）CAN總線收發(fā)控制電路：由MCP2515、TJA1050和8M晶振為核心組成。MCU通過(guò)SPI接口與MCP2515連接，CAN收發(fā)器TJA1050的CANH、CANL連接到CAN總線鏈路上，結(jié)合驗(yàn)收濾波器和屏蔽濾波器控制無(wú)效數(shù)據(jù)流量，提高M(jìn)CU利用率增強(qiáng)了系統(tǒng)的魯棒性。

（3）顯控電路：采用UsartGPU45A串口LCD屏，與MCU的USART0端口連接。MCU將解算后的數(shù)據(jù)通過(guò)串行RX/TX傳送給LCD液晶屏顯示。

（4）按鍵控制電路：采用4X4鍵盤(pán)實(shí)現(xiàn)，連接MCU的P3端口。MCU對(duì)按鍵進(jìn)行初始化定義和檢索掃描，并進(jìn)行防抖處理。

（5）RS232電路：采用MAX232接口芯片與MCU的USART1端口連接。MCU傳遞調(diào)試信息給上位機(jī)。

（6）傳感器控制電路：溫度傳感器采用PT100和AD623芯片實(shí)現(xiàn)，濕度傳感器采用DHT11實(shí)現(xiàn)。終端節(jié)點(diǎn)MCU把傳感器數(shù)據(jù)打包傳遞CAN鏈路[3]。

4 軟件設(shè)計(jì)

4.1 MCU軟件設(shè)計(jì)

本軟件分為工作模式和調(diào)試模式兩種狀態(tài)。工作模式時(shí)終端MCU只將超過(guò)閾值范圍的采集數(shù)據(jù)打包送到CAN鏈路，調(diào)試模式時(shí)傳送指定終端的全部數(shù)據(jù)信息到CAN鏈路。避免無(wú)效數(shù)據(jù)的擁堵，合理設(shè)置屏蔽和驗(yàn)收濾波寄存器減少了數(shù)據(jù)淹沒(méi)。

軟件包括初始化模塊，CAN協(xié)議收發(fā)模塊，數(shù)據(jù)解算模塊，按鍵掃描檢索模塊，LCD顯示模塊，RS232通訊模塊和傳感器采集模塊等。

（1）初始化模塊：完成MCU各端口配置、節(jié)點(diǎn)索引表、SPI初始化、CAN總線收發(fā)器初始化、RS232通訊初始化、按鍵定義初始化、LCD顯控初始化和傳感器初始化等。

（2）CAN協(xié)議收發(fā)模塊：采用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀進(jìn)行打包，MCP2515芯片通過(guò)SPI總線和MCU交互，幀ID根據(jù)跳線設(shè)置，數(shù)據(jù)段每次傳送八字節(jié)數(shù)據(jù)（兩個(gè)傳感器數(shù)據(jù)和一個(gè)狀態(tài)字），并按要求設(shè)置屏蔽寄存器和濾波寄存器[4]。

（3）數(shù)據(jù)解算模塊：根據(jù)協(xié)議將數(shù)據(jù)打包/解包，計(jì)算歸并各傳感器數(shù)據(jù)和終端節(jié)點(diǎn)離散值，再根據(jù)模式狀態(tài)送LCD顯示或經(jīng)RS232端口送上位機(jī)。

（4）按鍵掃描檢索模塊：經(jīng)典的4X4按鍵掃描處理，可輸入終端號(hào)ID和命令類(lèi)型。

（5）LCD顯示模塊：完成UsartGPU45A串口LCD屏初始化（115200/8/N/1），把顯示的數(shù)據(jù)按照LCD命令格式傳給LCD控制電路。

（6）RS232通訊模塊：完成RS232初始化（9600/8/N/1）， MCU在調(diào)試模式下傳遞調(diào)試信息給上位機(jī)。

（7）傳感器采集模塊：每隔50ms采集一次傳感器數(shù)值交終端MCU處理，每十次做算術(shù)平均后送CAN鏈路。

4.2 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

本軟件采用VS2010開(kāi)發(fā)，上位機(jī)通過(guò)RS232和端點(diǎn)交互，按協(xié)議解析數(shù)據(jù)并在上位機(jī)顯示[5]。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文主要設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種基于MSP430F449和MCP2515為核心的CAN總線多節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)采集與顯示控制的實(shí)現(xiàn)方法，解決了多節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)采集實(shí)時(shí)顯示和控制的問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳雄威.基于CAN控制器MCP2515-I/SO的模擬SPI串口通信的應(yīng)用[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2009，5（26）：7508-7510.

[2] 張悅玲，楊紹巖，張曉娟.基于MSP430F449的半導(dǎo)體激光器溫控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].光電技術(shù)應(yīng)用，2012，27（3）：10-13.

[3] 辛銳，黃仁富.DGUS觸摸屏串口通信應(yīng)用設(shè)計(jì)[J].內(nèi)江科技，2013， 34（5）：169-169.

[4] 陳德龍，秦會(huì)斌.基于PT100的電子溫度表設(shè)計(jì)[J].杭州電子科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，25（4）：42-45.

[5] 李長(zhǎng)有，王文華.基于DHT11溫濕度測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].機(jī)床與液壓，2013，41 （13）：107-108.

作者簡(jiǎn)介

劉偉（1971-），男，甘肅省白銀市人；職務(wù)：設(shè)計(jì)師，職稱(chēng)：工程師，學(xué)歷：大學(xué)本科，現(xiàn)就職單位：西安北方光電科技防務(wù)有限公司，研究方向：自動(dòng)控制和圖像處理。