摘 要：介紹了基于CAN總線的分布式果園氣象監(jiān)測系統(tǒng)，重點描述了單片機P87C591的特點及以它為控制核心構成的監(jiān)測網(wǎng)絡節(jié)點的實現(xiàn)。 關鍵詞：CAN總線 氣象監(jiān)測 P87C591 I2C總線 　　果樹的生長受自然環(huán)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(jiān)測果園的氣象條件，及時地以人為因數(shù)改善果樹的生長條件，已成為影響果農(nóng)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(xiàn)代汽車中眾多的控制與測試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議。CAN總線通信接口中集成了CAN協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能，可完成對通信數(shù)據(jù)的成幀處理，包括位填充、數(shù)據(jù)塊編碼、循環(huán)冗余檢驗、優(yōu)先級判別等項工作，通信速率可達1MBPS。作為一種分散式、數(shù)字化、雙向多點、具有高速率高可靠性特點的通信系統(tǒng)，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(lián)接完全相同。 1 系統(tǒng)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(jiān)測網(wǎng)絡系統(tǒng)，采用主從式結構。系統(tǒng)結構如圖1所示。本系統(tǒng)由上位監(jiān)控PC機、CAN總線適配器和現(xiàn)場監(jiān)測節(jié)點三部分組成，節(jié)點數(shù)量可根據(jù)果園的規(guī)模增減。 　　上位監(jiān)控PC機采主要負責對監(jiān)測系統(tǒng)氣象數(shù)據(jù)的接收與管理、控制命令的發(fā)送以及各監(jiān)測節(jié)點工作狀態(tài)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(tǒng)采用USB-CAN總線適配器;監(jiān)測節(jié)點以單片機P87C591為核心，主要負責對現(xiàn)場的氣象數(shù)據(jù)進行采集，對采集來的數(shù)據(jù)進行數(shù)字濾波求平均值處理并將處理過的數(shù)字信號送入CAN總線。同時監(jiān)測節(jié)點也接收來自上位機的控制命令參數(shù)。本系統(tǒng)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(jiān)測的要求。 2 氣象監(jiān)測節(jié)點的設計 　　2.1 P87C591的特點 　　節(jié)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(qū)級的接收中斷;用于接收中斷的高優(yōu)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(nèi)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(shù)據(jù)寄存器），CANMOD（模式寄存器），CANSTA（狀態(tài)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(tài)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(shù)據(jù)寫入CANDAT; 讀操作時被尋址寄存器的數(shù)據(jù)可從CANDAT 中讀出。 　　2.2 節(jié)點硬件電路設計 　　現(xiàn)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)采集過程中的暫存區(qū)。 　　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(shù)據(jù)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(jié)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(jiān)測節(jié)點在現(xiàn)場采集到水分、溫度、光照和風力數(shù)據(jù)后，將通過CAN總線傳給上位監(jiān)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(fā)送器的輸出腳。這兩管腳經(jīng)收發(fā)器PCA82C250連到CAN總線電纜上。PCA82C250 收發(fā)器是CAN協(xié)議控制器和物理傳輸線路之間的接口。節(jié)點硬件電路如圖3所示。 3 監(jiān)測節(jié)點軟件設計 　　監(jiān)測節(jié)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(chǎn)生中斷，實施對各傳感器的采樣與數(shù)據(jù)處理，并向上位機上傳數(shù)據(jù)。二是中斷接收上位機的控制參數(shù)命令。其中在定時采集中斷任務中對所需數(shù)據(jù)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(nèi)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(shù)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(tài)進行正常的通信任務。圖4為CAN控制器初始化流程圖。 　　監(jiān)測節(jié)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(shù)時，P87C591進入空閑模式。當一旦出現(xiàn)定時采集中斷或接收控制參數(shù)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(chuàng)新點：在基于CAN總線的分布式測控系統(tǒng)節(jié)點的設計中，就如何利用P87C591豐富的片上集成資源，簡化數(shù)據(jù)采集監(jiān)測節(jié)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(jiān)測系統(tǒng)節(jié)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(xiàn)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(fā)行，2003 　　[3] 王博 蔣云峰 劉杰. 基于CAN總線的網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng). 微計算機信息 2004年第三期