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基子CAN总线的分布式网架健康状态监测系统的设计
摘要：针对某网架安全监测的需要设计了分布式健康状态监测系统，介绍了在分布式系统中利用控制器局域网(CAN)组建分布式通信网络模块的方案。详细阐述了基于CAN总线控制器SJAl000的采集系统设计方案及具体的硬件电路设计，并解决了在软件设计中容易碰到的问题。关键词：CAN总线 高速采集 A／D转换 数据传输
在某大网架结构的建筑中，由于网架结构的特殊性及其所处地理位置在沿海台风多发地带，因此需要设计高速数据采集系统对网架结构的健康状况进行实时监测，并对数据进行实时分析和评估。由于需要对网架上受力情况进行多点监测，考虑到硬件集中控制扩展能力差且在现场施工有较大的布线困难，因此本系统采用目前广泛应用的分布式系统设计方案，将各个控制单元分布在现场各采集点上。为了实现分布式系统的监测与控制功能，需要建立良好的通讯方式，以完成系统主机与各智能单元之间的信息交换与通信。根据本数据采集系统的特点，其通信系统应具有良好的可靠性、适应性、可扩展性和简单的连接方式，并能满足长距离传输的需要。由于此数据采集系统节点数多(100路)、对信号传输速度要求高且误码率低，利用485总线搭建数据采集系统的传统方式，其最大控制结点只能有32个，在超过lkm的布线结构中传输速度只有lOOkbps，且“数据碰撞”和“死锁”等问题不易解决，因此采用485总线显然达不到设计要求。
相对于传统的485总线来讲，控制器局域网CAN(Controller Area Network)作为现场总线的一种，以其分时多主、非破坏性总线仲裁和自动检错重发等灵活、可靠的通信技术解决了485总线现场调试困难、开发周期长等问题[1]。尤其在较为艰苦的安装环境中，其高效的现场调试性能显得尤为实用。作为一种分散式、数字化、双向多点、具有高速率高可靠性特点的通信系统，CAN可以构建灵活的多主通讯机制，也可以建立主从式结构，而且这两种方式下的硬件物理联接完全相同。其自动进行数据编码、CRC冗余校验、出错自动重发的功能保证了数据的准确率，某一节点严重出错时能自动脱离总线保证了系统的稳定性，且其具有极强的带负载能力，可驱动多达110个节点，可满足本系统高速、精确、多负载的要求。
1 采集卡硬件电路的设计
1．1 CAN总线分布式系统结构设计
系统结构如图1所示。本系统由上位监控PC机、CAN总线适配卡和控制单元三部分组成。上位监控PCs机采用IBM-PC兼容机，主要负责对系统数据的接收与管理、控制命令的发送以及各控制单元动态参数和设备状态的实时显示；CAN总线适配卡可以使PC机方便地连接到CAN总线上；控制单元以单片机为核心，主要负责对现场的环境参数和设备状态进行监测，对采集来的数据进行打包处理并将处理过的数字信号通过CAN通信控制器SJA1000送入CAN总线。
1．2 控制单元模块设计及关键问题的解决
控制单元的主要功能是将现场采
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