CAN總線具有突出的可靠性和實(shí)時(shí)性，適合在復(fù)雜的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下工作，基于CAN現(xiàn)場(chǎng)總線的時(shí)間信息數(shù)據(jù)接口，可充分保證時(shí)間信息的傳送，并為電子時(shí)間引信系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)接口，便于應(yīng)用在其它防空武器系統(tǒng)的嵌入式改造或未來(lái)數(shù)字化防空武器系統(tǒng)中。本文闡述了CAN現(xiàn)場(chǎng)總線、總線接口技術(shù)、時(shí)間信息提取電路結(jié)構(gòu)、信息無(wú)線發(fā)送結(jié)構(gòu)等原理，及如何利用CAN現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)間信息共享技術(shù)。

CAN現(xiàn)場(chǎng)總線概述

CAN(Controller Area Network)總線誕生和發(fā)展于汽車工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域，是兩線制多主對(duì)等總線型拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)，能有效地支持具有很高安全等級(jí)的分布實(shí)時(shí)控制，是唯一有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線(Field Bus)，目前發(fā)展到CAN2.0B規(guī)范，應(yīng)用范圍極為廣泛。

CAN總線用顯性和隱性兩個(gè)互補(bǔ)的邏輯值表示0和1，總線接口上同時(shí)發(fā)送顯性和隱性位時(shí)，總線值是顯性，實(shí)現(xiàn)邏輯與。根據(jù)ISO／OSI參考模型，CAN的層次劃分為：數(shù)據(jù)鏈路層，包括邏輯鏈路控制子層和介質(zhì)訪問(wèn)控制子層；物理層。

CAN總線信息的報(bào)文傳輸有數(shù)據(jù)幀、遠(yuǎn)程幀、錯(cuò)誤幀和過(guò)載幀四種不同類型的幀，數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀可以使用標(biāo)準(zhǔn)幀和擴(kuò)展幀2種不同格式，標(biāo)識(shí)符域的長(zhǎng)度分別為11位和29位。CAN的幀由不同的位域組成，以數(shù)據(jù)幀為例，它包括7個(gè)不同的位域：幀起始、仲裁域、控制域、數(shù)據(jù)域、CRC域、應(yīng)答域和幀結(jié)尾，如圖1所示。

圖1

為獲得安全的數(shù)據(jù)發(fā)送，CAN總線采取錯(cuò)誤檢測(cè)和處理的措施，在報(bào)文傳輸過(guò)程中設(shè)有位錯(cuò)誤、填充錯(cuò)誤、CRC錯(cuò)誤、格式錯(cuò)誤和應(yīng)答錯(cuò)誤5種錯(cuò)誤類型，對(duì)于故障的界定有錯(cuò)誤激活、錯(cuò)誤認(rèn)可和總線關(guān)閉3種狀態(tài)。

智能節(jié)點(diǎn)接口技術(shù)

節(jié)點(diǎn)是CAN網(wǎng)絡(luò)上信息的起點(diǎn)和終點(diǎn)，智能節(jié)點(diǎn)是指具有微處理器的節(jié)點(diǎn)，具體有可靠性、兼容性、信息處理能力等方面的優(yōu)勢(shì)。智能節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)包括CAN控制芯片與MCU的連接和CAN控制芯片與PC的連接，典型的智能節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)為MCU+CAN控制器+CAN驅(qū)動(dòng)器，具有CAN模塊的MCU微控制器將前2者合二為一，如PIC18F458、MC68HC908GZ16、P8Xc591，使操作更加方便。PC機(jī)上的智能節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)多采用CAN適配卡，由ISA接口、雙口RAM、嵌入式微處理器、CAN控制器、CAN驅(qū)動(dòng)器組成。

智能節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容為CAN節(jié)點(diǎn)初始化、報(bào)文發(fā)送和報(bào)文接收，還包括CAN總線錯(cuò)誤處理、總線關(guān)閉處理、接收濾波處理、波特率參數(shù)設(shè)置、自動(dòng)檢測(cè)以及CAN總線通信距離和節(jié)點(diǎn)數(shù)的計(jì)算。

采用PIC18F458微控制器設(shè)計(jì)的智能節(jié)點(diǎn)如圖2所示。

圖2
時(shí)間提取單元和編程裝置

時(shí)間提取單元和編程裝置是電子時(shí)間引信系統(tǒng)的重要組成部分，兩者協(xié)調(diào)工作完成射彈飛行時(shí)間的隔離提取、數(shù)據(jù)共享和編碼發(fā)送，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)上采用功能電路+數(shù)字接口的方案，作為節(jié)點(diǎn)連接在CAN總線上。兩者的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要充分考慮與現(xiàn)有武器裝備的機(jī)械兼容性和電磁兼容性，不能影響現(xiàn)有裝備的結(jié)構(gòu)和工作狀態(tài)。

時(shí)間提取單元 時(shí)間提取單元的功能是從武器系統(tǒng)火控計(jì)算單元中提取射彈飛行時(shí)間，并將其發(fā)送到CAN總線上，電路結(jié)構(gòu)如圖3所示，主要由射彈飛行時(shí)間數(shù)字量隔離提取電路、射彈飛行時(shí)間模擬量隔離提取電路、A／D轉(zhuǎn)換電路、控制信號(hào)(開關(guān)量)隔離采集電路、數(shù)字接口、隔離型DC／DC電源模塊等組成，可以提取16位射彈飛行時(shí)間數(shù)字量或1路射彈飛行時(shí)間模擬量、8位控制信號(hào)，輸出CAN總線信號(hào)，使用雙絞線在1km的范圍內(nèi)得到高達(dá)70kbps的傳輸速率。

圖3
光電隔離電路采用雙光耦構(gòu)成電流串聯(lián)負(fù)反饋電路實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)，即將兩個(gè)相同型號(hào)的光耦的輸入端串聯(lián)組成差分負(fù)反饋，來(lái)補(bǔ)償光耦的非線性電流傳輸系數(shù)，可以得到較好的一致性，使電路傳輸特性更好。典型的雙光耦芯片(如HCNR200)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用電路如圖4所示，采用ADC0809芯片完成AD轉(zhuǎn)換，隔離型DC／DC選用愛立信PKV3211PI電源模塊，其輸入電壓范圍為9V～36V，輸出電壓5V，輸出功率2.5W。

圖4

編程裝置 編程裝置的功能是從CAN總線上獲取射彈飛行的時(shí)間數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)編碼，并通過(guò)射頻模塊轉(zhuǎn)換為射頻信號(hào)發(fā)送，電路結(jié)構(gòu)如圖5所示，由數(shù)字接口、微控器、無(wú)線射頻模塊和監(jiān)控電路組成。微控器AT89S51為電路的核心，完成數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)編碼、射頻模塊控制、數(shù)據(jù)串行發(fā)送等功能，大大簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)；監(jiān)控電路采用X25045，監(jiān)控微控制器的工作狀態(tài)，防止程序跑飛；數(shù)字接口與時(shí)間提取單元相同；無(wú)線射頻模塊采用原廠提供的標(biāo)準(zhǔn)電路板并設(shè)置為發(fā)送狀態(tài)，其天線為腐蝕在PCB板上的銅線，在天線外 2m～20m的范圍內(nèi)形成射頻編程窗口。

編程裝置電路板安裝在長(zhǎng)方體形盒里，外部通過(guò)接插件分別與CAN總線(兩芯插頭和插座)和無(wú)線射頻模塊(7芯的插頭和插座)相連接。整個(gè)編程裝置盒固定與火炮炮箱上方，距炮口約2.5m的位置，且將射頻模塊PCB板有天線一側(cè)朝向身管方向，以便獲得較好的射頻性能。