創(chuàng)新者：尤 路

基于CAN總線的雷達(dá)溫濕度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

創(chuàng)新者：尤 路

溫濕度參數(shù)對(duì)于雷達(dá)等電子設(shè)備的運(yùn)行保障非常重要，本文利用CAN總線，對(duì)雷達(dá)等復(fù)雜電磁環(huán)境設(shè)備溫濕度信息的采集提供了有效的解決方案，并從系統(tǒng)構(gòu)建、軟硬件設(shè)計(jì)等方面提供了有力的技術(shù)支撐，值得在軍用電子及工業(yè)控制領(lǐng)域推廣應(yīng)用。

雷達(dá)等電子設(shè)備運(yùn)行環(huán)境中溫濕度等參數(shù)的感知，對(duì)于設(shè)備健康狀態(tài)的分析及預(yù)測(cè)起到非常重要的作用。尤其是高設(shè)備密度、強(qiáng)電磁干擾環(huán)境下，CAN總線的運(yùn)用，在保證抗干擾能力的同時(shí)，還可大大簡(jiǎn)化設(shè)備對(duì)外接口，減少設(shè)備間電纜連接，提升監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可靠性。

圖2　溫濕度傳感器基本架構(gòu)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)

某雷達(dá)的溫濕度采集系統(tǒng)主要是由天線陣面上的溫濕度傳感器和艙內(nèi)采集設(shè)備組成，分布于天線陣面上的溫濕度傳感器通過(guò)CAN總線相連，單個(gè)CAN總線理論上最多可掛載110個(gè)節(jié)點(diǎn)，考慮總線負(fù)載情況，實(shí)際使用時(shí)總線上只掛載60個(gè)。艙內(nèi)采集設(shè)備由CAN控制器和顯示上位機(jī)組成，CAN控制器將CAN總線上的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)送至上位機(jī)顯示，如圖1所示。

硬件設(shè)計(jì)

溫濕度傳感器主要由兩部分組成，傳感器和處理器，如圖2所示。其中溫濕度傳感器采用數(shù)字型溫濕度傳感器SHT11，處理器選用含有ARM Cortex-M3內(nèi)核的STM32F103C8處理器。傳感器信號(hào)由MCU采集并計(jì)算完成后，通過(guò)CAN總線送出。

每個(gè)傳感器上都有一個(gè)撥碼開(kāi)關(guān)負(fù)責(zé)CAN總線地址的編碼，用于區(qū)分總線上各個(gè)傳感器的ID號(hào)。為了提升CAN接口的可靠性，CAN接口部分，除了CAN收發(fā)器外，增加了防浪涌保護(hù)電路，如圖3所示。

圖1　某雷達(dá)CAN總線環(huán)境感知系統(tǒng)的組成

圖3　CAN總線接口電路

圖4　溫濕度傳感器軟件流程

軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用問(wèn)詢制的協(xié)議進(jìn)行通信，即上位機(jī)發(fā)送詢問(wèn)指令，ID匹配正確后，傳感器才進(jìn)行應(yīng)答。CAN總線的速率為125Kbps，8字節(jié)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀的幀長(zhǎng)約為864us，詢問(wèn)每個(gè)傳感器所需的最短時(shí)間為1.728ms，足以滿足系統(tǒng)的使用要求。下面將從系統(tǒng)的底層至頂層詳細(xì)介紹軟件的設(shè)計(jì)流程。

溫濕度傳感器軟件設(shè)計(jì)

由于SHT11的兩線通信與I2C協(xié)議不兼容，在STM32進(jìn)行編程時(shí)，通過(guò)控制連接傳感器的兩個(gè)GPIO管腳進(jìn)行協(xié)議解析。系統(tǒng)上電之后，進(jìn)行傳感器的初始化，對(duì)傳感器進(jìn)行復(fù)位，隨后進(jìn)行溫度測(cè)量和濕度測(cè)量，再根據(jù)溫度和濕度，計(jì)算出露點(diǎn)，根據(jù)CAN總線接收到的控制指令，將采集的數(shù)據(jù)加入CAN總線通信協(xié)議送出，如圖4所示。這樣極大的緩解總線的占用時(shí)間，以最快的速度進(jìn)行響應(yīng)。

系統(tǒng)上位機(jī)的軟件設(shè)計(jì)

由于CAN控制器的功能是用于CAN總線與網(wǎng)絡(luò)的信息格式轉(zhuǎn)換，所以其軟件功能較為單一，主要是偵收網(wǎng)絡(luò)和CAN總線上的信息，并將信息互相透?jìng)?。這樣上位機(jī)軟件通過(guò)問(wèn)詢制對(duì)所有的溫濕度傳感器進(jìn)行詢問(wèn)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)協(xié)議與CAN總線協(xié)議兼容。上位機(jī)通過(guò)遍歷ID號(hào)對(duì)CAN總線上所有溫濕度傳感器進(jìn)行輪詢，輪詢間隔為1s，輪詢過(guò)程中一旦出現(xiàn)無(wú)回饋現(xiàn)象則上報(bào)故障，最終將所有溫濕度信息及故障狀態(tài)全部送至顯示界面顯示，工作流程如圖5所示。

圖5　系統(tǒng)上位機(jī)工作流程

結(jié)語(yǔ)

以CAN總線為基礎(chǔ)構(gòu)建的雷達(dá)溫濕度測(cè)量系統(tǒng)，系統(tǒng)穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)，能夠滿足復(fù)雜電子環(huán)境下的溫濕度采集任務(wù)，并具有成本低、接口簡(jiǎn)單、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，值得在軍用電子、工業(yè)控制等領(lǐng)域進(jìn)行推廣。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.10.028