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(多图) 基于ARM和CAN总线的数据采集系统设计

四川大学 曾涌泉 王勇 植涌?? 2009年01月12日 ?? 收藏0

  引 言

  在工业生产的很多领域都需要对生产过程进行监控管理,因此以A/D转换器为核心的数据采集系统必不可少。为了提高监控系统的准确性与可靠性,数据采集卡可选用∑一△型高分辨率的A/D转换器。而控制器局域网(CAN)能有效支持具有高安全级的分布式实时控制,凭借其在噪声环境中的可靠性及其故障状态检测,以及从故障状态恢复的能力被广泛应用于工业控制等领域。本文设计了一种关于CAN总线的双通道高精度采集系统,提高了工业控制中的信号采集处理以及传输抗干扰能力。

  1 系统原理

  系统选用Philips公司的LPC2292(支持实时仿真和跟踪的32位ARM7TDMI—S CPU的微控制器)作为主芯片,功耗极低,具有高速Flash存储器、多个32位定时器、2路CAN以及多达9个外部中断,特别适用于工业控制等。Maxim公司的MAX811作为系统的复位开关,系统原理图如图1所示。双通道O~5 V的模拟信号,经过信号调理电路转换为适合ADC采样的电压信号,被2个24位精度的低功耗A/D转换器ADSl251采样;所采样的数据经过LPC2292的处理后存入扩展的SRAM静态存储器(Cypress公司的CY7C1061AV33)当中,再通过ARM内嵌的2个CAN控制器控制2路CTM8231(通用CAN隔离收发器)进行数据传输。其中,CP2102是ARM中UART与USB端口的桥接芯片,它将USB口模拟为串口,可在PC机上方便地对LPC2292进行上电之前的Flash擦写等操作。

系统原理图

点击看原图

  2 信号调理电路

  其中一路通道的信号调理电路如图2所示。ADSl251是24位低功耗、宽动态范围、高信噪比的deIta—sigma型A/D转换器。ADSl251为差分模拟输入,当参考输入电压等于+4.096 V时,双端输入电压为一4.096~+4.096 V。本设计利用LM4040AIM3—4.1稳压管为ADC提供+4.096 V参考电压,系统时钟信号和串行时钟信号都由ARM提供。为了更好地发挥ADC的性能,最重要的是信号的满量程输入,因此在ADC双端输入的前端,采用轨到轨运算放大器0PA4350设计了一个变换电平电路。首先外部信号进入一个射随放大器,然后通过2个运算放大器进行电平移位,让0~5 V的外部信号转变为一4.096~+4.096 V的信号进入ADSl251的差分输入端。

其中一路通道的信号调理电路

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  3 CAN通信传输电路

  CAN相关电路如图3所示。LPC2292中虽然内嵌CAN控制器,但是必须与CAN收发器连接才能具备收发功能,在以往的设计中ARM和CAN收发器之间通常需要加入DC-DC电源隔离模块和高速光电耦合器组成的隔离电路,以确保在CAN总线遭受严重的干扰时控制器能够正常工作。然而考虑到复杂度、系统集成等因素,本设计中利用CTM8231接口芯片来实现带隔离的CAN收发电路。它将LPC2292中内建的CAN控制器逻辑电平转换为CAN总线的差分电平,实现起来非常简单而且有高抗电磁干扰性;每一路独立的CAN总线接口均配上120Ω的可跨接的终端匹配电阻,同时在印制板上留有可另接一其他阻值电阻的接口,以便在调试和使用过程中进行终端电阻的调整,由拨码开关选择。CAN总线上有数据传输时,用发光二极管闪烁指示。

CAN相关电路

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ARM? CAN总线? 数据采集? LPC2292?

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