基于CAN总线的时间应力测量装置

　　0 引言

　　虚警是困扰现役机载电子设备机内测试(Built-in Test,　BIT)的重大难题，而环境应力是造成虚警的一个重要原因　[1]。时间应力测量装置 (Time Stress Measure Device, TSMD) 能够测量和记录设备所经历的各种环境应力，机内测试结合这些数据就能够有效地降低虚警率[2-3]。早在 1986 年罗姆航空发展中心(RADC) 就已经意识到环境应力测量在减少机内测试虚警方面的作用，并与 Honeywell 公司联合开发一种用于记录机载设备所经历环境应力和电应力时间历程的 TSMD 装置[4]。1992 年9 月，RADC 与 Raytheon 公司研发了基于 MD 神经网络虚警滤波器，运用神经网络技术准确滤除振动、温度等复杂环境应力产生的 BIT 虚警[5-6]。随着设备复杂度的提高和神经网络技术的发展，在进行故障诊断时往往需要测量多点的环境应力，网络化成为时间应力测量装置发展的一种趋势。

　　目前，国内对智能 BIT 的研究还处于起步阶段，对时间应力测量的研究也较少，而国外已出现了网络化的 TSMD 装置，文献 [6] 中提出了一种基于 RS485 总线的 TSMD 装置，通过RS485 总线实现多点的环境应力测量[7]。然而 RS485 总线是一种单主节点网络，总线利用率和数据传输率较低，没有检错和错误处理机制，在使用的灵活性、通信速率、可靠性等方面存在着不足。CAN(Controller Area Network, 即控制器局域网 ) 总线 , 是一种多主方式的串行通讯总线 , 具有检错和错误处理机制，有数据传输率高、抗电磁干扰能力强、传输距离远等优点，已在汽车工业、航空工业、工业控制、安全防护等领域中得到了广泛应用。本文提出并设计了一种基于 CAN 总线的 TSMD装置，在使用的灵活性、数据传输率、可靠性等方面有较大优势。

　　1 系统硬件设计

　　1.1 整体设计方案

　　设计的 TSMD 装置的整体构成如图 1 所示。该系统采用TI 公司的 16 位单片机 MSP430F169 为控制器，对数据的采集、处理与存储、通信接口、实时时钟等进行控制与管理 ;采用温度传感器、湿度传感器、MEMS(Micro Electro MechanicalSystem, 微机电系统)三轴加速度传感器等测量温度、湿度、振动、冲击、主电源电压等环境应力 ;利用电压比较电路和　　MSP430F169 的中断 IO(或定时器)捕捉尖峰脉冲信号 ;系统以 CAN 总线和 RS232 总线与计算机或其它设备进行通信 ;采用时钟芯为系统提供实时时钟，以便记录某一事件发生的时刻;　采用 SD 卡存储器保存设备所经历的环境应力数据。此外，系统还包括电源电路、状态指示 LED、配置跳线等。

　　1.2 单元电路设计

　　1.2.1 单片机系统

　　TSMD 装置通常由电池供电，故选用 TI 公司的超低功耗单片机 MSP430F169 作为控制器。MSP430F169 是一种 16 位RISC 结构单片机，内部具有丰富的外设资源，包括 48 个 I/O口(其中 P1、P2 具有中断功能)、8 路 12 位 ADC、硬件乘法器、2 路 12 位 DAC、2 路 USART(UART 模式或 SPI 模式)、2 个16 位定时器等，片内集成温度传感器，具有 60KB Flash，2KBRAM，因而采用它设计 TSMD 装置，能够大大简化外围电路的设计。利用 MSP430F169 片内 ADC 采集各传感器的输出模拟信号，利用片内定时器控制采样率;利用中断 I/O(或定时器)　配合外部电压比较电路对尖峰脉冲信号进行捕获，并用 DAC为电压比较电路提供参考电压，以便进行捕获门限电平的调节;利用USART(1UART模式)进行RS232通信，利用USART(0SPI模式)对 CAN 总线接口芯片、SD 卡存储器进行操作和控制 ;利用 I/O 口对时钟芯片 ICM7170 进行读写操作。在没有外部温度传感器的情况下，可以采用 SP430F169 片内的温度传感器采集温度信号。