基于CAN总线分布式安全检测系统设计

　　1、引言

　　随着自动控制技术和现场总线技术的不断发展和深化，网络化、集成化和互操作已成为现代控制系统的重要发展方向。在众多的现场总线标准中，德国Bosch公司提出的CAN总线(Controller Area Network)是从80年代初为解决现代汽车中众多的控制于测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议[1]。

　　本文介绍了利用红外传感器无接触检测，结合单片机技术、CAN总线技术，将现场存在的传感器、电子控制单元、执行机构连接起来组成分布式控制网络，实现了分布式安全保护检测控制。有效地保证了工作人员人身安全和生产的正常进行。该系统可用于危险场所、区域安全防护，机械加工、纺织、食品加工等安全保护以及家庭等防盗报警，有较广泛的应用前景。

　　2、系统组成及原理

　　由于红外线通过云雾等充满悬浮粒子的物体时不易发生散射、有较强的穿透能力和抗干扰能力，且红外线遥控不易引起串干扰，因而被广泛应用于遥控装置。本系统信号检测部分使用红外传感主动式发射/接收设计实现。红外检测装置安装在检测控制区，当无人进入检测区时，接收管无信号输出。反之，接收管输出信号，通过解调、放大、比较处理后产生TTL高电平信号送入单片机，利用单片机编程技术控制实现语音警示或控制现场执行设备动作。CAN总线由于其较强的抗干扰能力、通讯中没有地址的概念以及节点数不受限制等优点，已经被广泛应用于汽车、数控机床、仪器仪表、现场总线控制等领域[2]。本系统通过单片机控制CAN总线控制器构成CAN总线进行数据传输。这样，多个检测装置构成了总线通信系统，方便实现多区域检测控制状态显示。降低了系统在材料、安装、维护等费用上的损耗，减小了布线复杂度。

　　分布式安全检测系统主要由直流电源、信号检测电路、信号处理电路、单片机控制器、接口电路、看门狗、CAN总线控制器、CAN总线收发器、状态指示面板等电路组成。系统组成框图如图1所示。　　

　　图1 系统硬件结构框图

　　3、系统设计

　　3.1 信号产生电路

　　系统信号产生电路采用CD4069外接电阻电容构成充放电通路产生方波脉冲信号。电路振荡通过电容C充放电利用正反馈原理来完成，电路中R2是补偿电阻，用于改善电源电压变化而引起的震荡频率不稳，由于CD4069为六反相器，为避免干扰将其余各部分输入端接地。电路原理如图2所示。

　　图2 信号发生电路

　　R2阻值不仅可影响振荡频率，而且能改变输出波形占空比，因为此时消除了VT的波动，能够输出占空比1/2方波，通常R1>>R2，一般取R1=10R2。