基于CAN总线的核医疗设备测控系统设计

　　CAN,全称为“controller area network”,

　　即控制器局域网,最早由德国BOSCH公司在20世纪80年代末提出,是国际上使用最广泛的现场总线之一[1]。CAN通信协议是一种用于汽车内部测量与执行部件之间的数据通信协议。作为一种技术先进、可靠性高、功能完善、成本合理的远程网络通信控制方式,CAN总线已被广泛应用于各个自动化控制系统中。例如,在汽车电子、自动控制、智能大厦、电子系统、安防监控等各领域中,CAN总线具有不可比拟的优越性。它是一种多主方式的串行通信总线,基本设计规范要求有高的位速率,高抗电磁干扰性,而且能够检测出产生的任何错误。当信号传输距离达到10 km时,CAN总线仍可提供高达50kb/s的数据传输率[2,3]。核成像是近几十年来发展迅速的电子计算机和放射性检测相结合的放射诊断技术。随着核医学概念的提出,核成像技术在医学领域扮演着越来越重要的角色。加快我国核医疗设备的自主研发,有利于推动我国核成像技术进步,有利于促进医疗事业发展[4]。本文就此给出应用于核医疗设备测控系统的一种基于CAN总线的解决方案,取代传统主从式结构的RS485总线方案,数据通信具有突出的可靠性,实时性和灵活性。可推广嵌入应用于各种测控领域。

　　1　CAN总线测控系统结构

　　基于CAN总线的测控系统包括上位机、以单片机为核心的智能测控节点、PCI-CAN适配卡。上位机和测控节点的通讯是通过在上位机插入一块PCI-CAN适配卡与各智能节点的CAN收发控制器相连接而进行的,各个节点通过双绞线组成总线型拓扑结构,如图1所示。PCI-CAN适配卡将上位机输出的信号转换为CAN总线通信信号,信号通过CAN总线传输,依次实现上位机与各个基于CAN总线的智能测控节点的通信,从而构成一个分布式的测控网络。

　　2　系统硬件设计

　　本系统主要硬件电路有由单片机控制器以及外围的温湿度测控电路、CAN总线接口电路、存储电路、CAN总线接口电路、执行单元、电源电路等组成,其中温湿度检测电路与CAN总线接口电路是设计的重点内容。

　　2·1　温湿度检测电路

　　SHT15是瑞士Sensirion公司推出的基于CMOS技术的新型温湿度传感器。该传感器将CMOS芯片技术与传感器技术结合起来,将温度传感器、信号调理、数字变换、串行数字通信接口、数字校准全部集成到一起,具有工业标准I2C串行总线数字输出接口,是全校准相对湿度及温度值输出的传感器。SHT15具有露点计算输出功能,相对湿度测量范围是0—100%,分辨率达0.03%,最高精度为±2%RH,温度测量范围是- 40℃—+123.8℃,分辨率为0.1℃,电源电压范围是+2.5V—+5.5V,响应时间小于3s。温湿度检测电路如图2所示,SHT15传感器的数据线(DATA)与时钟线(SCK)与单片机DSPIC30F6014的I2C接口连接,需在DATA端接10k的上拉电阻,同时在VCC及GND端接入一只0.1μf的去耦电容。电路结构简单,器件使用方便。