维普资讯 http://www.cqvip.com 第３６卷第３期 ２００７年６月 文章编号１６７１—７９５３（２００７）０３—０１１３ ０３ 船海工程 ＳＨＩＰ８ＬＯＣＥＡＮ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ｖｏｌ＿３６ ＮＯ．３ Ｊｕｎ．２００７ 基于ＣＡＮ总线的船舶智能控制系统设计 车海宁 武汉理工大学现代教育技术中心 武汉４３００６３ 摘 要基于ＣＡＮ总线的船舶智能控制单元以Ｓ３Ｃ４４ＢＯＸ作为ＭＣＵ，采用ＭＣＰ２５１０ ＣＡＮ控制器，组 成分布式控制系统。将该系统应用于船舶的集中控制，通过ＣＡＮ智能节点，将船舶中的各部分连接局域网， 实现现场的检测、控制，远端的监视、报警。 关键词 ＣＡＮ总线中图分类号现场总线智能单元 文献标识码Ａ Ｕ６６４．８２ ２ Ｔｈｅ Ｓｈｉｐ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ｕｎｉｔ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＣＡＮ ｂｕｓ ＣＨＥ Ｈａｉ－ｎｉｎｇ Ｔｈｅ Ｍｏｄｅｒｎ Ｅｄｕｃａｔｉｎｇ Ｃｅｎｔｅｒ Ｗｕｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｗｕｈａｎ ４３００６３ Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ｓｈｉｐ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ｕｎｉｔ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＣＡＮ ｂｕｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｕｓｅｓ Ｓ３Ｃ４４ＢＯＸ ａｓ ｉｔｓ ＭＣＵ，ａ— ｄｏｐｔｓ ｔｈｅ ＭＣＰ２５１０ ＣＡＮ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｔｈｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ．Ｂｙ ｍｅａｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｎｏｄｅｓ，ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｃａｎ ｍｏｎｉｔｏｒ ａｎｄ ｃｈｅｃｋ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｍａｃｈｉｎｅｓ ｏｆ ｓｈｉｐｓ ｏｎ—ｔｈｅ—ｓｐｏｔ， ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｒｅｍｏｔｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ａｌａｒｍｉｎｇ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ＣＡＮ ｂｕｓ ｏｎ—。ｔｈｅ——ｓｐｏｔ ｂｕｓ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｕｎｉｔｓ １ 分布式控制系统 系统采用现场总线集散系统ＦＤＣＳ（ｆｉｅｌｄ ｄｉｓ－ ｔｒｉｂｕｔｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ）结构，由服务器，ＣＡＮ智 能单元，以及ＣＡＮ局域网总线组成。服务器完 成系统的数据管理与分析计算系统计算。ＣＡＮ 智能单元完成本地现场的数据处理、显示、报警和 控制。各个节点的数据通过ＣＡＮ总线实现互相 传输，见图１。 功能，就必须要有一个最小系统。根据现场的要 求，采用ＳＡＭＳＵＮＧ Ｓ３Ｃ４４ＢＯＸ微处理器。它使 用ＡＲＭ７ＴＤＭＩ核，工作在６６ ＭＨｚ，带有８ ｋＢ ＣＡＣＨＥ，外部存储器控制器，ＬＣＤ控制器，７１个 通用Ｉ／Ｏ接口，ＳＰＩ接口等。可以很方便地进行 最小系统的构建。见图２。 Ｌｃ。显示 Ｓ３Ｃ４４Ｂ０Ｘ ｃ系ＳＤＲＡＭ统内存 ｌ ｆ￣ｆｌＬＥＤ Ｉ ＲＳ２３２ 基于ＡＲＭ架构 的３２位处理器 ｌ ｒｌ ｃ Ｂ ＰＯＷＥＲｃＡＮ通讯模块 ＝ ｌ ｌｌ ｌ ｌ ｌ ｌ 图２智能单元模块图 （电源） ＩｃＡＮ智能单元ｆ ……… ＣＡＮ智能单元 图１分布式控制系统图 系统中，ＦＬＡＳＨ占用ＢＡＮＫ０地址空间。 ２ 智能单元的设计 ２．１ 系统结构 其中保存有两部分程序，对应０Ｘ０００００００００地址 是ＢＩＯＳ引导程序，另一部分装载的是系统的应 用程序。当系统复位时，程序指针被设置成０，程 序跳到ＯＸＯ０００００００，也就是ＢＩＯＳ首先取得控制 权。此程序负责检测系统各个主要硬件是否工作 正常。如果正常，ＢＩＯＳ程序就将应用程序复制到 ＳＤＲＡＭ指定的地址，并将指针指到ＳＤＲＡＭ中 该指定地址，系统就开始运行。 １ １ ３ 对应每个ＣＡＮ节点要完成的控制、显示等 维普资讯 http://www.cqvip.com 基于ＣＡＮ总线的船舶智能控制系统设计——车海宁 Ｉ ＣＤ、ＦＬＡＳＨ、ＳＤＲＡＭ在￥３Ｃ４４Ｂ０Ｘ中都 有对应的接口引脚与控制器，实现方便。 ２．２键盘与ＬＥＤ ＣＬＫ一０： Ｐ１：ｄｉｓｐＤａｔａＢｕｆ［Ｏ］；／／ｄｉｓｐＤａｔａＢｕｆ［８］保存了每 个数码管要显示数据的对应１６进制数 ｐｒｅＴｅｍｐ—Ｐ３； 键盘与ＬＥＤ由一块单片机８９Ｃ２Ｏ５１统一控 制。８９Ｃ２Ｏ５ １通过扫描方式点亮数码管和扫描按 键。电路框图见图３。 任意Ｐ３ｋ三路 ４ ｈ Ｐ３ 口 ４ ｈ Ｃ ｄｌｔｉｍｅ（）； ｎｅｘｔＴｅｍｐ—Ｐ３； ｉｆ（（ｐｒｅＴｅｍｐ＆０ｘｌＣ）一一（ｎｅｘｔＴｅｍｐ＆０ｘｌＣ））／ ＊去抖动＊／ ｛ １６ ｋｅｙｔｉｍｅ＋＋； ｉｆ（ｋｅｙｔｉｍｅ＞一ｌＯ） 个 ９ ０ １ ３ 画厦暄垣 ｛ ｋｅｙｔｉｍｅ一０； 喧垣垣 ｌ ＬＥＤ ８路，ｌ 电平 ｉｆ（（ｎｅｘｔＴｅｍｐ＆０ｘｌｃ）一一０ｘ０ｃ）／／Ｐ３．４得到低 ｇｅｔｋｅｙｓｅｔ一—１； 图３键盘与ＬＥＤ电路框图 ｉｆ（（ｇｅｔｋｅｙｓｅｔ一一１）＆＆（（ｎｅｘｔＴｅｍｐ＆ —电路框图中包括，９８Ｃ２０５１，两片移位寄存器 ７４ＨＣ１６４，用作对键盘和数码管的扫描，８个９０１２ ０ｘｌｃ）！一０ｘ０ｃ））／／该段代码实现按键松下后才算一次 按键作用 ｛ ｇｅｔ—接５Ｖ电源用作对数码管的驱动。８９Ｃ２Ｏ５１通过串 口接收每个数码管要显示的数据。同时将扫描到 的按键，进行编码后，通过串口发送到Ｓ３ＣＡ４ＢＯＸ。 ｋｅｙｓｅｔ一０； ｓｅｎｄｋｅｙｎｕｍ（）；／／通过串口发送按键编码 ２．３数码管与键盘扫描的实现方法 ） 源代码是扫描第一个按钮和点亮第一个数码 管。第一个数码管的片选引脚和第一个按键一端 的引脚都连接在第一个７４ＨＣ１６４出来的第一个 引脚。当Ｐ３．７置高电平，让７４ＨＣ１６４出来的第 一２．４ ＣＡＮ通讯模块 Ｓ３Ｃ４４Ｂ０Ｘ芯片含有ＳＰＩ接口，基于此，选用 ＭＩＣＲＯＣＨＩＰ的ＭＣＰ２５ｌＯ控制器、ＣＡＮ驱动器 ＰＨＩＬＩＰＨＳ的ＴＪＡ１Ｏ５Ｏ。ＭＣＰ２５ｌＯ是一种带有 路得到高电平，与其相连的９０１３与地接通，那 的）。并且如果此时按下第一个按键，Ｐ３．４（Ｐ３．４ 串行外围接口ＳＰＩ的独立ＣＡＮ控制器，它支持 ＣＡＮ技术规范Ｖ２．０Ａ／Ｂ；并能够发送的接收标 么第一个数码管就被选中（数码管选用共阴极 准的和扩展的信息帧，同时具有接收滤波和信息 管理的功能。ＭＣＰ２５ｌＯ通过ＳＰＩ接口与ＭＣＵ 与第一个按键相连）得到低电平，就扫描到这个按 键按下。 Ｐ１—０ＸＦＦ： 进行数据传输，最高数据传输速率可达５ Ｍｂ／ｓ。 Ｓ３Ｃ４４ＢＯＸ可通过ＭＣＰ２５ｌｏ与ＣＡＮ总线上的 ＤＯＵＴ一１：／／ＤＯＵＴ—Ｐ３‘７ ＣＬＫ一１；／／ＣＬＩ—Ｐ３ ８ 其它ＭＣＵ单元通讯见图４。ＭＣＰ２５１０有配置、 Ｕｌ １６ ／ＣＳ ＶＤＤ３３立 Ｖｄｄ 一Ｃｌ ＳＩＯＲＸＤ５ ＳＯ ＴｏＴＸＤ４ ＳＩ ＩＯＣＬＫ１３ ＳＣＫ ４ Ｖｓｓ 一／ＲＥＳＥＴ ／ＩＮＴ 】 Ｔ１２ Ｉ ｎ一］广 ．一．＿ＪＬ ＿＿１ Ｉ－ Ｒ４ ００Ｋ Ｕ２ ：：：ｍｊ·ｕ） ｚ’ －］ｊ。。 ５ ／，ＴｒＸＯ）（１ＲＴＴＲＳＳ ０Ｓ ＯＳＣ２Ｃ１ 寺一６ 厂ｒＸ２ＲＴＳ Ｃ ＯＵＴ ３ 。。。 。。。。—— １１ ，ＲＸ０ＢＦ ＴＸＣＡＮ ｌ １０ 依ＸｌＢＦ ＲＸＣｌＡＮ ２ ｌ Ｃ２ 一 ＩＩ ３３ｐｆ Ｉ 一 １ ＴＸＤ ８ Ｖｃｃ ＲＳ ＣＡＮＨ ＲＸＤ Ｖｒｅｆ ＣＡＮＬ ＧＮＤ ４ ５ ＴＪＡ１０５０ ２ 图４ ＣＡＮ通讯接口电路图 １１４ 维普资讯 http://www.cqvip.com 基于ＣＡＮ总线的船舶智能控制系统设计——车海宁 正常、睡眠、监听、反馈等五种工作模式，内含三个 发送缓冲器、两个接收缓冲器，同时还具有灵活的 中断管理能力，这些特点使得Ｓ３Ｃ４４ＢＯＸ对ＣＡＮ 总线的操作变得非常简便。 Ｓ３Ｃ４４ＢＯＸ通过ＳＰＩ接口与ＭＣＰ２５１０相连 续地址寄存器中的数据。通过拉高ＣＳ引脚电平 可以结束操作。写操作时，置ＣＳ引脚为低电平 启动写操作。启动写指令后，地址码以及至少一 个字节的数据被依次发送到ＭＣＰ２５１０。只要 ＣＳ保持低电平，就可以对连续地址寄存器进行顺 序写操作。在ＳＣＫ引线上的上升沿，数据字节将 从ＤＯ位开始依次被写入。如果ＣＳ引脚在字节 并对其进行控制。ＭＣＰ２５１０的控制见表１。 表１ 命令 格式 定义 设置内部寄存器默认状态，并 将器件设定为配置模式 读取００００ ００１１ 从选定的寄存器的地址开始读 取数据 写入００００ ００１０ 向选定的寄存器的地址开始写 入数据 发送请求 １０００ ０ｎｎｎ 设置一个或者多个发送请求 位，发送缓冲区的数据 读取状态 １Ｏ１０ ００００ 轮流检测发送或者接收的状态 修改位 ００００ ０１０１ 按位修改寄存器 ２．５读取和写入时序说明 ｝｛ Ｉｈ—ｌｎｓｔｒｕｅｔｌ ｏｎ—·ｈ一 ｄｄｒｅ ｓｓ ｂｙｔ÷－．ｈ—ｄ ｔ ｂｙｔｅ— ｓ ！！！！ 姻阳 ∞＠Ｉ④∞ ｉｎ￣ｔｒｕｅｔｉ ｏｎ—·Ｉ ￣ｄｄｒｅｘｓ ｂｙｔ ｓＩ ０ ０ ０ ０ ０／，１ ７Ｘ６Ｘ５Ｘ４）ｆ３Ｘ２Ｙ１Ｙ０Ｙ ｄｏｎ’ｔ ｃａｒｅ ｂ）ＳＰＩ读时序图 图５ ＭＣＰ２５１０读、写时序图 如图５所示，在读操作开始时，ＣＳ引脚将被 置为低电平。随后读指令和８位地址码（Ａ７至 Ａ０）将被依次送ＭＣＰ２５１０。在接收到读指令和 地址码之后，ＭＣＰ２５１０指定地址寄存器中的数 据将被移出通过ＳＯ引脚进行发送。每一数据字 节移出后，器件内部的地址指针将自动加一以指 向下一地址。因此可以对下一个连续地址寄存器 进行读操作。通过该方法可以顺序读取任意个连 的８位数据尚未发送完之前跳变到高电平，该字 节的写操作将被中止，而之前发送的字节已经写 入。 ３ 与服务器通讯 通过一块ＲＳ２３２一ＣＡＮ的控制卡与服务器相 连接，这样就组成了ＣＡＮ控制的局域网。在服 务器上通过ＶＣ＋ＰＣＯＭＭ控件实现对ＣＡＮ转 换卡的控制。由于数据量大，而且实时性要求高， 所以采用两个线程。一个线程负责串口数据的接 收和相应的数据处理，将处理后的数据送到数学 模型中计算得到结果，即要发送的数据，保存到一 个全局链表中；另外一个线程专门负责数据的发 送。 ４ 结论 系统采用了总线拓扑结构，在实际应用中不 但节约了大量的导线，更重要的是方便了布线，能 在较短的时间里安装调试完毕，非常适用于在航 船舶；作为设备级网络，ＣＡＮ所具有的一些良好 性能，使其能够满足船舶实时通信的要求，ＣＡＮ 网络在船舶的应用也为船舶综合通信系统的设计 提供了一种新的方法。 参考文献 ［１］蒋健文．ＣＡＮ总线测控节点智能核心的研究［Ｊ］．盐 城工学院学报，２０００，１３（３）：１１－１３． ［２］满庆丰．现场总线技术的应用及发展［Ｊ］．石油化工建 设，２００６（３）：２２—２３． ［３］张端阳，郑华耀，黄学武．ＣＡＮ总线在嵌入式船舶仿 真系统中的应用［Ｊ］．系统仿真技术，２００６（２）：１０８— １１１． ［４］吴团结．基于ＣＡＮ总线技术的舰船动力系统综合控 制［Ｊ］．中国舰船研究，２００６（２）：７０—７４． ［５］邬宽明．ＣＡＮ总线原理和应用系统设计［Ｍ］．北京： 北京航空航天大学出版社，１９９６：２４０—２５５． １１５
