CAN总线隔离器的设计与应用
CAN(Controller Area Network)，即控制器局域网，是应用最广泛的现场总线之一，CAN总线以其实时性强，可靠性高，结构简单，互操作性好，价格低廉等优点，可应用于高速网络和低成本的线路网络。这里提出一种CAN总线隔离器的通讯系统，将其应用于某飞行器到地面的通讯网络，实现飞行器和地面的速度隔离，从而使飞行器和地面之间能够稳定实时通信。该系统设计在分析CAN总线2．0B协议的基础上，采用结构化方法独立设计飞行器和地面双方的通信协议。底层模块的硬件设计是以C8051F040高速型单片机为核心，其内部集成CAN协议控制器，因而只需增加CAN收发器就可实现CAN智能节点设计，比传统的由单片机与CAN协议控制器共同组成的CAN节点更简单，可靠，易操作。而CAN总线应用层协议由用户自行定义编写，使其更符合该系统设计要求。目前整个系统运行良好，性能稳定，通信冗余度好，符合工业现场使用要求。
2 基于C8051F040的CAN智能节点设计
图1是基于C8051F040的CAN总线硬件接口原理电路图。通过C8051F040内部所集成的CAN控制器，为了增强系统的抗十扰能力，在CAN控制器与TJA1040之间接入光电耦合器6N137，从而实现TJA1040与外界CAN通信。事实上，集成收发器TJA1040本身具有瞬间抗干扰能力，可保护总线，降低射频干扰，以实现热保护功能。因此，在干扰不严重的廊用场合，无需增加光电隔离，使得系统达到最大通信速率或距离。如果使用光电隔离器，应尽量选用高速光电隔离器，以减少CAN总线有效回路信号传输的延时时间。由于CAN隔离器需通过CAN总线采集输入输出模块的数据信息，干扰较大，为了系统的稳定可靠性，需加光电隔离器。通过CAN2．0B兼容CAN2．0A协议的连接通讯测试，光电耦合器6N137上升时间为30 ns(典型值)，隔离电压为3 000 V，其支持最大频率值超过30 MHz。
账 为实现系统的稳定可靠性，该系统设计采用冗余设计，利用双通道光耦HCPL2631隔离并产生控制信号，控制两个单刀双掷开关MAX4635，从而实现CAN智能节点的切换。
3 CAN总线隔离器设计
该系统设计的CAN总线隔离主要由发送和接收两部分组成。发送和接收部分都由数据指令配置、数据处理和数据传输3个单元组成，如图2所示。其中发送部分：上位机指令配置完后，通过FPGA传输给单片机，单片机利用自身所带的CAN总线，经隔离处理后到达总线驱动器，然后通过CAN总线输出数据。而接收部分正好相反。该系统设计将飞行器速度设置为500 kHz，地面速度设置为50 km／s，从而更好模拟飞行器和地面的通信。
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