摘要：介紹了iCAN現(xiàn)場總線協(xié)議的特點，對基于iCAN分布式超級電容監(jiān)測系統(tǒng)的硬件平臺和軟件流程作了說明。 關(guān)鍵詞：iCAN現(xiàn)場總線；超級電容監(jiān)測 　　超級電容監(jiān)測系統(tǒng)是電容電車的一項關(guān)鍵技術(shù)。超級電容監(jiān)測系統(tǒng)可實時監(jiān)測超級電容狀態(tài)，如電壓、充放電電流、使用溫度等；預(yù)測超級電容內(nèi)阻、容量，防止過充過放，從而達(dá)到提升超級電容使用性能和壽命，提高超級電容電車的可靠性和安全性的目的。 　　本設(shè)計以NXPARM為主體，構(gòu)建超級電容監(jiān)測系統(tǒng)的硬件平臺，并在ARM內(nèi)部嵌入式C／OS—lI實時操作系統(tǒng)，構(gòu)成基于iCAN分布式超級電容監(jiān)測系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和實時響應(yīng)能力，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和可移植性。 [b]1 iCAN協(xié)議介紹 [/b]　　iCAN協(xié)議是廣州致遠(yuǎn)電子有限公司自主研發(fā)的基于CAN—bus的應(yīng)用層協(xié)議。它為工業(yè)控制領(lǐng)域提供了一種易于構(gòu)建的CAN—bus網(wǎng)絡(luò)，為工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備（傳感器、儀表等）與管理設(shè)備（工控機(jī)、PLC等）之間的連接提供了一種低成本的解決方案。iCAN協(xié)議詳細(xì)的定義了CAN報文中ID以及數(shù)據(jù)的分配和應(yīng)用，并定義了設(shè)備的l／O資源和訪問規(guī)則。iCAN協(xié)議通訊層結(jié)構(gòu)如圖1所示。iCAN協(xié)議規(guī)范主要描述了以下的內(nèi)容： 　　iCAN報文格式定義：規(guī)定了ICAN協(xié)議中使用的CAN幀類型、以及幀ID、報文數(shù)據(jù)的使用等；報文傳輸協(xié)議：規(guī)定了基于iCAN協(xié)議的設(shè)備之間的通訊方式； 　　設(shè)備的定義：設(shè)備標(biāo)識、設(shè)備應(yīng)用單元、設(shè)備通訊以及應(yīng)用參數(shù)以及定義標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備類型，區(qū)分網(wǎng)絡(luò)上設(shè)備具有的不同功能或者產(chǎn)品類型； 　　網(wǎng)絡(luò)管理：規(guī)定了設(shè)備通訊監(jiān)控以及錯誤管理。 1．1iCAN協(xié)議網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 　　iCAN網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)符合CAN的高速標(biāo)準(zhǔn)[ISO99—2]規(guī)定，iCAN網(wǎng)絡(luò)最多支持64個節(jié)點，節(jié)點與網(wǎng)絡(luò)線纜之間用分支線連接。在實際應(yīng)用時要求網(wǎng)絡(luò)中的分支線盡可能短，在1Mbps速率下，分支線最長為0．3m，在速率較低的情況下，分 支線可以延長。iCAN網(wǎng)絡(luò)最大的通訊距離與網(wǎng)絡(luò)中的通訊速率相關(guān)，下面表格1為iCAN網(wǎng)絡(luò)中位速率和最大總線長度之間的關(guān)系。 1-2iCAN網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的編址 　　在iCAN協(xié)議規(guī)范中，對于網(wǎng)絡(luò)中的任何一個節(jié)點均有一個唯一的標(biāo)識值MACID，用于區(qū)分網(wǎng)絡(luò)中不同的設(shè)備。MACID的數(shù)值范圍定義見下表2。 　　在iCAN網(wǎng)絡(luò)中每一個節(jié)點均有特定的MACID，因此在ICAN網(wǎng)絡(luò)中不同節(jié)點之間的數(shù)據(jù)交換是基于對節(jié)點的尋址實現(xiàn)的。在CAN網(wǎng)絡(luò)中，通過報文的標(biāo)識符進(jìn)行信息的區(qū)分，因此可以通過報文的各種標(biāo)示符分配來達(dá)到建立信息的連接目的。在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)腃AN數(shù)據(jù)幀包含了目的地以及節(jié)點的源地址。因此，每個幀都是發(fā)往一個指定的節(jié)點或一組節(jié)點，網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點通過判斷網(wǎng)絡(luò)報文中的節(jié)點地址，決定是否對報文進(jìn)行處理。此外iCAN協(xié)議還保留了特定的地址對一組節(jié)點或所有節(jié)點（廣播）進(jìn)行尋址并進(jìn)行幀傳輸。而iCAN協(xié)議基于節(jié)點尋址的通訊方式是通過連接和確認(rèn)的數(shù)據(jù)通訊的基礎(chǔ)。 1．3iCAN是基于連接的通訊協(xié)議 　　基于iCAN協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)為主從式的網(wǎng)絡(luò)。在iCAN網(wǎng)絡(luò)中通常有一個主控設(shè)備，具有管理網(wǎng)絡(luò)上其他的設(shè)備，并監(jiān)控整個網(wǎng)絡(luò)的功能。各從設(shè)備之間并不能夠進(jìn)行通訊。iCAN網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備之間的通訊是基于連接的，溝通主站設(shè)備和從站設(shè)備。在iCAN網(wǎng)絡(luò)中，主控設(shè)備和從設(shè)備之間的通訊并不能夠隨機(jī)進(jìn)行。主控設(shè)備和從設(shè)備之間必須首先建立一個通訊連接。建立連接后，主控設(shè)備才能夠與從設(shè)備進(jìn)行通訊。 2 硬件結(jié)構(gòu) 2．1系統(tǒng)總結(jié)構(gòu) 　　該系統(tǒng)（圖2）用于檢測超級電容器組內(nèi)每個電容的工作電壓，以及電容組的總電壓、總電流，并通過符合SAEJ1939協(xié)議的CAN總線與整車儀表系統(tǒng)連接。系統(tǒng)由監(jiān)控系統(tǒng)主節(jié)點（以下簡稱主節(jié)點）、電容檢測子節(jié)點（以下簡稱子節(jié)點）、LCD診斷儀和CAN總線網(wǎng)絡(luò)組成。系統(tǒng)由1個主節(jié)點和27個子節(jié)點組成。 　　每個子節(jié)點與主節(jié)點iCAN網(wǎng)絡(luò)通訊，可檢測18個電容的電壓，檢測電壓范圍0N5V，誤差<10mY；每個子節(jié)點均有1路溫度輸入用于檢測電池表面溫度，范圍0—100～C，誤差<1～C；主節(jié)點具有SAEJ1939協(xié)議CAN總線接口；支持320x240單色液晶屏診斷儀，用于顯示系統(tǒng)工作狀態(tài)、輸入報警門限參數(shù)；2路繼電器于接點輸出，可驅(qū)動2個風(fēng)機(jī)；總電壓測量接口，可外接NCV1—1O00V電壓傳感器測量（0-650V，+5V）直流電壓；總電流測量接口，輸入電流0～120mA，可外接NT300-S電流傳感器測量（額定電流300～3A，最大測量范圍±3O0A）直流電流；系統(tǒng)供電：DC24V/2A。 　　智能監(jiān)控子節(jié)點以LPC2119為控制器，外圍模塊包括：溫度測量模塊、電壓測量模塊、節(jié)點地址選擇，LPC2119內(nèi)置CAN接口模塊。電壓測量模塊將串連電容的各節(jié)電池端電壓經(jīng)模擬開關(guān)分別引入分壓電路進(jìn)行處理，再經(jīng)電壓跟隨器進(jìn)行阻抗變換后送入ADC的差分輸入端，轉(zhuǎn)換后的電壓數(shù)字量輸出經(jīng)隔離后到單片機(jī)的Pl口。溫度測量模塊溫度測量模塊采用美國DALLAS公司推出的DS18S20系列單線數(shù)字溫度計，只需要一根導(dǎo)線就可將單片機(jī)和DS18S20連接起來。為充分利用LPC2119的接口資源，均采用串行接口器件，這樣就減小了電路體積，降低了電路的硬件成本。 　　主節(jié)點以LPC2368為控制器，LPC2368使用了一個高性能的32位ARM7內(nèi)核，可以在高達(dá)72MHz的頻率下操作。每個器件都含有高達(dá)512KB的片內(nèi)Flash和58KB的片內(nèi)SRAM存儲器。包含1個10／100EthernetMAC接口、1個USB2．0全速（12Mbps）設(shè)備、2路CAN2．0B通道、1個通用DMA控制器、1個10位的A／D轉(zhuǎn)換器和1個10位的D／A轉(zhuǎn)換器。外圍模塊包括：總電壓檢測模塊、總電流檢測模塊、輸出繼電器模塊、電源隔離模塊等。二路CAN接口模塊LPC2368內(nèi)置，實現(xiàn)iCAN、J1939通訊。本設(shè)計利用LPC2368的lAP功能，將配置參數(shù)保存在片內(nèi)Flash中。 3軟件設(shè)計 3．1開發(fā)軟件 　　致遠(yuǎn)電子為用戶提供專用的開發(fā)工程模板，簡化了軟件開發(fā)過程。工控模塊中固化了文件系統(tǒng)、TCP／IP協(xié)議棧、USB協(xié)議棧、iCAN庫、基礎(chǔ)驅(qū)動庫以及iC／OS—Il操作系統(tǒng)等，用戶不需對IC／OS—ll內(nèi)核進(jìn)行配置，只能使用已設(shè)置好的配置信息。主要的軟件開發(fā)工具為ADSv1．2，ARMADS全稱為ARMDeveloperSuite。是ARM公司推出的新一代ARM集成開發(fā)工具。ADS由命令行開發(fā)工具，ARM時實庫，GUI開發(fā)環(huán)境（CodeWarrior和AXD），實用程序和支持軟件組成。有了這些部件，用戶就可以為ARM系列的RISC處理器編寫和調(diào)試自己的開發(fā)應(yīng)用程序了。該ADS軟件自身帶有AXD調(diào)試器軟件，支持查看正在運(yùn)行的可執(zhí)行代碼的變量和斷點的控制等調(diào)試操作，方便的調(diào)試目標(biāo)程序，提高程序開發(fā)效率。 3-2軟件流程圖 　　主節(jié)點：軟件設(shè)計采用模塊化編程，系統(tǒng)軟件主要分為主程序、數(shù)據(jù)采集（電壓、電流）處理程序、報警處理、J1939報文通訊、iCAN掃描通訊程序。主程序為系統(tǒng)控制程序，實現(xiàn)對系統(tǒng)進(jìn)處理數(shù)據(jù) 行初始化（包括系統(tǒng)自檢、讀取本節(jié)點地址、電容電壓種類）和各模塊軟件的總體調(diào)度。子節(jié)點：數(shù)據(jù)采集處理程序包括電壓采集和溫度采集。由于DS18S20的溫度轉(zhuǎn)換時間較長（750ms），所以每次采集先進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換、電壓采集，再進(jìn)行溫度的采集。溫度轉(zhuǎn)換和電壓采集同步進(jìn)行。每一輪采集后要將數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，判斷是否超過限定值。iCAN通信程序負(fù)責(zé)將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)圖4子節(jié)點軟件流程圈送到CAN控制器，再由CAN控制器負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)發(fā)送到CAN總線。主要的子程序有：CAN初始化、CAN發(fā)送、CAN接收、ADC子程序，DS18S20的復(fù)位、啟動等。 4 硬件抗干擾措施 　　電容監(jiān)測系統(tǒng)作為整車的一部分，經(jīng)常受到各種電磁干擾。其實際的工作環(huán)境是比較惡劣的，有必要在硬件設(shè)計上采取一定的抗干擾措施。 　　1）抑制干擾源。電動汽車上電機(jī)設(shè)備中的IGBT和功率二極管工作時，會產(chǎn)生很強(qiáng)的電磁干擾，應(yīng)加強(qiáng)屏蔽。 　　2）隔離供電。電容監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計中采用若干DC／DC變換模塊，提供穩(wěn)定的隔離電源，對不同子系統(tǒng)分別供電，可以有效地消除電源干擾和共地產(chǎn)生的干擾。 　　3）光電隔離。在電容監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計中，采用光電耦合器將外部通信接13（CAN通信、RS232通信）與內(nèi)部CPU電路隔離開來，阻止電路性耦合產(chǎn)生的電磁干擾。 5 結(jié)束語 　　基于iCAN分布式電容監(jiān)測系統(tǒng)智能化程度高、測量準(zhǔn)確、能及時發(fā)現(xiàn)超級電容組存在的早期故障，已成功應(yīng)于我公司超級電容公交車上。 [b]參考文獻(xiàn)： [/b][1]周立功．iCAN現(xiàn)場總線原理與應(yīng)用[M]．北京：北京航空航天大學(xué)出版社．2007 點擊下載：基于iCAN協(xié)議分布式超級電容監(jiān)測系統(tǒng) 編輯：陳東