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1、摘 要CAN(控制器局域网总线的简称)是英文Controller Area Network的首字母组合而成的，它是现场总线的一种,它与我们常见的USB总线属于一类概念，只不过CAN总线采用差分信号传输，有很强的错误检测能力，通信距离远，因此被用到一些特殊的场合，比如汽车，厂矿等干扰较强的地方。同时广泛用于工业生产中的设备与设备之间的连接，伴随着工业水平的不断提高，自动化程度不断提高，对网络化和模块分布化的要求也越高。本文通过在CAN总线中增加一个内嵌GPRS通讯模块的CAN总线节点的方法来实现基于GPRS无线网络的CAN总线远程监控的目的，利用GPRS的技术特点和网络优势,运用TCP/IP协议
2、,实现了CAN总线IP协议和无线报文的相互转换并使用互联网或无线GPRS网传递CAN总线所要传达的报文信息,更加深刻的诠释了现场总线和实现了现场总线CAN,致力于对各种CAN总线进行远程集中监控,统一管理的实现。降低整个系统的维护运行成本,提高整个系统的运行效率,使其可以满足控制方式的多样性和灵活性。由于自动化技术在工矿企业的广泛运用, 在国内外领域潜孔钻基本都也是运用CAN总线控制运用CAN总线无线技术，突破传统线路的局限，将传统的长长的电缆线切掉，用无线数据模块传输和接受分析传输数据实现潜钻孔无线控制爆破，降低施工的危险系数，同时增加可控性和远程控制，突破传统的多线路复杂的控制模式。关键词
3、 CAN总线，GPRS，远程控制，潜孔钻 ABSTRACTCAN Controller (Controller local Area Network bus for short) is English Area of the initials of the Network, it is a kind of field bus, it belongs to the category concept, and our common USB bus just CAN bus adopts the differential signal transmission, have strong abilit
4、y of error detection, communication distance, therefore is used in some special occasions, such as cars, factories and mines, such as interfering with the strong place. At the same time, widely used in industrial production of the connection between the devices and equipment, with industrial level u
5、nceasing enhancement, the improve degree of automation, requirements of the distribution network and module also is higher. In this paper, through adding an embedded in CAN bus of the GPRS communication module of CAN bus node method to realize remote monitoring based on GPRS wireless network of CAN
6、bus, the purpose of using the GPRS technology characteristic and network advantages, using TCP/IP protocol, IP protocol implements the CAN bus and wireless message transformation and using the Internet or by wireless GPRS network transmission CAN bus to convey the message information, a more profoun
7、d interpretation of field bus and the CAN fieldbus, commitment to the remote centralized monitoring of CAN bus, the implementation of unified management, reduce the maintenance costs of the whole system, improve the running efficiency of the whole system, make its CAN satisfy the diversity and flexi
8、bility of control mode.As automation technology is widely applied in industrial and mining enterprises, the basic is the use of CAN bus control using CAN bus wireless technology in domestic and foreign field drilling hole, break through the traditional lines of the limitations, the traditional long
9、cable cut off, with wireless data module for transmitting and receiving wireless control achieve drilling blasting transmission data analysis, risk reduction coefficient construction, at the same time increase controllability and remote control, control model of multiple line break the traditional c
10、omplex.Key words Can bus, remote control, GPRS, DTH Drill目 录摘 要IABSTRACTII1 绪论31.1无线CAN总线系统概况31.1.1 无线CAN总线概况31.1.2 无线CAN总线目前发展趋势41.1.3 SIMBA H1254潜孔钻概况51.2本课题拟采用的研究手段（途径）和可行性分析51.2.1 无线CAN总线在实际应用中的优点51.2.2 技术应用中存在的问题分析及解决方案51.2.3 具体实施可行性分析62 无线CAN总线总体结构设计72.1系统总体框图设计72.2CAN总线系统软件设计72.2.1 CAN总线主控机节点
11、设计72.2.2 CAN通信模块设计82.2.3 显示模块设计92.3无线CAN总线系统的硬件配置102.3.1 无线CAN总线电源电路102.3.2 RS-232下载接口电路112.3.3 通信接口电路112.4nRF2401芯片的结构122.4.1 nRF2401芯片结构及引脚说明122.4.2 nRF2401工作模式142.4.3 nRF2401硬件电路设计163 系统软件结构设计173.1系统软件设计173.1.1 系统软件总体设计框图173.1.2 无线服务端设计173.2无线CAN总线协议设计193.2.1 网络通信规则及自定协议193.2.2 CAN总线节点193.2.3 发送接
12、收报文203.3 nRF2401系统设计213.3.1 nRF2401初始配置213.3.2 nRF2401发送和接收数据223.3.3 ID设别系统设计233.4无线CAN总线在1254潜孔钻中系统功能的实现243.4.1 整体设计方案243.4.2 H1254控制台的供电设计243.4.3 抗干扰的选择244 系统的调试结果及分析264.1显示模块调试264.2CAN通信电路264.3无线收发模块264.4整机调试27结论29参考文献30致谢311 绪论1.1无线CAN总线系统概况1.1.1 无线CAN总线概况由于自动化技术在工矿企业的广泛运用, 在国内外领域潜孔钻基本都也是运用CAN总线
13、控制运用CAN总线无线技术，突破传统线路的局限，将传统的长长的电缆线切掉，用无线数据模块传输和接受分析传输数据实现潜钻孔无线控制爆破，降低施工的危险系数，同时增加可控性和远程控制，突破传统的多线路复杂的控制模式。伴随着人类社会的科学技术的深刻变革，计算机科学以其独特的姿态引领着时代的发展和它的4C技术(CRT显示技术、自动控制技术、计算机技术、通讯技术)逐渐的影响和改变了人类生活和生产的方方面面,同时导致了自动控制系统结构和其他方面的优化和升级，逐渐形成了以网络为主导地位和以自动控制为基础的控制系统。CAN现场总线就是在这样的大潮流形势下发展起来的，随着现场总线技术的不断发展和世界很多大公司连
14、续的技术投入，而现场总线控制系统(field control system)在数据交换的实时性、准确性等方面取得了突破性的进展。CAN(Controller Area Network)控制器局域网是80年代最早提出一类网络串行数据通信协议，录属于工业现场总线的范畴。总的来说，现场总线CAN是一种多主总线，它可以通过双绞线、光导纤维和同轴电缆来传递信号，它的最大通信距离可高达10km，是很多通信方式所不能达到的，最流畅的高速率通信可达1Mb/s；CAN总线接口通过对数据链路层和物理层实现CAN总线的功能和CAN协议，同时完成对数据的成帧处理，其中包括数据块编码、优先级的判别、位填充、冗余的循环检
15、验等多项工作；为了保证数据传递的有效性与可靠性，我们一般采用CRC检验的方法来完成处理其中出现的错误；通常采取把CAN总线网络的节点信息分成不同的优先级，以致于满足不同的实时要求；同时可以对无线CAN运用短帧的通信方式，我们在设计时应满足状态数据和工业领域控制命令的要求，所以每帧的数据字节数最多为8个。与此同时，短帧的8个数据字节不会因为长时间占用总线而出现拥挤现象，确保了通信的有效性和实时性；无线CAN在仲裁技术方面采用优先级判别法，所以总线处理冲突的时间明显减少，大大的节省了时间。所以就算网络负载过重的情况下也不会出现数据堵塞的现象。同其他的通信总线相比，CAN 总线的数据通信具有更明显的
16、灵活性、实时性和可靠性。正是由于CAN总线在生活生产应用方面具有的这些优点，所以它在我们日常生活中越来越被人们所重视，曾被人们公认为21世纪最具有发展前景的4 种现场总线之一。它最早运用于汽车工业，随着CAN总线技术的不断发展，其运用领域也得到不断的扩展，如今，在机器人、数控机床、自动化仪表、航空工业等领域，都能看到CAN的影子。1.1.2 无线CAN总线目前发展趋势CAN总线是德国BOSCH公司从80年代初为解决现代汽车中众多的控制与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，随着计算机科学技术革命的发生，软件、硬件和小规模集成电路飞速的发展,同时人们对于电子产品、工业应用、汽车、计
17、算机外设等的消费需求不断增加。为高可靠、高速、高效率、低能耗和低成本的通信媒体提出了更高的要求。现场总线CAN已变成当今自动控制领域技术发展的热宠之一,同时对无线CAN提出了更高的要求，发展无线CAN也成为当下值得我们去研究的话题，实现远距离传输数据和远距离无线控制对我们当今生活生产领域影响颇深。因为愈来愈多的不同领域采用和推广CAN总线，所以对各种应用领域通信报文的标准化提出了要求。因此，飞利浦公司在1991年 9月制订并发布了CAN2.0技术规范。这个技术规范有以下两个部分A和B。2.0A重新定义了以前在CAN技术规范版本1.2中使用的CAN报文格式，能提供11位地址；而2.0B给出了两种
18、报文格式的标准的和扩展，提供29位地址。它的出现为控制器网络的标准化提供了良好的契机，为CAN的发展提供了更多的机会，CAN已经能运用于包括控制器区域网(CAN)和本地互连网(LIN)等网络系统中。但是他们在物理接口以及速度方面提出的通信方法和要求与我们日常所学上所了解的都有所不同。控制器局部网CAN是在适应在计算机数据传输领域内,长期以来使用的通信标准,但是无法在需要使用量的传感器和大规模的环境中使用和控制器的复杂形势和需求下发展起来的。 由于电子技术的发展和汽车电子的需求,消费者对于汽车上各种功能的使用频率和要求越来越多,汽车内部的各个电控单元不断增多,电控单元之间信息交换的需求增加,使得
19、电子装置之间的通讯越来越复杂,由于传感器在车身里面分布比较广泛，“总线”可以收到来自汽车的各种行驶数据，凡是需要这些数据的接收端都可以从“总线”上读取需要的信息，这些数据不会指定唯一的接收者。CAN总线的传输速率非常快，可以达到每秒32bytes传输有效数据的速率，所以这样就确保了数据的准确性与实效性。无线CAN总线在减少不断出现的信号线路情况下应运而生，几乎所有的内部总线系统和外围器件都可以被无线总线控制。正应为无线CAN总线具有操作简单、实时性好、可靠性高、成本合理等优点,已经逐渐被应用于各种自动化程度较高的系统中如工业测控船舶、电力系统、楼宇监控、自动化、航天等其他领域中。1.1.3 S
20、IMBA H1254潜孔钻概况SIMBA H1254钻孔机是液压型钻孔机，这样对空压机的参数要求显著降低，只要求它提供足够的压力和排量的压缩空气即可。回转、推进、行走、摆幅均由机械内燃机提供动力，它配备小型凿岩装置可以实现钻凿光面、预裂、锚索孔等，也有动力钻凿生产孔，爆破孔。国外钻孔机相继出现一系列的新产品，如履带式，空压式等，在更高的程度上实现了自动化，智能化。GPRS应用于潜孔钻中，实现了臂架自动定位，节省了更多时间，提高了工作效率。而国内的潜孔钻发展历程相对来说比较晚，并且在初期钻孔直径和深度相对较小，从20世纪80年代开始研制大孔径钻孔用于工业生产中。我国的浅钻孔发展相对比较缓慢，大多
21、以仿制为主，自身创新技术还相对落后于其他发达国家。在本课题研究中H1254原机车与控制台间有约70根信号线，分两根电缆传输，由于机车在工作过程中常移动，传输电缆会在地面拖动，不仅导致移动不方便，还容易出现磨损。针对这些情况，本设计将机车与控制台间信号的传输方式改为无线传输，操作更方便，延长了设备的使用寿命，并提高了设备的工作效率，同时还为安全生产提供了有力保障。1.2本课题拟采用的研究手段（途径）和可行性分析1.2.1 无线CAN总线在实际应用中的优点CAN具有的属性：1）报文具有优先权；2）延迟时间较短；3）设置灵活；4）多点接收和时间同步；5）系统内数据的一致性（System Wide D
22、ata Consistency）；6）多主机（对等）；7）错误检测与错误标定；8）只要总线处于空闲，被破坏的报文可以被再次输入；1.2.2 技术应用中存在的问题分析及解决方案整个题目涉及方面较广，所有资料全由书籍查阅和网上收集得来，可能遇到的困难是资料收集不全面，或者查阅的资料不够前沿，导致做出的设计不完整或者时效性差，对自动化系统的总体设计布局，区域规划设计总体思路不够清晰；还有就是在设计的时候难免会缺乏实地的参观考察，导致设计的整体构思不够完善，或者不够科学，致使设计结构不够清晰，以至于达不到要求较高的设计水平。所以我尽量多方位查找资料，做到准备充分，整合和借鉴多方面知识，完成论文的设计。
23、1.2.3 具体实施可行性分析在无线通信中，数据是以包的形式传输的，因此每次传输的不是一个数据字节，而是一串数据，由于无线通信的复杂性和不可预知性，为了确保数据的完整性和正确性，需要在数据传输过程中使用一种机制或约定，即通信协议。在通信协议中，可以加入各路信号数据间的间隔标志字以及传输完全部信号后的结束标志字和ID辨别系统以免辨别到其他的无关无线信息，这样在接收端，可以有效地区分开各路信号。为了保证各路数据传输的正确性，可以在各路信号数据的包中加入一些校验，如CRC校验码。通过选择合适的通信协议和校验算法能保证在接收端可靠地恢复出发送端的各信号。基于远程监控控制系统工作流程如下：检测无线信号，
24、接收数据并分析数据，进入CAN总线分析处理，用控制设备发送处理数据，无线发送数据进入机车端，机车端接收并响应数据并控制爆破。 硬件设计：系统硬件部分设计将采用模块化设计方法，根据预实现的功能不同，将系统划分为多个模块，如：电源电路、无线探测传感电路、稳压电路、无线控制系统、无线数据接收、无线数据分析、无线数据传输等。软件设计：为实现对无线CAN总线的自动控制,必须妥善设计控制算法.建立无线被控制对象的数学模型。抗干扰措施：干扰系统总的分为设备内干扰和外干扰，内干扰为收发干扰，邻道干扰。外干扰为多径干扰，多用户干扰，环境干扰和电台干扰。解决好这些干扰因素，需从硬件软件两部分入手，硬件部分对发射器
25、配置和频段有明确规定，不要形成多频段多覆盖的串频行为。软件部分加入ID辨别系统有效的降低干扰。2 无线CAN总线总体结构设计2.1系统总体框图设计根据设计任务要求，系统由一个主控机和一个CAN节点执行器组成，它们的两端都连在双绞线上，构成一个局部通信的CAN总线通信网络，CAN总线通信网络的主体结构由无线收发系统的收发器nRF2401构成，nRF2401实现了无线数据的接收和发送并与另一个控制中心一并组成无线数据通信网络，该系统的最重要的任务是实现CAN总线无线通信网络的通信以及内部局域网通信。其系统总体结构框图发图2.1所示图2.1 系统总体框图2.2CAN总线系统软件设计2.2.1 CAN
26、总线主控机节点设计CAN总线主控机系统由单片机最小系统、CAN总线通信接口、实时显示、人机接口模块和串口通信下载模块及无线通信模块组成。CAN总线通信接口通过双绞线收发数据，实现和执行器的连通。结构框图如图2.2.1所示：本主控机负责与无线通信网络进行数据传输，同时也是CAN总线网络中的一个节点，在整个系统中起着主导作用，无线通信模块采用2.4G的nRF2401通信芯片，而无线CAN总线通信模块，正好采用SJA1000和PCA82C250,通过单片机控制，实现了各个节点之间的信息的传递。2.2.2 CAN通信模块设计无线CAN总线的核心技术是通信模块的设计,也是本次论文设计的重点，它起到联系主
27、控机和执行器之间进行数据交换传递的重要作用。一个无线CAN总线节点由CAN总线控制器、单片机、总线驱动器和高速光电耦合器共同组成，可以对它进行编程，所以我们常称它为智能节点，结构如图2-2-1所示，设计图中无线CAN通信模块运用了相对独立的无线CAN控制器，通过对控制器中编程写入数据来控制芯片的数据从缓冲区里发送出去，目标节点的功能就是把数据接收到数据接收缓冲区里，再通过单片机之间和CAN总线接口之间的数据总线，传输到单片机内进行数据处理。设计方案如图2.2.2所示。图2.2.1 图2.2.2 2.2.3 显示模块设计该显示器图2.2.3是由单片机控制的LCD1602显示器、1602液晶也叫1
28、602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以它不能很好地显示图形（用自定义CGRAM，显示效果也不好）。应用在工业控制过程或设备的显示器。单片机显示器特点是：1.集成的标准字库，可扩展的用户字库；可选择的操作模式；显示屏一览无余,快速清屏、地址自动增加；图形界面操作,提供单点、多点写功能；多控制器选择,可选配件触摸屏；低成本低功耗，高稳定性，适应MCU应用的串口TFT产品。其核心电路均采用大规模可编
29、程逻辑器件设计，全硬件实现，性能稳定可靠。采用简单的并行总线方式与51单片机、AVR、DSP、PIC、ARM等CPU直接连接，信号包括数据D7：0、地址A1：0、片选/CS、写/WR、读/RD。图2.2.3图2.2.3a1602运用了标准的16引脚如上图2.2.3a所示，其中：第1脚：VSS为电源地第2脚：VCC接5V电源正极第3脚：V0被成为液晶显示器对比度调整端，当它接入正电时对比度呈现为最弱，当它接地时相对对比度呈现最高（对比度呈现过高现象时会出现“鬼影”，所以我们经常在使用的时候接入一个10K的电位器来调整对比度）。第4脚：RS为选择寄存器，高电平1时系统将指定为数据寄存器、低电平0时
30、系统会指定为指令寄存器。第5脚：RW是系统读写信号线，低电平(0)时实现写操作，高电平(1)时实现读操作。第6脚：E(enable)端被称为使能端,高电平（1）时读取信息，负跳变时执行指令。第714脚：D0D7称为8位双向数据端。第1516脚：背灯电源或空脚。15脚背光负极，16脚背光正极。2.3无线CAN总线系统的硬件配置 2.3.1 无线CAN总线电源电路电源是整个系统的能量来源，它直接关系到系统能否运行。在本系统中需要用到5V和3.3V的电源，因此电路中需选用稳压芯片LM7805和AMS1117 3.3V稳压芯片；其LM7805最大输出电流为1.5A，能够满足系统的要求，电路如图2.3.
31、1所示。图2.3.1 电源电路2.3.2 RS-232下载接口电路RS-232通信接口电路原理图如图2.3.2所示：由于PC机的通信口为RS-232电平标准，而单片机则是TTL电平，所以要实现单片机与PC机串行通信，就需采用MAX232将TTL电平转换为RS-232电平。RS-232标准的传输速率只能达到20kb/s,最大传输距离15m。但这里基本能满足本次设计要求。该接口电路，方便设计中的程序调试，电路简单实用。图2.3.2 RS-232下载接口电路2.3.3 通信接口电路硬件电路设计图如图2.3.3所示图2.3.3 CAN通信接口硬件电路接线方式：STC89C52SJA1000内部已经有地
32、址锁存功能，所以它的地址/数据端可以和单片机的P0口直接连接。起控制作用的控制信号线ALE、RD、WR直接和89C52的相对的接口相连接。由于SJA1000是低电平复位，而AT89C52是通过高电平复位来实现控制，为了保证了CAN控制器复位的可靠性，同时可方便的复位，因此运用单片机其中的一个引脚直接产生复位信号并供给SJA1000。89C52的P2.7提供SJA1000的CS信号，当软件寻访SJA1000时，如果高位地址变成7FH，同时，INT接89C52的INT1，以中断方式接收数据则说明P2.7脚是输出低电平。为了实现系统的高可靠性，SJA1000和89C52都拥有各自相对独立的晶振电路。
33、SJA1000 的RX0和TX0分别同PCA82C250的RXD和TXD相连，82C250的CANL和CANH引脚分别连接了一个5的电阻连接在CAN总线上，有一定的限流功效，保证了82C250不会受到电流过高的冲击。CANL和CANH分别和地面之间并联了两个大小为30pF的小电容，对总线上的一定的防电磁辐射和高频干扰可以起到滤除的作用。同时，通过对两根CAN总线地之间和输入端分别连接一个防雷击二极管，当两地之间或输入端出现了瞬时干扰，可以透过防雷击管的放电作用可以并起到一定的防止击穿的效果。SJA1000 RX1在没有使用的情况下可做接地处理，连同时钟分频寄存器里面的CDR.6（CBP）的置位
34、功能可增加CAN总线的长度。同时需要说明的是在CAN 总线两端各自连接一个120的电阻来匹配总线阻抗，用来提高数据通信的可靠行和抗干扰性。但实际情况下我们仅需确保总线CAN网络中“CAN_L”和“CAN_H”间的跨接一个60的电阻就可以了。2.4nRF2401芯片的结构2.4.1 nRF2401芯片结构及引脚说明nRF2401总结构如图2.4.1所示，引脚如图2-4-2所示（最新版本为nRF2401A，nRF2401AG为无铅工艺版本）是由Nordic公司出品的单芯片无线收发芯片，工作于2.4GHz2.5GHz的全球免申请（ISM）频率。芯片包括一个完全集成的功率放大器, 调制器,频率合成器，
35、晶体振荡器。发射功率和工作频率等工作参数可以很容易的通过3线SPI端口完成。极低的电流消耗，在-5dBm的输出功率时仅为10.5mA，在接收模式时仅为18mA。掉电模式可以很容易的实现低功耗需求。nRF2401内置结构包括功率放大器、先入先出堆栈区、地址解码器、时钟处理器、GFSK滤波器、解调处理器、低噪声放大器等功能性模块，对外围设备原件需求比较少，所以在使用方面表现得比较方便。用QFN24对引脚进行封装，所以外形尺寸看起来比较小，大小仅有55mm。 图2.4.1 图2.4.22.4.2 nRF2401工作模式nRF2401的工作方式有四种：空闲模式、关机模式、配置模式与收发模式。nRF24
36、01工作方式由CE、PWR_UP、TX_EN 和CS这 三个引脚所决定，详见表2.4.2a所示。表2.4.2a其中收发模式分为Direct Mode和ShockBur st下文简称st。前者在片内对信号不加任何处理,与其他射频收发器相同。后者使用片内FIFO堆栈，数据从MCU低速送入，但高速发射，而且全部的高速信号即同射频协议有关的处理都发生在片内。例如，nRF2401在st接收和发送模式下自动处理CRC校验码与字头，在接收时自动把CRC校验码与包头移出；在发送数据时自动加上CRC校验码与字头。本文采用st TM收发模式,该模式系统具有编程简单，稳定性高等特点。st TM在配置字方面让nRF2
37、401可以辨别射频协议,当配置成功以后,在nRF2401运行过程中,仅仅需要改变它最后一个字节的内容即可,从而实现发送模式和接收模式之间相互转换。nRF2401的所有配置工作都是通过CS、CLK1和DATA三个引脚完成，把其设置为stTM收发模式需要最多15个字节调整配置字，而如把其调整成最直接收发模式仅仅要2个字节的调整配置字。我们通过对2401的了解， 2401在常规状态下工作在stTM数据收发模式，所以，对系统程序书写编译就显得相对简单一些，同时它的稳定性也变得更高，因此，我们将从下面看更多的去介绍如何配置2401为stTM数据收发模式情况下的配置办法。stTM它调整配置字就能让2401
38、可以处理射频协议，系统完成配置过后， 2401进入工作模式，仅仅需要转变它最低一个字节里面的内容，可以在发送模式与接收模式之间转换。stTM有以下几个方面：CRC：让2401可以生成CRC解码喝校验码。在用到2401片内的CRC技术的时候，要保证在配置字中CRC校验被使能系统辨别出来，同时接收与发送在同一种通信协议下进行。地址宽度：说明据包中的射频数地址所要占的位数。这样一来就使得2401能够区分数据和地址；地址：有通道1的地址和通道2的地址与接收数据的地址，；数据宽度：说明据包中射频数数据占用的位数。这使得2401能够接收数据包中的数据和CRC校验码；在系统配置情况下，必须保证PWR_UP引
39、脚设置为高电平，CE引脚设置为低电平。配置字从最高位开始，依次送入2401。在CS引脚的下降沿，新送入的配置字开始工作。2401在空闲模式的目的在于减小平均工作电流，它最显著的特点就是减少芯片的启动时间同时实现降低能耗的目的。当2401工作在空闲模式时，一些片内的晶振依旧在工作，这时侯外部晶振的频率来控制工作电流的大小，例如当外部晶振为16MHz时工作电流为32uA，外部晶振为4MHz时工作电流为12uA。当系统处于空闲状态情况下，2401片内依旧保存有配置字的内容。当系统处于关机状况时，为了获得较小的工作电流，这种时候一般大小小于1uA。系统的关机状态，2401片内保存了配置字的内容，所以说
40、这就是这种状态同断电状态最大的区别。2.4.3 nRF2401硬件电路设计硬件电路的互连是2401芯片和单片机的接口之间连接。接收端硬件和发送端的互连差不多一样,正是由于它有通用性,所以半双工通信就变得比较容易去实现。我们使用STC89C52单片机模块 ,成本低,控制简单,容易扩展。硬件电路如图2.4.3所示。需要注意的是，2401的供电电压范围为1.93.6V ,所以引脚直接与5V的I/O口相连，但为了使2401更好的工作，最好选择对其进行分压。 图2.4.3 2401硬件电路3 系统软件结构设计3.1系统软件设计3.1.1 系统软件总体设计框图为了满足本次设计的客观要求，系统软件的总设计图
41、形如下图3.1.1所示；图3.1.1 系统软件总体设计框图系统的组成由以下几个方面组成，无线CAN总线通信系统与无线服务端子，无线CAN总线通信系统，构成由3个节点,其中一个节点上接无线终端系统通信和无线收发器2401负责，其他2个节点构成由单片机无线CAN总线收发系统，无线服务终端由STC89C52与2401构成，目的在于在CAN总线通信网络中的随意一个节点上读取数据和发送数据。3.1.2 无线服务端设计其中无线服务终端和CAN通信系统的总体软件设计流程图分别如图3.1.2a图3.1.2b所示。图3.1.2a 无线服务终端软件设计流程图3.1.2b CAN总线主机软件设计流程3.2无线CAN
42、总线协议设计3.2.1 网络通信规则及自定协议无线CAN的工作方式方式为多主，通信方式灵活多变，主线网络上的任意一个节点都可以在特定时刻不分主从的主动向网络上其他节点发送信息。为了防止总线上通信冲突，无线CAN运用了在不破坏性与不影响总线通信基础上得仲裁技术，依据系统的需要把每个节点调整成不同的优先级，同时设置标识符的ID，当它的显示值较小时，优先级的等级就会高些。如果1个节点的响应需要另1个节点的数据时，总线之间的节点可以进行相互之间的通信，仅仅需要把它的代码寄存器里面的内容调整成与另1个节点的标识符一样就可以了。假如其代码寄存器的和标识符内容设置不一样，这样节点对所发的数据不予响应。接收报
43、文与发送报文两个部分可以实现无线CAN节点之间的相互通信，需要我们在应用制订本系统的通信协议的基础上对总线系统上面来实现。扩展帧格式是报文格式所采用的方法，最多的数据区里面有8字节，因此该程序里有13个13个接收缓冲变量单元RX_buffer13和发送缓冲变量单元TX_buffer13，系统中控制器SJA1000里的接收缓冲区和发送缓存区，根据对缓冲区的的相关规定：系统有一套自己的相关协议。主控机与执行器的通信数据（即报文设置）格式如下：TX_buffer0: 帧信息运用数据长度与帧格式来确定；TX_buffer14：分别为标识码1、2、3、4，作为节点的标识地址；TX_buffer5：本节点
44、地址；TX_buffer6：1代表请求对方发送数据，0表示向对方发送数据；TX_buffer7、TX_buffer8：发送数据低位、高位；TX_buffer9： 0：反馈数据,1：本节点数据；TX_buffer10：无线中断数据请求标志位1表示有，还有两位数据没用。3.2.2 CAN总线节点无线CAN系统的主要目的在于设置初始CAN的通信参数，其中要求初始化的无线CAN控制寄存器有：接收代码寄存器、模式寄存器、时分寄存器、输出控制寄存器、总线定时寄存器、屏蔽寄存器等。必须说明的就是：这些寄存器在CAN控制器处于复位状态下才能完成读写与访问。SJA1000的初始流程图如图3.2.2所示。如图3.
45、2.2 SJA1000初始化流程图3.2.3 发送接收报文报文发送的程序是：先把数据存储单元中的准备发送的数据取出，添加上符号等内容，组合成信息帧，待清空发送缓冲区过后，则把信息帧传到CAN控制器的发送缓冲区域内。待收到主机发送的请求指令，传送启动程序发送指令，数据信息就这样发送完成。数据通过CAN控制器发送到总线是经过CAN控制器自动处理的。程序报文发送流程图，如图3.2.3a。相反，报文接收的经过是：数据从can总线传到can控制器的接收缓冲区域内，其过程也是自动处理的通过can控制器。接收程序只需从接收缓冲区读取信息，并将其存储在数据存储区RX_bufferi中。需要提到的是,接收方式采
46、用了中断接收。报文接收程序流程图见图3.2.3b。图3.2.3a 报文发送程序流程图 图3.2.3b 报文接收程序流程图3.3 nRF2401系统设计3.3.1 nRF2401初始配置nRF2401的初始化涵盖了对射频模块的传输的数据速率、芯片发射功率、收发模式、地址、CRC校验、收发信道频率、晶振频率进行配置。此设计中，通过通道1（Channel1）在ShockBurstTM模式下进行数据传送，数据速率250kbps，晶振频率16MHz，收发信道频率2402MHz，发射芯片功率0dBm，配置字格式见表3.3.1。发送端配置字数据为0x00,0x28,0x00,0x00,0x00,0x00,0
47、x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x01,0x83,0x4f,0x64。无线系统要实现与CAN网络的通信，必须根据应用制订本系统的通信协议。根据实际要求制订了自己的通信协议，每个字节定义如下： send_data0：要发送（或反馈）数据的CAN节点地址；send_data1：1 代表向节点发送数据，0代表取节点数据；send_data2：发送（或接收）数据低位；send_data3：发送（或接收）数据高位；send_data4：该字节未用; 表3.3.1nRF2401配置字 3.3.2 nRF2401发送和接收数据在发送端，首先使其进入发送工作模式（CE=1），首先配置接收端地址和有效数据，然后启动发送（CE=0），发送端等待数据发送完成。当发送完成后模块进入接收状态
