1、 引言

隨著紡織工業技術進步,紡織機械日益趨向成套化、自動化和系統化。自動絡筒機是紡織工業上檔次的關鍵設備,起著承上啟下、改善紗線性能的重要作用,它是紡部的整理設備和織部的準備設備,機電氣一體化,自動化程度高,速度快,生產效率高。自動絡筒機是一種具有高速、高產、高效、高質和高自動化功能，并綜合了最新機械、電子、材料、儀表及計算機信息處理和控制等技術的機電一體化產品。自動絡筒機的出現，從根本上改變了普通絡筒機的面貌，其生產的筒子卷裝大，絡紗速度高，對紗線的絡紗全過程自動化控制程度和勞動生產率高，從而成為機械、電子、氣動、儀表和計算機信息處理相結合的高新技術產品。自動絡筒機是科技含量最高的紡織機械設備，有“紡織機械皇冠上的明珠”之稱。

CAN總線是一種有效支持分布式控制系統或實時控制的串行通信網絡，是一個多主總線，總線上的各個節點都有權隨時向其他節點發送信息，總線沖突時通過總線仲裁機制來決定占用總線的節點。CAN能夠使用多種物理介質傳播，例如雙絞線、同軸電纜、光纖等。最常用的就是雙絞線。CAN總線描述的是 ISO/OSI七層協議中的第一層和第二層的高速協議。目前，CAN 總線的規范常見的是2.0A和2.0B版本。本自動絡筒機通信統中采用的是2.0B擴展幀，29位標志符。

CAN中的信號包括幀起始、仲裁場、控制場、數據場、CRC 場、應答場、幀結尾等部分。報文傳輸由數據幀、遠程幀、錯誤幀、過載幀、表示和控制。數據幀/遠程幀通過幀間空間相分隔。信號使用差分電壓傳送，兩條信號線被稱為“CAN_H”和“CAN_L”，靜態時均是2.5V左右，此時狀態表示為邏輯“1”，也可以叫做“隱性”。用CAN_H比CAN_L高表示邏輯 “0”，稱為“顯性”，此時，通常電壓值為：CAN_H = 3.5V 和CAN_L = 1.5V 。

2、基于SJA1000的自絡筒通信系統設計

2.1、SJA1000簡介

SJA1000是Philips公司生產的獨立CAN 總線控制器,它是早期的PCA82C200 的替代產品。它與 PCA82C200在管腳、電氣特性上完全兼容,不僅有 和PCA82C200一樣的基本CAN (BasicCAN)工作模式,而且新增加了增強CAN ( PeliCAN)工作模式,這種模式支持具有很多新特性的CAN2. 0B 協議。SJA1000是一種應用于汽車和一般工業環境的獨立CAN總線控制器，經過簡單總線連接可完成CAN總線的物理層和數據鏈路層的所有功能。其硬件與軟件設計和PCA82C200的基本CAN模式BasicCAN兼容。同時，新增加的增強CAN模式PeliCAN還可支持CAN2.0B協議。SJA1000的主要特性如下 ：1、管腳及電氣特性與獨立CAN總線控制器PCA82C200兼容 ;2、軟件與PCA82C200兼容(缺省為基本CAN模式);3、擴展接收緩沖器(64字節FIFO);4、支持CAN2.0B時支持11和29位標識符;5、位通訊速率為1Mbits/s;6、增強CAN模式(PeliCAN);7、采用24MHz時鐘頻率;8、支持多種微處理器接口;9、可編程 CAN輸出驅動配置;10、工作溫度范圍為-40~+125℃。

2.2、CAN通信系統中硬件設計

CAN控制模塊主要由接口管理邏輯、發送緩沖器、接收緩沖器(RXFIFO)、接收過濾器、位流處理器 (BSP)、位時序邏輯 (BTL)和錯誤管理邏輯(EML)組成。

本項目中自動絡筒機控制系統中共有60個單錠，通過上位機來對各個單錠進行控制。

根據自動絡筒機通信系統的功能及要求，選SJA1000作為CAN控制器，并且使用了CAN控制器接口芯片PCA82C250，PCA82C250是 CAN協議控制器和物理總線之間的接口。此器件對總線提供差動發送能力，對CAN控制器提供差動接收能力。整個系統以Atmel AVR單片機Mega64L。ATMEL公司的AVR單片機，是增強型RISC內載Flash的單片機，芯片上的Flash存儲器附在用戶的產品中，可隨時編程，再編程，使用戶的產品設計容易，更新換代方便。AVR單片機采用增強的RISC結構 ，使其具有高速處理能力，在一個時鐘周期內可執行復雜的指令。本系統采用的AVR mega64L還具有：用32個通用工作寄存器代替累加器，從而可以避免傳統的累加器和存儲器之間的數據傳送造成的瓶頸現象;一個時鐘周期執行一條指令;可直接訪問8M字節程序存儲器和8M字節數據存儲器寄存器等特點。因此，采用ATMEL公司生產的AVR位單片機Mega64L機作為控制系統的主控制器是十分理想的選擇。SJA1000在自絡筒通信系統中單錠的硬件配置與CAN總線接口的電路如圖 2示。硬件電路中使用 PCA82C250的目的是為了增大通信距離，提高系統的瞬間抗干擾能力，保護總線，降低射頻干擾，實現熱防護等。

SJA1000在電路中是一個總線接口芯片，實現從上位機PC-CAN接口到現場微處理器之間的數據通信。對于微處理器而言，SJA1000是一個總線接口，SJA1000片內的存儲單元相對Mega64L來說是片外的數據存儲器，因此，可以按照擴展片外數據存儲器的形式來訪問SJA1000的寄存器地址。Mega64L是CAN控制器的微處理器，把Mega64L的ALE、RD、WR和 SJA1000的ALE、RD、WR相連就構成一個最小系統節點。Mega64L通過地址總線經GAL譯碼來選通 SJA1000，并由此決定CAN控制器各寄存器的地址，通過讀、寫外部數據存儲器的形式來訪問 SJA1000。在系統中我們將SJA1000的TX1腳懸空，RX1引腳接地，形成CAN協議所要求的電平邏輯。該電路的主要功能就是通過CAN總線接收來自上位機的數據進行分析組態，然后下傳給下位機的控制電路實現控制功能，當智能控制系統接收到下位機的上傳數據，SJA1000的中斷輸出INT腳就會被激活，出現一個由高電平到低電平的躍變，產生一個中斷，從而引發微處理器Mega64L產生中斷，通過中斷處理程序接收每一幀信息并通過CAN總線上傳給上位機進行分析，以便及時糾正誤碼、錯碼。

在進行電路設計時需注意：為進一步提高系統抗干擾能力，在CAN控制器SJA1000和CAN控制器接口PCA82C250之間加接6N137光電隔離芯片，并采用DC-DC變換器隔離電源;通信信號傳輸到導線的端點時會發生反射，反射信號會干擾正常信號的傳輸，因而總線兩端兩個124歐姆電阻對匹配總線阻抗起著相當重要的作用，忽略掉它們，會使數據通信的抗干擾性和可靠性大大降低，甚至無法通信;PCA82C250第8腳與地之間的電阻RS稱為斜率電阻，它的取值決定了系統處于高速工作方式還是斜率控制方式。把該引腳直接與地相連，系統將處于高速工作方式。在這種方式下，為避免射頻干擾，建議使用屏蔽電纜作總線;而在波特率較低、總線較短時，一般采用斜率控制方式，上升和下降的斜率取決于RS的阻值。