基于CAN總線的雷達溫濕度采集系統設計

創新者：尤 路

基于CAN總線的雷達溫濕度采集系統設計

創新者：尤 路

溫濕度參數對于雷達等電子設備的運行保障非常重要，本文利用CAN總線，對雷達等復雜電磁環境設備溫濕度信息的采集提供了有效的解決方案，并從系統構建、軟硬件設計等方面提供了有力的技術支撐，值得在軍用電子及工業控制領域推廣應用。

雷達等電子設備運行環境中溫濕度等參數的感知，對于設備健康狀態的分析及預測起到非常重要的作用。尤其是高設備密度、強電磁干擾環境下，CAN總線的運用，在保證抗干擾能力的同時，還可大大簡化設備對外接口，減少設備間電纜連接，提升監測系統的可靠性。

圖2　溫濕度傳感器基本架構

系統設計

某雷達的溫濕度采集系統主要是由天線陣面上的溫濕度傳感器和艙內采集設備組成，分布于天線陣面上的溫濕度傳感器通過CAN總線相連，單個CAN總線理論上最多可掛載110個節點，考慮總線負載情況，實際使用時總線上只掛載60個。艙內采集設備由CAN控制器和顯示上位機組成，CAN控制器將CAN總線上的數據轉換成網絡數據送至上位機顯示，如圖1所示。

硬件設計

溫濕度傳感器主要由兩部分組成，傳感器和處理器，如圖2所示。其中溫濕度傳感器采用數字型溫濕度傳感器SHT11，處理器選用含有ARM Cortex-M3內核的STM32F103C8處理器。傳感器信號由MCU采集并計算完成后，通過CAN總線送出。

每個傳感器上都有一個撥碼開關負責CAN總線地址的編碼，用于區分總線上各個傳感器的ID號。為了提升CAN接口的可靠性，CAN接口部分，除了CAN收發器外，增加了防浪涌保護電路，如圖3所示。

圖1　某雷達CAN總線環境感知系統的組成

圖3　CAN總線接口電路

圖4　溫濕度傳感器軟件流程

軟件設計

系統采用問詢制的協議進行通信，即上位機發送詢問指令，ID匹配正確后，傳感器才進行應答。CAN總線的速率為125Kbps，8字節標準數據幀的幀長約為864us，詢問每個傳感器所需的最短時間為1.728ms，足以滿足系統的使用要求。下面將從系統的底層至頂層詳細介紹軟件的設計流程。

溫濕度傳感器軟件設計

由于SHT11的兩線通信與I2C協議不兼容，在STM32進行編程時，通過控制連接傳感器的兩個GPIO管腳進行協議解析。系統上電之后，進行傳感器的初始化，對傳感器進行復位，隨后進行溫度測量和濕度測量，再根據溫度和濕度，計算出露點，根據CAN總線接收到的控制指令，將采集的數據加入CAN總線通信協議送出，如圖4所示。這樣極大的緩解總線的占用時間，以最快的速度進行響應。

系統上位機的軟件設計

由于CAN控制器的功能是用于CAN總線與網絡的信息格式轉換，所以其軟件功能較為單一，主要是偵收網絡和CAN總線上的信息，并將信息互相透傳。這樣上位機軟件通過問詢制對所有的溫濕度傳感器進行詢問時，網絡數據協議與CAN總線協議兼容。上位機通過遍歷ID號對CAN總線上所有溫濕度傳感器進行輪詢，輪詢間隔為1s，輪詢過程中一旦出現無回饋現象則上報故障，最終將所有溫濕度信息及故障狀態全部送至顯示界面顯示，工作流程如圖5所示。

圖5　系統上位機工作流程

結語

以CAN總線為基礎構建的雷達溫濕度測量系統，系統穩定，抗干擾能力強，能夠滿足復雜電子環境下的溫濕度采集任務，并具有成本低、接口簡單、維護方便等優點，值得在軍用電子、工業控制等領域進行推廣。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.10.028