CAN总线和RS232复用转换接口设计

摘要：文章首先介绍直流电源的整体功能结构，进而应用CAN总线与RS232通信技术对可编程直流稳压电源监控系统的接口进行了研究，确定该系统由主机、通信接口卡和电源等部分组成，最后选择一种复用通信接口设计方案，设计出硬件电路，说明串口的连接方法与工作过程。

关键词：CAN总线；RS232；复用转换接口；通信协议；可编程直流电源

中图分类号：TP336　　　　　文献标识码：A　　　　　文章编号：1009-2374（2012）23-0041-03

在各种电子设备的开发、使用中，直流电源是一种必不可少的仪器，目前国内所使用的电源大多只有固定电压输出（例如常用的有±5Ｖ、±12Ｖ或±15Ｖ）或通过电位器进行手动调节，输出精度和稳定性也不高，容易产生漂移，无法进行设备的网络化控制。本文应用CAN总线和RS232通信技术，研究一种复用串口，解决主机与电源设备从机之间实时通信问题，进而对高精度可编程电源进行状态监测与运行控制，设计出硬件电路，提出一种通信软件解决方案。

1　高精度直流电源的整体结构及主要通信功能分析

本文研究的高精度可编程电源以单片机控制模块为核心，由主电源模块、串并联控制模块、电流电压反馈控制与保护模块、按键设置、液晶显示、接口等模块组成。在电源中，应用PID以及现代控制理论，通过12位A/D转换器实现对输出电压/电流的控制，得到较高分辨率及精确度，并要求可对设备进行远程联网监测与控制。电源的总体结构如图1所示，可配合上位机及其界面对设备进行单台或多台的网络化监控，在网络化控制中，很多测试设备都以单片机、ARM等处理器为核心进行控制，内部可提供串口通信信号，用于对设备进行状态监测与运行控制等。如提供USB或RS232等接口，但它们只能是短距离传输，多台设备协同使用时，组网监测与控制不便，性能也不稳定，尤其在较大的干扰环境下，不能有效工作，而控制器局域网CAN已广泛应用于控制系统中，在各检测和执行机构之间进行数据通信。因此，本文设计一种通过CAN总线或RS232接口与计算机（PC）联机组网的接口电路用于联接主机，实现对设备的远程联网监测与

控制。

图1　电源节点电路原理方框图

根据电源的功能分析得知，需要进行在线调整与控制的功能可分为两类，在查询与读出方向主要有：各组运行的串并联状态查询、各组输出电流、电压实时显示；在设置与控制方向主要有：起停控制、串并联控制、各组运行参数设置、各种保护功能设置等。电源的这些功能必须通过接口电路与主机进行信息交换才能实现，可简化为58条

指令。

2　方案设计

在设备的整体设计中，考虑其功能的复杂性，将硬件电路功能划分成不同的模块进行设计，并通过各自的接口进行模块之间的联接，同样，复用通信接口也设计成一个独立的模块，使其一端与主控制器的通信接口联接，另一端与电脑联接。本文接口电路采用两套信号采集与转换方案。

方案1的CAN总线和RS232复用转换接口由RS232通信接口并联CAN总线网络接口组成。RS232通信接口包括设备串行输出端、MAX232转换模块和阴头9针复用接口等部分，设备通过其串行输出端、MAX232转换模块和阴头9针复用接口的2、3、5脚与电脑主机之间进行RS232通信；CAN总线网络接口包括设备串行输出端、接口处理器、CAN总线控制器、光电耦合器、CAN总线收发器、总线端电源和阴头9针复用接口等部分，接口处理器与设备串行输出端连接完成设备与串口之间的串行信息交换，再由接口处理器通过CAN总线控制器、CAN总线收发器、光电耦合器、总线端电源和阴头9针复用接口与带有接口卡的电脑主机进行组网或单机通信，实现CAN总线网络通信功能。

方案2中接口单片机须使用两个串口，其第二串口与电源设备进行串行通信，通用串口通过MAX232与PC联接，实现与主机的RS232通信功能；CAN与主机的通信和方案1相同。因此，所有信号均需通过接口单片机进行中间处理或转换，实现主机与设备之间的通信。

图2　方案1接口电路原理框图

图3　方案2接口电路原理框图

由此可见，方案1使用232通信时为主机直接与电源控制器进行通信与控制，接口单片机只负责CAN与主机通信，编程简单；方案2中主机的所有信息需经接口单片机转接，有利于信息的归一化处理，也有利于提高指令的安全性，但所使用的单片机需具有两个串口，编程也较为复杂。因此，本文采用方案1的设计思路。

3　电源接口硬件电路设计

在CAN接口中的控制器选用SJA1000。选用PCA82C250作为CAN总线的收发器，它也是CAN协议控制器和物理层之间的接口，具有抗瞬变、抗射频和抗电磁干扰性能，内部的限流电路具有电路短路时对传送输出级进行保护的功能。同时加入光耦电路，即SJA1000的TX0和RX0并不是直接与82C250的TXD和RXD相连，而是通过高速光耦6N137后与82C250相连。6N137为高速光隔器件，作为外线路与系统之间的隔离，这样可有效地提高系统的抗干扰能力和内部系统的安全性，并采用两个完全隔离电源VCC和VDD对光耦部分电路供电，从而达到光隔目的。主机节点由PC机或接口卡电源供电，所有从机节点之间使用同一电源供电，即采用5线制通讯方式。在网络终端的两端各增加一个120Ω的线路匹配电阻，在CANH和CANL引脚后各自通过一个5Ω的电阻与CAN总线相连，可起到一定的限流作用，保护82C250免受过流的冲击。INT接W77E58的INT0。这样，可通过中断方式访问SJA1000，也可采用查询方式访问SJA1000。

本文设计的CAN总线和RS232复用接口中，阴头9针复用接口J8用做RS232接口时，采用标准的三线法，即脚2、3、5分别接TXD、RXD、GND。用做CAN接口时，脚4、6接总线端电源，总线端电源通过跳线与脚9相接，为其他节点的总线侧供电，或取消本节点总线端电源，使用其他节点为本节点供电。当不需要该节点为网络提供电源，也不需要网络为本节点供电时，不需要跳线连接9脚。CANH、CANL分别与脚7、8相接，当本节点在网络中是最后一个节点，则需在CANH、CANL之间接入电阻值为120Ω。如图4所示：

图4　复用接口接线图

4　串口电路工作过程

该接口电路主要有两种工作模式：其一为RS232通信，通过开关S1给MAX232等部分供电，断开VDD。此时，电源的CPU通过MAX232直接与主机联接，从而实现点对点主从通信。其二即为CAN总线通信，接通VDD，断开开关S1，将MAX232电源切断，此时，CAN总线电路供电，设备通过接口控制器、CAN总线及其接口卡与主机进行通信，即以接口控制器及其电路作为桥梁进行设备与主机之间的通信。

5　结语

本文研究了高精度可编程电源工作原理，设计了一种集RS232和CAN总线集成的接口电路，可方便地与计算机联机组网，实现多点或点对点通信，有利于进行远程调整与维护。在CAN组网中，采用了光电隔离等措施，通过滤波和错误处理机制，保证主从机之间的数据传输质量，提高设备的可靠性和安全性。可实现节点之间较长距离的数据通信，有效提高传输过程中系统的抗干扰能力，可通过主机节点对多个从节点同时进行远程监控。

参考文献

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[4]　唐义锋，陈新华，等．CAN总线在干燥设备水分在线测定中的应用[J]．农机化研究，2008，（12）．

[5]　唐义锋，李志坤．基于CAN总线的电工实验指导系统设计[J] ．电子工程师， 2007，（8）．

基金项目：2009年淮安市科技计划项目的研究成果（项目代号：HAG09004）

作者简介：胡玉忠（1967-），男，江苏瑞特电子设备有限公司副总经理，研究方向：自动化设备与智能仪器的研发与推广。

（责任编辑：周加转）