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智能测控仪表技术探析

【摘要】分析了现场总线特点，提出了智能测控仪表系统的CAN总线通信方案，阐述了智能仪表中通用CAN通信接口的硬件设计与软件实现框图。

【关键词】智能;测控仪表

1 引言

现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一，被誉为自动化领域的计算机局域网，是应用在生产现场、在微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统，也被称为开放式、数字化、多点通信的低层控制网络，是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。由于它适应了工业控制系统向分散化、网络化、智能化发展的方向，在减少系统线缆，简化系统安装、维护和管理，降低系统的投资和运行成本，增强系统性能等方面的优越性，它一经产生便成为全球工业自动化技术的热点，受到全世界的普遍关注。

自20世纪80年代末以来，有几种类型的现场总线技术己经发展成热并且广泛应用于特定的领域。这些现场总线技术各具特点，有的已经逐渐形成自己的产品系列，占有相当大的市场份额。几种比较典型的现场总线有CAN总线、LonWorks总线、PROFIBUS总线等。CAN(ControlArea Network)总线是山德国BOSCII公司为实现汽车内部测量与执行部件之间的数据通信而设计的现场总线。与一般的通信总线相比，CAN总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性，使其应用范围不再局限于几汽车工业，而向机械工业、过程工业等领域发展，更适合现场级工业监控设备的互联。CAN总线规范已经成为国际标准，被公认为几种最有发展前途的现场总线之一。具体来说，CAN具有以下特点：结构简单，只有两根线与外部相连;通信方式灵活，以多主方式下作而不分主从，可以点对点、点对多点及全局广播方式发送和接收数据;废除了传统的站地址编码，而代之以对通信数据块进行编码;采用短帧格式，每帧数据长度最多为8个字节，可满足工业控制领域的一般要求。同时8个字节不会占用总线时间过长，从而保证了通信的实时性;采用非破坏性总线仲裁技术;采用CRC检验并提供相应的错误处理功能，保证了数据通信的可靠性;CAN节点具有自动关闭功能，在节点错误严重的情况时自动切断与总线的联系，这样可不影响总线正常工作。

2 智能测控仪表的系统结构

一个典型的基于CAN总线的智能测控仪表的系统结构，系统主要由两部分组成：上位机和智能测控仪表，测控仪表的主要任务是接收来自上位机的命令完成工业现场的各种模拟量的采集和实现对各种生产设备的控制，而上位机则负责对整个智能测控系统进行监控和管理，其任务包括CAN节点状态消息的显示及报警、向CAN节点发送命令及控制参数、接收CAN节点数抓、曲线显示、存储打印等。这些功能可利用现代微机丰富的资源和强大的功能实现，除此之外，通过对采集数据的后台处理，还可实现诸如数字滤波PFT变换等智能化功能，CAN通信采用两线接口，要进行通信的各节点的控制器通过CAN驱动器连接到CAN总线上，各节点在CAN通信中没有物理地址，而是采用软件ID辨识的方式对在总线上广播的信息进行过滤，以及当多个节点需要同时信息传送时决定信息传送的优先级。

芯片与CAN总线的通信通过CAN总线收发器进行，CAN总线收发器是CAN控制器和物理总线间的接口，提供对总线的差动放人和接收功能。要实现PC机与CAN总线的通信，必须借助于PC机的CAN通信卡，这种卡市场上有很多，可根据需要进行选择，亦可自行设计。

3 智能测控仪表的接口设计

CAN总线是一种串行数据通信协议，在CAN总线通信接口中集成了CAN协议的物理层和数据链路层功能，可以完成对通信数据的成帧处理。

SJA1000是Philips公司PCA82C200型CAN控制器的后续产品，在软件和引脚上均与PCA82C200兼容，井增加了许多新的功能，性能更佳，尤其适用于对系统优化、诊断和维护要求比较高的场合。SJA1000的功能由以下几部分构成：接口管理逻辑;发送缓冲器，能够存储1个完整的报文事(扩展的或标准的);验收滤波器;接收F1F0;CAN核心模块。

SJA1000的一端与单片机相连，另一端与CAN总线相连。但是，为了提高单片机对CAN总线的驱动能力，可以把82C250作为CAN控制器和物理总线间的接口，以提供对总线的差动发送能力和对CAN控制器的差动接收能力。

若用SJA1000作为流量计的CAN控制器，与CPU(单片机)相连，再通过PCA82C250组成CAN总线。这种结构很容易实现CAN网络节点中的信息收发，从而实现对现场的控制。

CAN通信协议主要由CAN控制器完成，SJA1000是适用于汽车和一般工收环境控制器局域网(CAN)的高集成度控制器，具有完成高性能通信协议所要求的全部特性，具有简单总线连接的SJA1000可完成物理层和数据链路层的所有功能，应用层功能可由微控制器完成，SJA1000为其提供多用途的接口。

SJA1000操作期间，在上电之前必须配置控制线路(中断、复位、片选等)建立与CAN控制器之间通信的硬件连接。初始化、CAN通信采用中断方式数据发送和接收子程序。

如果在上电后独立CAN控制器在引脚17得到1个复位脉冲(低电平)，它就能够进入复位模式。在对SJA1000寄存器设置前，CAN控制器通过读复位模式请求标志来检查是否己进入复位模式，因为要配置信息的寄存器只有在复位模式才能写入，并涉及到对控制寄存器CR、验收码寄存器(ACR)验收屏蔽寄存器(AMR)、总线定时寄存器(BTRO和BTR1)输出控制寄存器(OCR)的初始化编程。时钟分频寄存器可以选择BasicCAN或PeliCAN工作模式，设置CLKOUT引脚使能用来选择频率，设置是否使用旁路CAN输入比较器和是否使用TX1输出用为专门的接收中断输出。验收代码和验收屏蔽寄存器的设置可以过滤信息，为收到的信息定义验收代码;为与验收代码相关位比较定义验收屏蔽代码。

总线定时寄存器定义总线上的位速率。输出控制寄存器定义CAN总线输出引脚TX0和TX1的输出模式，定义TX0和TX1输出引脚配置是悬空、下拉、上拉或推挽以及极性。中断寄存器设置允许识别的中断源。

4 小结

多个智能仪表通过CAN接口与PC连成总线网，其系统运行良好。这种基于现场总线的智能仪表系统抗干扰性强、性能可靠，无论是测量速度、精确度和自动化程序还是性价比都是传统仪表不能比拟的，是今后仪器仪表发展的方向。

现代电子测控技术的应用分析

摘要：现代电子测控技术是基于计算机技术、信息技术、网络技术、电子技术等基础上来实现的，是一项综合性技术，随着现代社会的发展，目前在很多领域中都得到了广泛的应用。本文中主要对现代电子测控技术的应用进行了探讨，对该项技术的发展前景进行了展望。

关键词：电子测控;技术;特点;发展现状

中图分类号：K826文献标识码： A

随着现代社会的发展以及各种需求的不断增长，电子测控技术也得到了快速的发展。该技术是现代高新技术的重要组成部分，是集计算机技术、信息技术、电子技术、网络技术和光电技术等多种高新技术为一体的综合性技术。随着相关技术的更新换代，测控技术也不断走向网络化、信息化和智能化的道路。现代测控技术就是依靠人工将实时监控到的数据录到电脑中去，并结合现代计算机处理技术进行相关数据分析，得到有用的信息。随着现代测控技术的发展，数据信息的速度和准确率上都有较大的提升。现代社会不断发展、人民生活水平的日益提高，现代测控技术更是延伸到人们生活的各个领域，尤其是在国防、航天、电子、农业等重要领域起着不可忽视的作用。

1现代电子测控技术介绍

现代测控技术就是依靠人工将实时监控到的数据录到电脑中去，并结合现代计算机处理技术进行相关数据分析，得到有用的信息。现代测控技术主要是在现代测控系统的指导性进行自动化控制，它主要依赖的就是现代计算机处理技术。现代测控系统的组成。现代测控系统主要有控制器、程控设备和仪器、测控应用软件、总线与接口和被测试对象等五大部分组成。控制器是测控系统的控制和指挥中心，主要指的是计算机等;程控设备和仪器包括有各种程控开关及仪器、、存储器件和显示器件等;测控软件有驱动和应用程序等;总线和接口是各种设备和仪器的连接通道，有连接器、插槽等;被测试对象则是根据任务的不同进行确定的。按照结构不同可以把现代测控系统划分为基本型、闭环控制型和标准型三类。

2现代电子测控技术的特点

随着相关技术的更新换代，市场日趋激烈的竞争环境和人们需求的多样化、高要求化，测控技术也在实现自身技术的突破，不断走向网络化、数字化、分布式化和智能化的道路。

网络化

随着网络覆盖面的扩大，计算机技术和现代信息技术的不断发展，测控技术与现代计算机技术、网络技术和通信技术的日益密切，测控技术逐步走向网络化。除此之外，传感器技术在测控系统中的应用也使得现代测控技术使用的更加便捷。现代测控技术的不断更新与发展，其应用范围也在日益深化，逐渐应用到国防、航天、电子、农业等重要领域。

数字化

现代测控技术就是依靠人工将实时监控到的数据录到电脑中去，并结合现代计算机处理技术进行相关数据分析，得到有用的信息。由此可见，使用现代测控技术就是为了有效监测被试对象，以期获得有用的信息。在信息高速发达的社会，数字化技术是现代高新技术发展的必经之路。数字化主要包含有通信数字化、信号数字化了、多媒体数字化等。多媒体数字化主要应用于教学，通信数字化主要使得人们无线交流起来更加便捷。

智能化

智能化是现代信息技术发展的主题，像最基本的手机、电脑都是智能化的产物，机器人同样是智能化发展的结果。随着现代测控技术的发展，数据信息的速度和准确率上都有较大的提升。为了使得技术发展的更加人性化、精确、方便，那么在现代测控系统里使用智能化仪器则成了必然的需求。仪器智能化在人工智能和微电子技术的发展基础上也得到了较快的发展，智能化仪器在工业中的应用必将促进工业的快速发展。

分布式化

分布地点不同的测控设备能够有效地选择最适宜的仪器，测控技术的分布化是基于微型计算机技术以及网络技术的，现代测控系统是由有效的联合分布式设备组建而成的。生产控制分布式仪器的过程是一个集测试、控制、管理为一体的全程自动化过程，这就使得测控成本得到了有效的降低，同时增加了测控效率。分布式即是将测控系统中的五大部分有机的联系起来，利用分布化的结构将整个系统有机的协调起来，实现测控系统的有效运转。现代测控系统的分布式特点能够实现安全可靠，故障部分不会对其他系统部分产生影响;新接口和新功能的开发更加便捷，系统功能得到了增强;同时并行的处理方式具有高速运行的特点;具有灵活的使用方式，能够组建多模块以及单模块系统等[2]。测控系统的分布式管理不仅提高了生产的效率，更是有效节约人工监测成本。借助计算机网络技术为微型计算机技术的发展，分布式测控技术也将不断更新完善。

3现代电子测控技术的发展现状

现状。随着先进科学技术和社会经济的迅猛发展，现代测控技术的应用范围得到了很大的拓展，具有很快的发展速度，同时极大地提高了测控技术水平。但是，仍然存在着很多大大小小的问题，测控技术在我国没有进入高水平的发展阶段，在微型化、数字化以及智能化等方面仍落后于发达国家。所以，我国需要加强先进技术和设备的引进和应用，借鉴国外先进技术和有效的发展模式，尽量与国际技术发展接轨，不断开拓创新，尽量缩小发展差距，达到高水平的现代测控技术。

前景。测控技术的发展逐步面向全球化和网络化等，更加紧密地加强了世界各国的联系，逐步趋近于科学先进的发展态势。社会经济的市场发展很大程度上促进了现代测控技术的不断进步，进而与社会发展融合，带动科学技术的全球化发展。目前，各个产业的发展迅速，也带来了测控技术的飞速发展，分析现代测控技术的发展可以发现，开放化和标准化是其清晰的发展趋势。随着相关技术的更新换代，市场竞争环境日趋激烈化和人们需求的多样化、高要求化，测控技术也在实现自身技术的突破，不断走向网络化、数字化、分布式化和智能化的道路。在信息化高速发展的现代社会，现代测控技术的发展前景依然还是非常广阔的。现代测控技术的应用尤其是在工业发面的应用，逐步推动了社会的发展和进步。

4现代电子测控技术的应用

现代测控技术更是延伸到人们生活的各个领域，尤其是国防、航天、电子、农业等重要领域起着不可忽视的作用。

农业、航天领域

航天飞行过程中飞行目标的控制和测量是通过现代测控技术实现的，它主要可以完成以下几个功能：航天器的物理参数和运动参数测量、宇航员生理信息测量、跟踪测量航天器、控制指挥飞行目标、监视飞行状态等。农业方面也融合了测控技术的应用，比如：对粮食温度进行测量，高温报警，启动通风机进行粮仓的通风。

新型传感器技术

新型传感器技术是测控技术的重要方面，能够应用在生活生产的各个领域。例如：监测火车的机车状况、监控心内压系统等均应用了智能传感器;气体微型化传感器主要应用在防伪、国防、机器人、化工、医学、交通等方面;集成传感器的应用领域主要有：视觉测量、压力测量、温度测量等;数字传感器的应用主要集中在环境温度测量以及银行监控等方面。

远程测控

远程测控是现代测控技术的重要内容，主要包括：无线通信、电话网以及专线的远程测控，可以应用在远程监测电网电站以及输送石油的管道和机器人等方面。现代测控技术能够远程控制燃气、水电的自动抄袭以及诊断设备故障等。

5总结

作为新世纪的高新技术，随着现代社会不断发展、人民生活水平的日益提高，现代测控技术更是延伸到人们生活的各个领域，尤其是在国防、航天、电子、农业等重要领域起着不可忽视的作用。随着竞争环境和人们需求的多样化、高要求化，测控技术也在实现自身技术的突破，逐步走向系统化、网络化和智能化之路。

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