嵌入式设备电源控制系统的CAN通信软硬件设计

摘  要：灵活应用CAN通信控制器，可以有效地提升电源监控系统的功能优势，解决现阶段系统存在的时效性较差、数字化程度低以及可靠性低问题。本文从嵌入式设备电源控制系统的硬件结构入手，结合实际情况明确硬件设计框图，同时对软件的应用进行分析，加强网络应用，以供参考。

关键词：嵌入式设备;电源控制系统;通信软件

中图分类号：TN86;TP273      文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2019）10-0054-02

Abstract：The flexible application of CAN communication controller can effectively improve the functional advantages of the power monitoring system，and solve the problems of poor timeliness，low digitization and low reliability in the current system. This paper starts with the hardware structure of the embedded device power control system，and clarifies the hardware design block diagram based on the actual situation. At the same time，it analyzes the application of the software and strengthens the network application for reference.

Keywords：embedded device;power control system;communication software

0  引  言

隨着时代不断发展，电力电子设备与人们日常生活愈发相关，其需要提供优质的服务，以满足当前人们的需求。电源是电子设备运转的基础前提，只有保证电源系统的稳定性，才能促使电子设备发挥出自身的功能，因此应加强提升电源系统的实时性与可靠性，优化整体性能，满足当前的需求。

1  嵌入式设备电源控制系统的硬件结构分析

实际上，在发展过程中我国工业中较为常见的电源控制系统并不是单一存在的，而是经常与监控设备相关联，充分发挥出二者的联合优势，实现共同运行，以满足当前的需求。例如，通过二者的合理联合，可以高效进行数据信息收集，加强对信号的控制能力，为人们提供优质的服务。CAN现阶段较为常见的通信网络与传统技术存在较大的不同：以数据块为基础，节点不受数量的限制，呈现出安全性、稳定性、实时性、灵活性与可靠性，因此受外界环境的影响较小，可以保证其信号传输质量。在实际应用过程中，电源监控系统存在较为明显的问题，需要工作人员根据实际情况设计完整的方案，具体来说，应包括以下几方面功能：第一，合理进行参数配置，并实现控制命令的有效发送;第二，加强对电源状态的监控，并保证其具有实时性，明确电源的电流、电压以及温度等相关的参数，进行合理地完善，从整体上优化;第三，将当前的数据进行合理地采集，将数据传送至控制单元，利用控制单元的优势实现电源系统的稳定运行。在进行设计过程中，为使当前的系统具有较强的功能，需要合理进行完善，利用主从控制方式进行，以单片机为核心，实现主机与从机的交互，实现CAN总线通信。满足当前的需求[1]。

2  基于AVR单片机的CAN节点的硬件设计框图

在进行设计过程中，整个线路主要选择并行方式，线路1进行AVR单片机与PC机的关联，主要是进行信息传输，而线路2与其存在明显的不同，主要进行AVR单片机与模块的关联，灵活利用其优势运行，同时从根本上避免出现数据冲突情况，增强系统的稳定性。以当前的CAN节点硬件结构为例，在实际应用过程中，主要是以当前的控制器、处理器、收发器以及电气隔离为主，实现稳定的运行。例如，现阶段在运行过程中，微处理器具有较强的优势，并呈现出结构简单、性价比高等特点。实际上，该过程的实质是进行数据转化，灵活利用服务器优势实现信息传输，可以完成CAN格式的数据转变，提升收发质量。

2.1  设计CAN控制器电路

实际上，当前的CAN控制器是以CAN协议为主，包含良好的数据链路层与物理层功能，利用现有的优势将实现CAN通信协议部分电路与AVR单片机接口部分的优化，设计出合理的电路。例如，当前MICROCHIP公司设计的MCP2515芯片是一款具有良好的独立CAN协议控制器，以SPI接口为基础，以满足当前的需求力。

2.2  设计CAN收发器

将MCP2551作为CAN协议控制器与物理总线的接口，在实际应用过程中，可以有效地促使其得到优化，将CAN控制器的数字信号进行合理的转换，转换为当前符合总线需求的传输信号，并灵活利用MCP2551的兼容优势实现与ISO/DIS11898的兼容，实现整体性能的优化。在引脚串联热敏电阻，并与物理总线相连接，如果电流增大，电阻增大，可以保护收发器不会受到过流产生的伤害，实现稳定的运行。在收发器的RS引脚设置电阻后接地，有效地进行CAN差分信号控制，从整体上进行完善，控制差分信号上升沿与下降沿的陡峭向程度，提升CAN速率，降低外界环境产生的干扰[2]。

2.3  设计电气隔离

电气隔离设计主要是利用当前的收发器进行设计，灵活利用带隔离的DC-DC模块单独供电进行隔离，同时以光电耦合器件为基础进行完善，满足当前的需求。CAN控制器引脚与收发器并不是直接相连，而是以当前的高速光电耦合器为媒介，形成完整的隔离电路，再进行有效的连接，杜绝出现路间串扰情况，实现整体的优化，例如在案例设计中，TXCAN、RXCAN分别为信号发送（从MCP2515来）和信号接收（到MCP2515去），与MCP2515的TXCAN、RXCAN引脚相连，TX、RX分别连接MCP2551的TXD、RXD引脚，实现合理的设计。

3  软件设计

当前的软件设计包含的内容较多，工作人员应结合实际情况进行有效地控制，从整体上进行优化，以发挥出系统的功能，具体来说，主要包含以下几方面：

3.1  进行主程序流程控制

电源控制系统程序设计较为复杂，尤其是对于当前的系统来说，如主要包括MCP2515初始化、数据的发送以及数据的接收，在应用过程中，均以当前的模块作为数据通信，以实现有效的传输。例如，在程序设计中其流程主要包括各模块的程序初始化、中断、连接、CAN通信以及循环，最后进行合理的程序处理。在应用MCP2515时，必须进行合理的初始化，同时按照要求设置波特率、接收滤波，灵活利用接收屏蔽寄存器，在配置模式下进行合理地应用，以满足当前的需求。实际上，由于当前的上电或者复位因素影响，器件会自动进入配置模式，应用两种复位方式，如SPI复位与硬件复位，以当前的MCP2515在CAN总线上传输为例，其首先在通信终端进行，选择主机与从机，其通信方式主要是选择应答式与命令式，通信协议为CAN协议，不使用远程帧。

3.2  数据的发送分析

受CAN协议影响，对当前的数据链路层与物理层进行明确的定义，并保证系统在CAN总线上进行扩展，实现帧格式的扩展。以现阶段的要求为基础，定义应用层通信协议，包括参数设置、参数查询、命令等，保证应用层通信协议中设计帧结构具有良好的合理性。可以有效地满足当前的需求。AVR单片机将当前要发送的数据按照现阶段的CAN协议进行整合，并通过SPI接口依次进行数据输送，将其传输至缓冲器中，通过控制寄存器的相应相位启动其发送模式，实现数据的发送。数据的发送主要是以当前的CAN扩展帧格式与用户通信协议中的帧结构转换为基础，将通信协议中的帧结构对应发送到缓冲器中，以满足当前的需求[3]。

3.3  数据的接收

受通信控制自身的性质影响，其自身具有较强的实时性，因此在应用过程中主要采用中断接收方式接收信息，如MCP2515接收电文，并利用其器件的引脚进行拉低，保证电平状态在AVR中清除中断，AVR单片机在读取后通过修改命令对寄存器中的相应位清零，实现合理的中断清除。在产生中断服务程序后，将数据包进行有效地接收，同时以CAN扩展帧格式与自定义进行通信协议帧结构的转换，以当前的寄存器为基础，完成数据接收过程。

3.4  网络分析

网络负载分析是当前的重点，在应用过程中，以当前的需求为基础，通常需要对CAN总线的网络负载进行合理的控制，保证其在标准的范围内，以实现稳定的运行。报文长度的最大值也是重点内容，以格式位数、填充位数、数据位数为基础，进行三者相加，其总数即为其最大长度值。与此同时，以当前的CAN协议为基础，为其营造良好的运行环境，如保证相同的电平，进行时其可以进行下一位的型号转换，灵活利用自身的优势提供优质的服务，满足运行需求。

进行合理的网络实时性分析，在CAN网络通信中，排队数据帧的最长响应时间可以进行计算，通过公式明确其最长时间，设计完整的系统，灵活利用现阶段的系统优势实现高效的CAN通信[4]。

4  结  论

综上所述，在当前的时代背景下，CAN总线技术不断创新应用，促使电源控制系统得到优化，降低结构的复杂性，并提升其扩展性与抗干扰能力，因此工作人员应充分发挥出技术优势，从整体上进行完善，不断分析与测试，以满足系统实时性要求，促使数据帧有效进行传输，为当前的嵌入式设备电源控制系統的稳定运行奠定良好的基础。

参考文献：

[1] 郭丽萍，张艳荣，林思苗.嵌入式设备电源控制系统的CAN通信软硬件设计 [J].中国测试，2017，43（10）：109-113.

[2] 张腾飞，李钦晓，郭静远，等.带太阳能板的多电源供电电路及智能切换方法 [J].电源技术，2015，39（11）：2426-2428+2435.

[3] 张晓明，袁佑新，闪鑫，等.MCGS嵌入式设备与UPS的通信驱动程序开发 [J].自动化与仪表，2015，30（3）：69-71+76.

[4] 沈勇，顾勇，陈凤梧.便携嵌入式设备智能电源模块设计与实现 [J].微计算机信息，2009，25（29）：76-78.

作者简介：李特（1978.11-），女，汉族，辽宁沈阳人，工程师，本科，研究方向：嵌入式系统软硬件设计。