基于CAN总线的音频报警模块的设计.docx

基于CAN总线的音频报警模块的设计论文导读：CAN总线是一种有效支持分布式控制的实时控制或实时控制的串行通信网络本文中介绍的音频报警模块采用8位AVR单片机ATmega128作为此模块的微控制器关键词：CAN总线，AVR单片机，音频报警 CAN总线是一种有效支持分布式控制的实时控制或实时控制的串行通信网络，具有实时性强、传输距离远、抗干扰能力强、成本低的特点，在各个领域中都有着广泛的应用而在一些要求实时观测数据、报告设备状态的场合中，往往需要配有报警装置以往这种报警装置经常采用蜂鸣器或者语音芯片来产生报警音，采用蜂鸣器时其声音单调，而采用语音芯片时价格问题又是一个不得不考虑的因素本文中介绍的音频报警模块，根据发音原理用单片机本身的定时器产生不同频率的方波从而发出不同声音，不仅可以有效地解决报警音单调的问题而且还能降低开发成本同时硬件设计时还考虑了某些情况下，系统需要记录部件报警时的部分参数，还附加了存储芯片可以存储少量数据信息，特别适合一些小型系统或仪器使用1 CAN网络结构及通信协议在CAN网络中，主控制器通过CAN总线与各个智能节点通信，读取各个节点的状态信息并向各节点发送控制信息。

图1为一个需要报警设备的CAN网络结构，主控制通过CAN网络监控各节点的状态，根据一定的参数标准向报警模块发送报警命令使报警器鸣叫发表论文图1 应用音频报警模块的CAN网络结构在CAN网络中数据以报文为单位进行传输，节点对总线的访问采用为仲裁方式报文起始部分为标识符，在CAN2.0B中标识符采用29位格式报警模块与整个系统CAN网络连接，可接收总线上的全部发给此模块的全部数据帧一个CAN数据帧包括标识符和8字节数据根据标识符可判断出该数据帧是哪个部分发送的，在根据系统的通信协议对帧信息进行解析以报警模块在全自动凝血仪中的应用为例，说明数据帧的格式图2为凝血仪中采用29位标识符扩展帧的报警帧格式图2 全自动凝血仪中CAN报警帧格式2 音频报警模块硬件设计音频报警模块硬件结构如图3所示采用8位AVR单片机ATmega128作为此模块的微控制器，其外设资源丰富，可根据收到的命令控制各部分完成各种功能；声音驱动部分，采用低电压的音频功率放大芯片LM386推动扬声器发音；CAN总线传输部分，采用CAN总线控制器SJA1000和CAN总线收发器PCA82C250完成接收和发送CAN信息帧功能此外，此模块还带用数据存储部分，可以满足小数据量的读写，我们选取TI公司生产的AT24C512芯片（容量64K），此芯片通过I2C总线读写数据，可根据需要最多外挂4片。

图3 音频报警模块硬件设计3 音频报警及数据存储模块软件设计3.1 软件实现分析声音是物体的振动产生的，振动的频率不同，发出的声音就不同，乐音是有规律的振动发出的乐谱中每一个音符都与某一个特定的频率相对应（见表一）此外，音乐播放时还要有一个曲调，音频报警模块中使用3/4拍，而这个曲调值所对应的1个节拍的时间是748000μs因此，可以在程序中定义一个全局变量的二维数组，其第一字节表示音符，第二字节表示此音符的节拍，数组的长度依报警音乐而定这样就可以根据不同的环境，编辑多种不同的报警音乐AVR单片机（Atmege128）有四个定时器，其中两个16位定时器T1/T3和两个8位定时器T0使16位定时器T1工作在输出匹配模式下，直接将音符对应的频率输入到前面定义的数组中，就可方便的产生我们需要的不同频率的方波，驱动扬声器发出不同音符的声音用8位定时器T0来控制音符播放的时间（即节拍），由于8位定时器最大计数值是255，所以仅将T0中预置1/400节拍的时间，另外设一个计数器，T0每中断一次计数器加1，直到达到节拍为止对于CAN信息帧的处理，可以根据通信协议在AVR单片机中开辟一个缓存区，用来存放分离出的一帧信息。

一般缓存区有一定的长度，当收到的帧信息数大于所设置的最大接收帧信息数时，即从缓存区的开头重新存储此外，在CAN总线系统中一般为了测试各个节点的状态，主控制器经常会发送一些广播信息或握手命令而对于这些情况，可以在CAN协议解析中直接应答而不将此帧信息存入缓存区，以免滥费缓存空间、影响执行速度发表论文表1 C调音符与频率及计数器初值对应关系      低 音 中 音 高 音 频率（Hz） 初值（H） 频率（Hz） 初值（H） 频率（Hz） 初值（H） 1 262 F724 523 FC44 1046 FE22 2 294 F95B 587 FCAC 1175 FE56 3 330 FA15 659 FD09 1318 FE85 4 349 FA67 698 FD34 1397 FE9A 5 392 FB04 784 FD82 1568 FEC1 6 440 FB90 880 FDC8 1760 FEE4 7 494 FC0C 988 FE06 1967 FF03 3.2 软件流程设计 音频报警程序流程如图4所示。

首先进行硬件初始化，包括端口初始化和定时器预置初值及设置分频器等其次复位软件CAN总线控制器SJA1000并初始化该芯片当收CAN信息帧后按照协议进行解析，从数据帧取出发送者地址、命令及所带各个参数等；若收到的命令是报警或数据读写，则将分离后的信息存储到缓存区中，然后程序到缓存区中读相应的帧信息，根据命令号执行相应的子程序当子程序执行完毕后，程序将继续等待其他CAN信息帧发表论文图4 音频报警程序流程4 应用实例音频报警模块可以应用于任何使用CAN总线通信同时需要报警音提示的现场例如，应用在基于CAN总线的家庭控制系统中，基于CAN总线的仪器里实验证明，此音频报警模块应用于内部采用CAN总线通信的全自动凝血仪中时，分别定义了8种不同的报警提示音，声音效果良好，工作可靠参考文献1 金振华，卢青春等．基于虚拟仪器的车载CAN总线监控系统开发．电子技术应用，2006(11)2 求是科技．单片机通信技术与工程实践．北京：人民邮电出版社，20043 邬宽明．CAN总线原理和系统设计[M]．北京：北京航空航天大学出版社，19964 饶运涛，邹继军，郑勇芸．现场总线CAN原理与应用技术．[M]北京：北京航天航空大学出版社，20035 Atmege128微控制器参考手册．北京闻亭科技发展有限公司，20046 沈文．AVR单片机C语言开发入门指导．北京：清华大学出版社，2003  。