【正文】 ..........................15 撥碼開關(guān)地址輸入電路 ............................................................................................18 放大電路電路驅(qū)動繼電器 .........................................................................................19 4 軟件設(shè)計 ..........................................................................................................................23 CAN總線的智能節(jié)點軟件流程圖設(shè)計 ......................................................................23 程序總體流程圖 ..........................................................................................23 CAN通信流程圖設(shè)計 ....................................................................................24 CAN 總線的智能節(jié)點軟件調(diào)試 ................................................................................26 ...............................................................................................30 ........................................................................................32 5 結(jié)論 .................................................................................................................................34 致謝 ....................................................................................................................................35 IV 參考文獻(xiàn) .............................................................................................................................36 附錄 ....................................................................................................................................37 ........................................................................................37 ...................................................................................................................38 外文資料 .............................................................................................................................45 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 1 1 緒論 課題背景 在 80 年代中期，為了滿足不同自動化領(lǐng)域的應(yīng)用需求，出現(xiàn)了擁有不同技術(shù)特點的現(xiàn)場總線。每一種現(xiàn)場總線都有自己的應(yīng)用領(lǐng)域，并且都力圖拓展其應(yīng)用領(lǐng)域，以擴張其技術(shù)壟斷范圍。但 控制器局部網(wǎng)（ CAN－ CONTROLLER AREA NETWORK）是 BOSCH 公司為現(xiàn)代汽車應(yīng)用領(lǐng)先推出的一種多主機局部網(wǎng)，由于其高性能、高可靠性、實時性等優(yōu)點現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化、多種控制設(shè)備、交通 工具、醫(yī)療儀器以及建筑、環(huán)境控制等眾多部門?？刂破骶植烤W(wǎng)將在我國迅速普及推廣。 隨著計算機硬件、軟件技術(shù)及集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，工業(yè)控制系統(tǒng)已成為計算機技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域中最具活力的一個分支，并取得了巨大進(jìn)步。由于對系統(tǒng)可靠性和靈活性的高要求，工業(yè)控制系統(tǒng)的發(fā)展主要表現(xiàn)為：控制面向多元化，系統(tǒng)面向分散化，即負(fù)載分散、功能分散、危險分散和地域分散。 分散式工業(yè)控制系統(tǒng)就是為適應(yīng)這種需要而發(fā)展起來的。這類系統(tǒng)是以微型機為核心，將 5C技術(shù) COMPUTER（計算機技術(shù)）、 CONTROL（自動控制技術(shù)）、 COMMUNICATION（通信技術(shù)）、 CRT（顯示技術(shù)）和 CHANGE（轉(zhuǎn)換技術(shù)）緊密結(jié)合的產(chǎn)物。它在適應(yīng)范圍、可擴展性、可維護(hù)性以及抗故障能力等方面，較之分散型儀表控制系統(tǒng)和集中型計算機控制系統(tǒng)都具有明顯的優(yōu)越性。 同時，正由于現(xiàn)場總線的標(biāo)準(zhǔn)尚未統(tǒng)一，也使得現(xiàn)場總線的應(yīng)用得以不拘一格地發(fā)揮，并將為現(xiàn)場總線的完善提供更加豐富的依據(jù)?？刂破骶植烤W(wǎng) CAN（ CONTROLLER AERANETWORK）正是在這種背景下應(yīng)運而生的。 CAN （ Controller Area Network）總線，又稱控制器 局域網(wǎng)，是 Bosch 公司在現(xiàn)代汽車技術(shù)中領(lǐng)先推出的一種多主機局域網(wǎng)。由于其卓越的性能，極高的可靠性，獨特靈活的設(shè)計和低廉的價格，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場控制、智能大廈、小區(qū)安防、交通工具、醫(yī)療儀器、環(huán)境監(jiān)控等眾多領(lǐng)域。 CAN 已被公認(rèn)為幾種最有前途的現(xiàn)場總線之一。 CAN 總線規(guī)范已被 ISO 國際標(biāo)準(zhǔn)組織制訂為國際標(biāo)準(zhǔn)。 CAN 協(xié)議也是建立在國際標(biāo)準(zhǔn)組的開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型基礎(chǔ)上的，主要工作在數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。用戶可在其基礎(chǔ)上開發(fā)適合系統(tǒng)實際需要的應(yīng)用層通信協(xié)議，但由于 CAN總線極高的可靠性，從而使應(yīng)用層通信協(xié)議得以 大大簡化。 總線 技術(shù)概述 總線 開關(guān)量輸入模塊 技術(shù) 背景 及其技術(shù)優(yōu)點 測控系統(tǒng)中常應(yīng)用各種按鍵 .繼電器和無觸點開關(guān)來大量處理開關(guān)量信號 。 另唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 2 外現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中多實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，在集散控制系統(tǒng)中需要處理大量的開關(guān)信號，例如監(jiān)測溫度，軸震動，位移等各種報警信號。現(xiàn)代樓宇中的各種安全監(jiān)控報警等。實現(xiàn)如此多而又不可忽略的開關(guān)量信號，一般需要用到現(xiàn)場總線， 與其它現(xiàn)場總線比較而言 ,CAN 總線是具有通信速率高、容易實現(xiàn)、且性價比高、 傳輸距離遠(yuǎn) 、傳輸速率快、有較強的抗電磁干擾能力， 等諸多特點的一種已 形成國際 應(yīng)用最廣泛的 標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場總線。這些也是目前 CAN總線應(yīng)用于眾多領(lǐng)域 ,具有強勁的市場競爭力的重要原因。 CAN總線智能節(jié)點 技術(shù)原理 CAN 總線系統(tǒng)智能節(jié)點電路主要由四部分構(gòu)成：微控制器 89C5獨立 CAN 通信控制器 SJA1000、 CAN 總線收發(fā)器 82C250 和高速光電耦合器 6N137。微處理器89C51 負(fù)責(zé) SJA1000 的初始化，通過控制 SJA1000 實現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送等通信任務(wù)。 SJA1000 的 AD0～ AD7 連接到 89C51 的 P0 口。 CS 連接到 89C51 的 ， 為 0 的 CPU 片外存儲器地址可選中 SJA1000， CPU 通過這些地址可對 SJA1000 執(zhí)行相應(yīng)的讀寫操作。 SJA1000 的 RD、 WR、 ALE 分別與 89C51 的對應(yīng)引腳相連， INT 接89C51 的 INT0。 89C51 也可通過中斷方式訪問 SJA1000。 為了增強 CAN 總線節(jié)點的抗干擾能力， SJA1000 的 TX0 和 RX0 并不是直接與82C250 的 TXD 和 RXD相連，而是通過高速光耦 6N137 后與 82C250 相連，這樣就很好地實現(xiàn)了總線上各 CAN 節(jié)點間的電氣隔離。不過，應(yīng)該特別說明的一點是光耦部分電路所采用的兩個電源 VCC和 VDD必須完全隔離，否則采用光耦也就失去了意義。電源的完全隔離可采用小功率電源隔離模塊或帶多 5V 隔離輸出的開關(guān)電源模塊實現(xiàn)。這些部分雖然增益了節(jié)點的復(fù)雜程序，但是卻提高了節(jié)點的穩(wěn)定性和安全性。 82C250 與 CAN 總線的接口部分也采用了一定的安全和抗干擾措施。 82CF250 的CANH 和 CAHL 引腳各自通過 1個 100Ω 的電阻與 CAN 總線相連。電阻可起到一定的限流作用，保護(hù) 82C250 免受過流的沖擊。 CANH 和 CANL 與地之間并聯(lián)了 2 個 30pF的小電容，可以起到濾除總線上的高頻干擾和一定的防電磁輻射的能 力。另外，在兩根 CAN 總線接入端與地之間分別反接了 1個保護(hù)二極管，當(dāng) CAN 總線有較高的負(fù)電壓時，通過二極管的短路可起到一定的過壓保護(hù)作用。 82C250 的 Rs 腳上接有一個斜率電阻，電阻大小可根據(jù)總線通信速度適當(dāng)高調(diào)整，一般在 16～ 140kΩ 之間。 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 3 現(xiàn)場總線的發(fā)展前景 近年來，現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)及其技術(shù)已經(jīng)逐漸成為全世界自動控制領(lǐng)域關(guān)注的一個焦點，是當(dāng)今自動化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點之一，被譽為自動化領(lǐng)域的計算機局域網(wǎng)。甚至有人預(yù)言： 21 世紀(jì)是現(xiàn)場總線的世紀(jì)。這是因為： 現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)將開辟過程控制的新紀(jì)元； 現(xiàn)場 總線將對傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)帶來根本性變革； 目前所做出的有關(guān)現(xiàn)場總線的決定將在未來的幾十年中影響控制領(lǐng)域； 現(xiàn)場總線將在很大程度上改變現(xiàn)有的所有實現(xiàn)控制和維護(hù)的方法； 由此可以預(yù)見在不久的將來，現(xiàn)場總線將進(jìn)入飛速發(fā)展期，其主要發(fā)展趨勢為： (1)FCS 將會在一定的時期內(nèi)成為主流控制系統(tǒng)。 FCS 是在 DCS 的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的， FCS 順應(yīng)了自動控制系統(tǒng)的發(fā)展潮流，它必將替代 DCS，這已是業(yè)內(nèi)人士的基本共識。然而，任何新事物的產(chǎn)生與發(fā)展都是在對舊事物的揚棄中進(jìn)行的， FCS 與 DCS 的關(guān)系也不例外。 FCS代表潮流與發(fā) 展方向，而 DCS 則代表傳統(tǒng)與成熟，特別是在現(xiàn)階段， FCS尚沒有統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)， DCS則以其成熟的發(fā)展、完備的功能及廣泛的應(yīng)用而占據(jù)著一個尚不可完全替代的地位。而且 DCS 也正在朝開放性、分散性和可互操作方向發(fā)展。所以就目前現(xiàn)狀看，工業(yè)控制處在 DCS 本身成熟和 FCS 發(fā)展的過程中，智能 I/O 是 DCS 向現(xiàn)場總線的一種過渡。遠(yuǎn)程智能 I/O 以其可靠性高、分散性好，而具備了現(xiàn)場總線的某些性能。所以，現(xiàn)場總線將影響今后幾十年內(nèi)自動控制技術(shù)的發(fā)展，并和 DCS 長期共存，且必將會在一定的時期之后取代 DCS 成為主流控制系統(tǒng)。 (2)現(xiàn)場總線技術(shù)與計算機通信技術(shù)的緊密結(jié)合。 隨著商用計算機領(lǐng)域的局域通信逐步被以太網(wǎng)壟斷，過程控制領(lǐng)域中上層的通信也逐步統(tǒng)一到以太網(wǎng)和快速以太網(wǎng)。由于因特網(wǎng)的快速發(fā)展，人們通過因特網(wǎng)訪問控制系統(tǒng)，進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷、維護(hù)和服務(wù)的愿望越來越強烈，因此 TCP/IP 協(xié)議也進(jìn)入過程控制領(lǐng)域。實際上我們現(xiàn)在就可以看到通過因特網(wǎng)訪問現(xiàn)場儀表的事例。例如 MAZRK 公司的數(shù)控機床的售后維護(hù)已有 30%可以通過因特網(wǎng)實施，但所有這些僅限于故障診斷或維護(hù)等實時性要求很低的工作。工業(yè)過程的現(xiàn)場總線控制不會被計算機通信技術(shù)取代，這是因為現(xiàn) 場總線與一般計算機通信在功能、要求和結(jié)構(gòu)上有所不同。 從功能上講，計算機通信的基本功能是可靠地傳遞信息。而現(xiàn)場總線的功能有： 一是經(jīng)濟、安全、可靠地傳遞信息；二是正確使用所傳信息；三是及時處理所傳信息。從要求上講，對計算機通信的主要性能要求是快；對現(xiàn)場總線不僅要求傳輸速度快，在過程控制領(lǐng)域還要求響應(yīng)時間短，即實時性要求高，以及巡回時間短，唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 4 過程控制系統(tǒng)希望最長巡回時間是預(yù)先可知的，并小于一定值。從結(jié)構(gòu)上講，計算機通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是網(wǎng)絡(luò)狀的，從一點到另外一點的通信路徑可以是不固定的；而大部分現(xiàn)場總線的結(jié)構(gòu)是線狀的 ，雖然現(xiàn)場總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以是總線型、星型、環(huán)行、回路型等；但在大多數(shù)現(xiàn)場總線中，從一點到另外一點的通信路徑是比較固定的。因此這兩種技術(shù)的結(jié)合可以取長補短，發(fā)揮優(yōu)勢，大大提高工控系統(tǒng)的性能。 本文的主要工作 本文的主要工作包括： (1) CAN 總線 結(jié)構(gòu)的工藝分析和 八路開關(guān)量 的設(shè)計。 (2) 電氣元件的選型、元件之間的通訊連接 。 (3) 編寫 CAN 總線 程序。 (4) 在現(xiàn)實基礎(chǔ)上對單片機功能進(jìn)行仿真。 2 系統(tǒng)總體設(shè)計 該 模塊 設(shè)計的是一種基于 CAN的 開關(guān)量采集模塊 ， 在設(shè)計 開關(guān)量輸入模塊之前 ，