【正文】 現(xiàn)場總線是一種實現(xiàn)和維護成本低廉而又能經(jīng)受工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境的通信系統(tǒng)。從20世紀80年代中期至今的短短20多年中，現(xiàn)場總線經(jīng)歷了概念提出、標準制定和軟硬件產(chǎn)品的研制，已經(jīng)出現(xiàn)了好幾種現(xiàn)場總線技術走向成熟并且得到了推廣和廣泛地應用。下面是幾種具有代表性現(xiàn)場總線：1．基金會現(xiàn)場總線(FF)1994年，由ISPF和World FIP北美分會聯(lián)合成立了現(xiàn)場總線基金會。該基金會集眾家之長，致力于開發(fā)出國際上統(tǒng)一的現(xiàn)場總線協(xié)議，即基金會現(xiàn)場總線(Foundation Field bus，縮寫FF)。該總線主要用于過程自動化。2．PROFIBUS1986年，德國開始制定PROFIBUS標準。1990年完成了PROFIBUSF湖S和PROFIBUSDP協(xié)議的制定工作，1994年又制定了用于過程自動化的PROFIBUSPA通信協(xié)議，可實現(xiàn)總線供電與本質安全防爆。3．Lon WorksLon Works 是由美國Echelon公司推出并由它與摩托羅拉、東芝公司共同倡導，于1990年正式公布而形成的。Lon Works技術采用的Lon Talk協(xié)議被封裝在稱之為Neuron的神經(jīng)元芯片中得以實現(xiàn)。該總線主要用于智能和家庭自動化。4．HARTHART是Highway Addressable Remote Transducer的縮寫。是由Rosemount公司開發(fā)并得到80多家著名儀表公司的支持，于1993年成立了HART通信基金會。它是一種模擬信號與數(shù)字信號混合的通信協(xié)議。能利用總線供電，可滿足本質安全防爆要求，并可組成由手持編程器與管理系統(tǒng)主機作為設備的雙主設備系統(tǒng)。此外還有本文所要研究和應用的CAN(Control Area Network)總線。在本次課題設計中，我們對CAN總線協(xié)議進行了深入的學習和研究，并且設計了一個驗證性的實驗系統(tǒng)，即基于CAN總線的溫度監(jiān)控系統(tǒng)。 CAN總線產(chǎn)生和發(fā)展控制器局部網(wǎng)(CAN—CONTROLLER AREA NETWORK)是BOSCH公司為現(xiàn)代汽車應用領先推出的一種多主機局部網(wǎng)，由于其卓越性能，現(xiàn)已廣泛應用于工業(yè)自動化、多種控制設備、交通工具、醫(yī)療儀器以及建筑、環(huán)境控制等眾多部門。隨著計算機硬件、軟件技術及集成電路技術的迅速發(fā)展，工業(yè)控制系統(tǒng)已成為計算機技術應用領域中最具活力的一個分支，并取得了巨大進步。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，即負載分散、功能分散、危險分散和地域分散。分布式工業(yè)控制系統(tǒng)就是為適應這種需要而發(fā)展起來的。這類系統(tǒng)是以微型機為核心，將5c技術COMPUTER(計算機技術)、CONTROL(自動控制技術)、COMMUNICATION(通信技術)、CRT(顯示技術)和CHANGE(轉換技術)緊密結合的產(chǎn)物。它在適應范圍、可擴展性、可維護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。典型的分布式控制系統(tǒng)由現(xiàn)場設備、接口與計算設備以及通信設備組成?，F(xiàn)場總線(FIELDBUS)能同時滿足過程控制和制造業(yè)自動化的需要，因而現(xiàn)場總線已成為工業(yè)數(shù)據(jù)總線領域中最為活躍的一個領域。現(xiàn)場總線的研究與應用已成為工業(yè)數(shù)據(jù)總線領域的熱點。盡管目前對現(xiàn)場總線的研究尚未能提出一個完善的標準，但現(xiàn)場總線的高性能價格比將吸引眾多工業(yè)控制系統(tǒng)采用。同時，正由于現(xiàn)場總線的標準尚未統(tǒng)一，也使得現(xiàn)場總線的應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(00NTROLLER AERANETWORK)正是在這種背景下應運而生的。由于CAN在愈來愈多不同領域采用和推廣，導致要求各種應用領域通信報文的標準化。為此，1991年9月PHILIPS SEMICONDUCTORS制訂并發(fā)布了CAN技術規(guī)范(vERSl0N2．O)。該技術規(guī)范包括A和B兩部分。．2中定義的CAN報文格式。此后，1993年11月ISO正式頒布了道路交通運載工具數(shù)字信息交換高速通信控制器局部網(wǎng)(CAN)國際標準2002．12．62(IS011898)，為控制器局部網(wǎng)標準化、規(guī)范化推廣鋪平了道路。 CAN總線的概述CAN是控制器局域網(wǎng)絡（Controller Area Network，CAN）的簡稱，是德國BOSCH公司為解決現(xiàn)代汽車中電子監(jiān)控設備之間的數(shù)據(jù)交換于1958年推出的高級串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議。此后，CAN通過ISO11898及ISO11519標準化，得到國際上許多大公司的支持?，F(xiàn)在在歐洲已是汽車網(wǎng)絡的標準協(xié)議。CAN通信接口游硬件實現(xiàn)，完成物理層和數(shù)據(jù)鏈層功能，其獨特的設計和高度的可靠性，非常適用于分布式實時控制，因此越來越受到工業(yè)界的重視。CAN屬于總線式串行通訊網(wǎng)絡，由于采用了許多新技術及獨特的設計，CAN總線數(shù)據(jù)通訊具有突出的可靠性、實用性和靈活性。其特點如下：1．CAN總線為多主工作方式，網(wǎng)絡上任一節(jié)點均可在任意時刻主動地向網(wǎng)絡上其它節(jié)點發(fā)送信息，而不是傳統(tǒng)的主從方式。2．在報文標識符上，CAN上的節(jié)點分成不同的優(yōu)先級，可滿足不同的實時要求，優(yōu)先級高的數(shù)據(jù)最多可在134us內得到傳輸。3．CAN采用非破壞總線仲裁技術。當多個節(jié)點同時向總線發(fā)送信息出現(xiàn)沖突時，優(yōu)先級低的節(jié)點會主動地退出發(fā)送，而高優(yōu)先級的節(jié)點可不受影響地繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，從而大大節(jié)省了總線沖突仲裁時間。尤其是在網(wǎng)絡負載很重的情況下，也不會出現(xiàn)網(wǎng)絡癱瘓情況。4．CAN節(jié)點只需要通過對報文的標識符濾波即可實現(xiàn)點對點、一點對多點及全局廣播等幾種方式傳送接收數(shù)據(jù)。5．CAN報文采用短幀結構，傳輸時間短，受干擾概率低，保證了數(shù)據(jù)出錯率極低。并且CAN的每幀信息都有CRC校驗及其它檢錯措施，具有極好地檢錯效果。6．CAN節(jié)點在錯誤嚴重的情況下具有自動關閉輸出功能，以使總線上其它節(jié)點的操作不受影響。7．CAN協(xié)議廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼，而代之以對通信數(shù)據(jù)塊進行編碼。使得網(wǎng)絡內的節(jié)點個數(shù)在理論上是不受限制的。但是，實際應用中CAN總線的節(jié)點個數(shù)主要取決于總線驅動電路，目前節(jié)點數(shù)可達110個。這個問題將在下文中有詳細地討論。8．CAN的通信介質可為雙絞線、同軸電纜和光纖，選擇靈活。而且CAN總線結構簡單，開發(fā)技術容易掌握。因此CAN總線具有很高的性價比。 CAN總線的特點（1）全數(shù)字化通信現(xiàn)場總線系統(tǒng)是一個“純數(shù)字”系統(tǒng)，而數(shù)字信號具有很強的抗干擾能力，所以，現(xiàn)場的噪聲及其他干擾信號很難扭曲現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)里的數(shù)字信號，數(shù)字先后的完整性使得過程控制的準確性和可靠性更高。（2）一對N結構一對傳輸線，N臺儀表，雙向傳輸多個信號。這種一對N結構使得連接簡單，工程周期短。安裝費用低，維護容易。如果增加現(xiàn)場設備或現(xiàn)場儀表，只需要并行掛接到電纜上，無需架設新的電纜。（3）可靠性高數(shù)字信號傳輸抗干擾能力強，精確度高，無需采用抗干擾和提高精度的措施，從而降低成本。（4）可控狀態(tài)操作員在控制室即可了解現(xiàn)場設備或現(xiàn)場儀表的工作情況，也能對其進行參數(shù)調整，還可以預測或者尋找故障。整個系統(tǒng)始終處于操作員的遠程監(jiān)控狀態(tài)，提高了系統(tǒng)的可靠性，可控性和可維護性。（5）可換性用戶可以自由選擇不同控制商所提供的性能價格比最優(yōu)的現(xiàn)場設備或者現(xiàn)場儀表，并將不同品牌的儀表互聯(lián)。即使某臺儀表發(fā)生故障，換上其他品牌的同類儀表也能照常工作，實現(xiàn)了“即接即用”。（6）互操作性用戶把不同的制造商的各種品牌的儀表集成在一起，進行統(tǒng)一組態(tài)，構成其所需的控制回路，而不必絞盡腦汁，為集成不同品牌的產(chǎn)品在硬件或者軟件上花費力氣或增加額外投資。（7）綜合功能現(xiàn)場儀表既有檢測、變換和補償功能，又有控制和運算功能，實現(xiàn)了一表多用，不僅方便了用戶也降低了成本。（8）分散控制控制站功能分散在現(xiàn)場儀表中，通過現(xiàn)場既可以構成控制回路，實現(xiàn)了徹底分散控制，提高了系統(tǒng)的可靠性、自治性和靈活性。