【正文】 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 基于AT90CAN128單片機(jī)的高爐燒結(jié)配料系統(tǒng)設(shè)計 ——CAN總線通信部分摘 要隨著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和芯片技術(shù)的發(fā)展，控制芯片的性能大幅度提高，成本不斷減低，網(wǎng)絡(luò)幾乎深入到我們生活的每一個角落，以現(xiàn)場總線為代表的控制網(wǎng)絡(luò)也在工業(yè)以及其他控制系統(tǒng)中扮演著不可缺少的角色。自從20世紀(jì)90年代以來，自動控制系統(tǒng)已經(jīng)開始從集散控制系統(tǒng)（DCS）向現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）過渡。在21世紀(jì)，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)將會成為控制領(lǐng)域的主流。CAN總線由于具有可靠性高、成本低、容易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)場總線的實(shí)際工程應(yīng)用中占據(jù)了較大的份額；汽車電子在我國正方興未艾，作為其主要組成部分的CAN總線也得到了廣泛的使用，并且CAN在工業(yè)控制、小區(qū)智能監(jiān)控等熱點(diǎn)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景；使得CAN總線成為教學(xué)和科研方面極好的范例和基礎(chǔ)課程課題。關(guān)鍵詞：控制芯片；現(xiàn)場總線；自動控制系統(tǒng)；CAN總線Sintering blast furnace system based on AT90CAN128 singlechip microputer——CAN Bus CommunicationAbstractWith the development of puter network technology and chip technology, the Controller chip has been significantly improved in the performance, continually Reduced in costs. Network almost has gone deep into every corner of our lives, and control network represented by a field bus is also playing an important role in the industrial and other control systems. Since the 9039。s of 20th century, automatic control system has changed from the distributed control system (DCS) to the field bus control system (FCS). In the 21st century, field bus control system will bee the mainstream of control area.CAN bus with the advantages of high reliability, low cost, easy availability holds a larger share in field bus of the actual engineering application. As motor electronic is still flourishing, the CAN bus as part of its main ponents has been used widely. And CAN in hot fields such as industrial control, intelligent monitoring of housing estate has a wide range of applications. And all these have made CAN bus making an excellent example and infrastructure issues in teaching and scientific research programs.Key words: Controller chip。 field bus。 Automatic Control System。 CAN bus目 錄摘 要 IAbstract II第一章 引 言 1 研究背景 1 2 現(xiàn)場總線的現(xiàn)狀 2 主流現(xiàn)場總線簡介 3 CAN總線的簡介 6 CAN總線與其他通信方式的比較 7第二章 燒結(jié)配料系統(tǒng)設(shè)計 8 高爐控制系統(tǒng) 8 8 系統(tǒng)工作方式 9 系統(tǒng)各部分功能 10 操作站的功能 10 稱重皮帶秤及控制儀表功能 10 計算機(jī)監(jiān)控部分 11 變頻控制部分 12 現(xiàn)場操作箱 12 系統(tǒng)的過程控制實(shí)現(xiàn) 12第三章 CAN總線的概述 14 CAN總線的概念 14 CAN總線的結(jié)構(gòu) 14 CAN總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 15 CAN總線的主要特點(diǎn) 15 CAN總線的位數(shù)值表示 16 CAN總線的通信距離 16 CAN總線的分層結(jié)構(gòu) 16 CAN報文的幀結(jié)構(gòu) 17 CAN報文的幀類型 17 CAN報文的幀格式 20 CAN總線的擴(kuò)展應(yīng)用及其協(xié)議介紹 22 概述 22 DeviceNet 23 CANOpen 24 CAN總線協(xié)議的內(nèi)容 25 CAN軟件設(shè)計基礎(chǔ) 25 CAN總線系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn) 25 報文發(fā)送 27 報文接收 28第四章 CAN通信應(yīng)用層協(xié)議設(shè)計 29 配料控制器的協(xié)議 29 配料控制器發(fā)送的信息 30 配料控制器接收的信息 31 主控制器的協(xié)議 33 主控制器發(fā)送的信息 33 34 小結(jié) 35總 結(jié) 36參 考 文 獻(xiàn) 37附錄 A 38附錄 B 41致 謝 4445第一章 引 言 研究背景控制器局部網(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(jī)局部網(wǎng)，由于其卓越性能現(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(jī)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(jī)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(jī)為核心，將 5C技術(shù)COMPUTER（計算機(jī)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(kuò)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(jī)控制系統(tǒng)都具有明顯的優(yōu)越性。典型的分散式控制系統(tǒng)由現(xiàn)場設(shè)備、接口與計算設(shè)備以及通信設(shè)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(lǐng)域中最為活躍的一個領(lǐng)域。現(xiàn)場總線的研究與應(yīng)用已成為工業(yè)數(shù)據(jù)總線領(lǐng)域的熱點(diǎn)。盡管目前對現(xiàn)場總線的研究尚未能提出一個完善的標(biāo)準(zhǔn)，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(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(yùn)而生的。由于CAN為愈來愈多不同領(lǐng)域采用和推廣，導(dǎo)致要求各種應(yīng)用領(lǐng)域通信報文的標(biāo)準(zhǔn)化。為此，1991年 9月 PHILIPS SEMICONDUCTORS制訂并發(fā)布了CAN技術(shù)規(guī)范（VERSION ）。該技術(shù)規(guī)范包括A和B兩部分。此后，1993年11月ISO正式頒布了道路交通運(yùn)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(biāo)準(zhǔn)（ISO11898），為控制器局部網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化推廣鋪平了道路。 現(xiàn)場總線的現(xiàn)狀 由于各個國家各個公司的利益之爭，雖然早在1984年國際電工技術(shù)委員會/國際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會（IEC/ISA）就著手開始制定現(xiàn)場總線的標(biāo)準(zhǔn)，至今統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)仍未完成。很多公司也推出其各自的現(xiàn)場總線技術(shù)，但彼此的開放性和互操作性還難以統(tǒng)一。目前現(xiàn)場總線市場有著以下的特點(diǎn)：1．多種現(xiàn)場總線并存 目前世界上存在著大約四十余種現(xiàn)場總線，如法國的FIP，英國的ERA，德國西門子公司Siemens的ProfiBus，挪威的FINT，Echelon公司的LONWorks，PhenixContact公司的InterBus，RoberBosch公司的CAN，Rosemounr公司的HART，CarloGarazzi公司的Dupline，丹麥ProcessData公司的Pnet，PeterHans公司的FMux，以及ASI（ActraturSensorInterface），MODBus，SDS，Aret，國際標(biāo)準(zhǔn)組織基金會現(xiàn)場總線FF：FieldBusFoundation，WorldFIP，BitBus，美國的DeviceNet與ControlNet等等。這些現(xiàn)場總線大都用于過程自動化、醫(yī)藥領(lǐng)域、加工制造、交通運(yùn)輸、國防、航天、農(nóng)業(yè)和樓宇等領(lǐng)域，大概不到十種的總線占有80%左右的市場。2．各種總線都有其應(yīng)用的領(lǐng)域 每種總線大都有其應(yīng)用的領(lǐng)域，比如FF、PROFIBUSPA適用于石油、化工、醫(yī)藥、冶金等行業(yè)的過程控制領(lǐng)域；LonWrks、PROFIBUSFMS、DevieceNet適用于樓宇、交通運(yùn)輸、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域；DeviceNet、PROFIBUSDP適用于加工制造業(yè)，而這些劃分也不是絕對的，每種現(xiàn)場總線都力圖將其應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)大，彼此滲透。3．每種現(xiàn)場總線都有其國際組織和支持背景 大多數(shù)的現(xiàn)場總線都有一個或幾個大型跨國公司為背景并成立相應(yīng)的國際組織，力圖擴(kuò)大自己的影響、得到更多的市場份額。比如PROFIBUS以Siemens公司為主要支持，并成立了PROFIBUS國際用戶組織WorldFIP以Alstom公司為主要后臺，成立了WorldFIP國際用戶組織。4．多種總線成為國家和地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)為了加強(qiáng)自己的競爭能力，很多總線都爭取成為國家或者地區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)，比如PROFIBUS已成為德國標(biāo)準(zhǔn)，WorldFIP已成為法國標(biāo)準(zhǔn)等。5．設(shè)備制造商參與多個總線組織 為了擴(kuò)大自己產(chǎn)品的使用范圍，很多設(shè)備制造商往往參與不止一個甚至多個總線組織。6．各個總線彼此協(xié)調(diào)共存 由于競爭激烈，而且還沒有哪一種或幾種總線能一統(tǒng)市場，很多重要企業(yè)都力圖開發(fā)接口技術(shù)，使自己的總線能和其他總線相連，在國際標(biāo)準(zhǔn)中也出現(xiàn)了協(xié)調(diào)共存的局面。工業(yè)自動化技術(shù)應(yīng)用于各行各業(yè)，要求也千變?nèi)f化，使用一種現(xiàn)場總線技術(shù)也很難滿足所有行業(yè)的技術(shù)要求；現(xiàn)場總線不同于計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，人們將會面對一個多種總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)共存的現(xiàn)實(shí)世界。技術(shù)發(fā)展很大程度上受到市場規(guī)律、商業(yè)利益的制約；技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不僅是一個技術(shù)規(guī)范，也是一個商業(yè)利益的妥協(xié)產(chǎn)物。而現(xiàn)場總線的關(guān)鍵技術(shù)之一是彼此的互操作性，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場總線技術(shù)的統(tǒng)一是所有用戶的愿望。 主流現(xiàn)場總線簡介1．基金會現(xiàn)場總線（FoundationFieldbus 簡稱FF）這是以美國FisherRousemount公司為首的聯(lián)合了橫河、ABB、西門子、英維斯等80家公司制定的ISP協(xié)議和以Honeywell公司為首的聯(lián)合歐洲等地150余家公司制定的WorldFIP協(xié)議于1994年9月合并的。該總線在過程自動化領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，具有良好的發(fā)展前景?；饡F(xiàn)場總線采用國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO的開放化系統(tǒng)互聯(lián)OSI的簡化模型（1，2，7層），即物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層，另外增加了用戶層。FF分低速H1和高速H2兩種通信速率，通信距離可達(dá)1900m，可支持總線供電和本質(zhì)安全防爆環(huán)境。后者傳輸速率為1Mbit/，通信距離為750m和500m，支持雙絞線、光纜和無線發(fā)射，協(xié)議符號IEC11582標(biāo)準(zhǔn)。FF的物理媒介的傳輸信號采用曼切斯特編碼。2．CAN（ControllerAreaNetwork 控制器局域網(wǎng)） 最早由德國BOSCH公司推出，它廣泛用于離散控制領(lǐng)域，其總線規(guī)范已被ISO國際標(biāo)準(zhǔn)組織制定為國際標(biāo)準(zhǔn)，得到了Intel、Motorola、NEC等公司的支持。CAN協(xié)議分為二層：物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。CAN的信號傳輸采用短幀結(jié)構(gòu)，傳輸時間短，具有自動關(guān)閉功能，具有較強(qiáng)的抗干擾能力。CAN支持多主工作方式，并采用了非破壞性總線仲裁技術(shù)，通過設(shè)置優(yōu)先級來避免沖突，通訊距離最遠(yuǎn)可達(dá)10KM/5Kbps/s，通訊速率最高可達(dá)40M /1Mbp/s，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)實(shí)際可達(dá)110個。目前已有多家公司開發(fā)了符合CAN協(xié)議的通信芯片。3．Lonworks 它由美國Echelon公司推出，并由Motorola、Toshiba公司共同倡導(dǎo)。它采用ISO/OSI模型的全部７層通訊協(xié)議，采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計方法，通過網(wǎng)絡(luò)變量把網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計簡化為參數(shù)設(shè)置。支持雙絞線、同軸電纜、光纜和紅外線等多種通信介質(zhì)，通訊速率從300bit/，直接通信距離可達(dá)2700m（78Kbit/s），被譽(yù)為通用控制網(wǎng)絡(luò)。Lonworks技術(shù)采用的LonTalk協(xié)議被封裝到Neuron（神經(jīng)元）的芯片中，并得以實(shí)現(xiàn)。采用Lonworks技術(shù)和神經(jīng)元芯片的產(chǎn)品，被廣泛應(yīng)用在樓宇自動化、家庭自動化、保安系統(tǒng)、辦公設(shè)備、交通運(yùn)輸、工業(yè)過程控制等行業(yè)。4．DeviceNet DeviceNet是一種低成本的通信連接也是一種簡單的網(wǎng)絡(luò)解決方案，有著開放的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。DeviceNet具有的直接互聯(lián)性不僅改善了設(shè)備間的通信而且提供了相當(dāng)重要的設(shè)備級陣地功能。DebiceNet基于CAN技術(shù)，傳輸率為125Kbit/s至500Kbit/s,每個網(wǎng)絡(luò)的最大節(jié)點(diǎn)為64個，其通信模式為：生產(chǎn)者/客戶（Producer/Consumer），采用多信道廣播信息發(fā)送方式。位于DeviceNet網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備可以自由