【正文】 、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(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)都具有明顯的優(yōu)越性。Bus第一章 引言 隨著計(jì)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(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域中最具活力的一個(gè)分支，并取得了巨大進(jìn)步。總線Abstract CAN (Coniroller Area Network，CAN) is develped by BOSCH，it39。 本文首先介紹了CAN總線概述，詳細(xì)介紹了CAN總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、CAN的報(bào)文及異常處理。. . . .基于工控機(jī)的CAN通信應(yīng)用中文摘要 CAN是控制器局域網(wǎng)絡(luò)(COller Aiea Network，CAN)的簡(jiǎn)稱，是由研發(fā)和生產(chǎn)汽車電子產(chǎn)品著稱的德國(guó)BOSCH公司開(kāi)發(fā)了的，并最終成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)(15011898)。本文依托于北京普瑞塞特在起重機(jī)行業(yè)豐富的從業(yè)經(jīng)驗(yàn)，主要從CAN總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、CAN的報(bào)文及異常處理、工業(yè)控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)介以及CAN在起重機(jī)控制系統(tǒng)的實(shí)例應(yīng)用幾個(gè)方面闡述。工控機(jī):報(bào)文。Message。這類系統(tǒng)是以微型機(jī)為核心，將SC技術(shù)一COMPUTER(計(jì)算機(jī)技術(shù))、CONTROL(自動(dòng)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?，F(xiàn)場(chǎng)總線的研究與應(yīng)用己成為工業(yè)數(shù)據(jù)總線領(lǐng)域的熱點(diǎn)。 工業(yè)控制機(jī)是指對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程及其機(jī)電設(shè)備、工藝裝備進(jìn)行測(cè)量與控制用的計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱工控機(jī)。這種架構(gòu)有維護(hù)時(shí)間少的優(yōu)點(diǎn)。因此工程師們想到另外一個(gè)方法，取消母板架構(gòu)，而把核心的CPU處理單元做在一張插卡上，其它的擴(kuò)展界面則做在底板上，底板是由一些連接器和無(wú)源器件組成的。 本文正是在已有的對(duì)CAN研究、應(yīng)用基礎(chǔ)上，從工控機(jī)的角度來(lái)闡述CAN在實(shí)際工程的應(yīng)用。包含CAN總線通信接口適配卡，智能傳感器節(jié)點(diǎn)以及最小系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)的架構(gòu)。運(yùn)用CAN總線技術(shù)，極大提高了系統(tǒng)的可靠性和實(shí)時(shí)性，系統(tǒng)開(kāi)發(fā)成本低廉、性能價(jià)格比高，測(cè)控節(jié)點(diǎn)安裝維護(hù)簡(jiǎn)單。今天，在歐洲幾乎每一輛新客車均裝配有以N局域網(wǎng)。為此，1991年9月 PHILIPSSEMICONDUCTORS規(guī)范 ()。通信速率可達(dá)IMBPs。數(shù)據(jù)段長(zhǎng)度最多為8個(gè)字節(jié)，可滿足通常工業(yè)領(lǐng)域中控制命令、工作狀態(tài)及測(cè)試數(shù)據(jù)的一般要求。另外，CAN總線采用了多主競(jìng)爭(zhēng)式總線結(jié)構(gòu)，具有多主站運(yùn)行和分散仲裁的串行總線以及廣播通信的特點(diǎn)。 CAN的應(yīng)用和前景展望 盡管當(dāng)初研究CAN的起點(diǎn)是應(yīng)用于客車系統(tǒng)，但以N的第一個(gè)市場(chǎng)應(yīng)用卻來(lái)自于其他領(lǐng)域。在荷蘭，Philis醫(yī)療系統(tǒng)使用CAN構(gòu)成X光機(jī)的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，成為CAN的工業(yè)用戶。這就使用了2個(gè)物理上獨(dú)立的CAN總線系統(tǒng)，它們通過(guò)網(wǎng)關(guān)連接。從2000年開(kāi)始，一個(gè)由數(shù)家公司組成的150任務(wù)組織定義了一種時(shí)間觸發(fā)CAN報(bào)文傳輸?shù)膮f(xié)議。TTCAN將為CAN延長(zhǎng)5一10年的生命期。同時(shí)，結(jié)合高層協(xié)議應(yīng)用的特殊保安系統(tǒng)對(duì)CAN的需求也正在穩(wěn)健增長(zhǎng)。以N總線在工程機(jī)械上的廣泛應(yīng)用將使工程機(jī)械的控制性能、動(dòng)力性、操縱穩(wěn)定性、安全性、燃油經(jīng)濟(jì)性都上升到一個(gè)新的高度，給工程機(jī)械技術(shù)的發(fā)展注入新的活力。 互操作性:用戶可以根據(jù)自身的需求選擇不同廠家或不同型號(hào)的產(chǎn)品構(gòu)成所需的控制回路，從而可以自由地集成FCS。由于現(xiàn)場(chǎng)總線的以上特點(diǎn)，特別是現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化，使控制系統(tǒng)從設(shè)計(jì)、安裝、投運(yùn)到正常生產(chǎn)運(yùn)行及檢修維護(hù)，都體現(xiàn)出優(yōu)越性。國(guó)際工EC/TC65標(biāo)準(zhǔn)化組織為統(tǒng)一現(xiàn)場(chǎng)總線通信協(xié)議，在10多年工作中，通過(guò)爭(zhēng)論與妥協(xié)，于1999年12月底通過(guò)了8種總線標(biāo)準(zhǔn)的折中方案。FoundationFieldBus 這是以美國(guó)Fisher一Rousemount公司為首的聯(lián)合了橫河、ABB、西門子、英維斯等80家公司制定的工SP協(xié)議和以Honeywen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。FF的物理媒介的傳輸信號(hào)采用曼切斯特編碼。FMS適用于紡織、樓宇自動(dòng)化、可編程控制器、低壓開(kāi)關(guān)等。 DevieeNet DeviCeNet是一種低成本的通信連接也是一種簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)解決方案，有著開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。位于DevieeNet網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備可以自由連接或斷開(kāi)，不影響網(wǎng)上的其他設(shè)備，而且其設(shè)備的安裝布線成本也較低。該總線的實(shí)時(shí)性、抗干擾性和可維護(hù)性也非常出色。它的出現(xiàn)為分布式控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各節(jié)點(diǎn)之間實(shí)時(shí)、可靠的數(shù)據(jù)通信提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。這就保證不會(huì)出現(xiàn)象在RS一485網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)系統(tǒng)有錯(cuò)誤，出現(xiàn)多節(jié)點(diǎn)同時(shí)向總線發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，導(dǎo)致總線呈現(xiàn)短路，從而損壞某些節(jié)點(diǎn)的現(xiàn)象。第3章CAN總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu) CAN的三層結(jié)構(gòu) 為了達(dá)到設(shè)計(jì)透明度以及實(shí)現(xiàn)柔韌性，CAN被細(xì)分為以下不同的層次:CAN對(duì)象層(the。確定由實(shí)際要使用的傳輸層接收哪一個(gè)報(bào)文?？偩€上什么時(shí)候開(kāi)始發(fā)送新報(bào)文以及什么時(shí)候開(kāi)始接收?qǐng)?bào)文，均在傳輸層里確定。 the Layer Strueture of CAN 在CAN系統(tǒng)里，節(jié)點(diǎn)不使用任何關(guān)于系統(tǒng)配置的信息(比如，站地址)，CAN具有以下幾個(gè)重要的特點(diǎn): :不需要改變?nèi)魏喂?jié)點(diǎn)的應(yīng)用層及相關(guān)的軟件或硬件，就可以在CAN網(wǎng)絡(luò)中直接添加節(jié)點(diǎn)。 :由于引入了報(bào)文濾波的概念，任何數(shù)目的節(jié)點(diǎn)都可以接收?qǐng)?bào)文，并同時(shí)對(duì)此報(bào)文做出反應(yīng)。在這一層，數(shù)據(jù)僅作為原始的比特流(bit流)進(jìn)行處理。通信用的互連設(shè)備指DTE和DCE間的互連設(shè)備?；ミB設(shè)備指將DTE、DCE連接起來(lái)的裝置，如各種插頭、插座。 媒體相關(guān)子層負(fù)責(zé)處理不同傳輸媒體、不同速率的信號(hào)轉(zhuǎn)換問(wèn)題。當(dāng)然，同一網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，物理層對(duì)于所有的節(jié)點(diǎn)必須是相同的。在連接生存期內(nèi)，收發(fā)兩端可以進(jìn)行不等的一次或多次數(shù)據(jù)通信。數(shù)據(jù)鏈路的建立、拆除、對(duì)數(shù)據(jù)的檢錯(cuò)、糾錯(cuò)是對(duì)象層和傳輸層的基本任務(wù)。對(duì)象層的功能是報(bào)文濾波以及狀態(tài)和報(bào)文的處理。當(dāng)總線空閑時(shí)任何連接的單元都可以開(kāi)始發(fā)送新的報(bào)文。 控制場(chǎng)包括標(biāo)識(shí)符擴(kuò)展位(IDE)，指出是標(biāo)準(zhǔn)格式還是擴(kuò)展格式。應(yīng)答場(chǎng)(ACK)包括應(yīng)答位和應(yīng)答分隔符。在相鄰的兩條報(bào)文間有一很短的間隔位，如果這時(shí)沒(méi)有站進(jìn)行總線存取，總線將處于空閑狀態(tài)()。:過(guò)載幀用以在先行的和后續(xù)的數(shù)據(jù)幀(或遠(yuǎn)程幀)之間提供一附加的延時(shí)。所不同的是，過(guò)載幀與錯(cuò)誤幀之前沒(méi)有幀間空間，多個(gè)過(guò)載幀之間也不是由幀間空間隔離的?？偩€空閑的時(shí)間是任意的。如果與此同時(shí)另一站開(kāi)始發(fā)送報(bào)文(由另一站引起)，則此站就作為這個(gè)報(bào)文的接收器。錯(cuò)誤幀和過(guò)載幀的形式也相同，但并不通過(guò)位填充的方法進(jìn)行編碼。校驗(yàn)報(bào)文是否有效的時(shí)間點(diǎn)，發(fā)送器與接收器各不相同。 而對(duì)于接受器來(lái)說(shuō)，如果直到一最后的位(除了幀末尾位)均沒(méi)有錯(cuò)誤，則報(bào)文對(duì)于接收器有效。當(dāng)發(fā)送器發(fā)送一個(gè)被動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志但檢測(cè)到“顯性”位時(shí)，也不視為位錯(cuò)誤。如果計(jì)算結(jié)果與接收到CRC序列的結(jié)果不相符，則檢測(cè)到一個(gè)CRC錯(cuò)誤 (CRCError)。對(duì)于“錯(cuò)誤主動(dòng)”的節(jié)點(diǎn)，錯(cuò)誤信息為“主動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志”，對(duì)于“錯(cuò)誤被動(dòng)”的節(jié)點(diǎn)，錯(cuò)誤信息為“被動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志”?！板e(cuò)誤主動(dòng)”的單元可以正常地參與總線通訊并在錯(cuò)誤被檢測(cè)到時(shí)發(fā)出主動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志。“總線關(guān)閉”的單元不允許在總線上有任何的影響。，發(fā)送錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器值加8。(得到應(yīng)答及直到幀末尾結(jié)束沒(méi)有錯(cuò)誤)，發(fā)送錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器值減1，除非已經(jīng)是0。讓節(jié)點(diǎn)成為“錯(cuò)誤被動(dòng)”的錯(cuò)誤條件致使節(jié)點(diǎn)發(fā)出主動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志。CAN總線的數(shù)據(jù)傳輸速率最高可達(dá)1Mbit/S，通常用石英晶振作為時(shí)鐘發(fā)生器，可以獨(dú)立進(jìn)行位定時(shí)的參數(shù)設(shè)置，這樣即使網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)之間的時(shí)鐘周期不一樣仍可獲得相同的位速率。這一段內(nèi)要有一個(gè)跳變沿。這兩個(gè)段可以通過(guò)重新同步加長(zhǎng)或縮短。 在幀起始時(shí)，總線會(huì)進(jìn)行一次硬同步。如果相位誤差為負(fù)，相位緩沖段2縮短數(shù)值等于同步跳轉(zhuǎn)寬度。 如果最先發(fā)送的節(jié)點(diǎn)沒(méi)有贏得總線仲裁，那么所有的接收節(jié)點(diǎn)都要重新同步于獲得總線仲裁的節(jié)點(diǎn)。 同步應(yīng)遵循以下規(guī)則:。有一例外情況，即，當(dāng)發(fā)送一顯性位的節(jié)點(diǎn)不執(zhí)行重新同步而導(dǎo)致一“隱性”轉(zhuǎn)化為“顯性”沿，此沿具有正的相位誤差，不能作為重新同步使用。 工控機(jī)是一種加固的增強(qiáng)型個(gè)人計(jì)算機(jī)，它可以作為一個(gè)工業(yè)控制器在工業(yè)環(huán)境中可靠運(yùn)行。 國(guó)外自上世紀(jì)60年代出現(xiàn)第一臺(tái)工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)以來(lái)已經(jīng)過(guò)三代產(chǎn)品的發(fā)展變化，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及產(chǎn)品的發(fā)展，工業(yè)控制系統(tǒng)亦相應(yīng)地不斷發(fā)展。現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)近年迅速發(fā)展，目前有FF(現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì))、Profibus(過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)總線)、Lonworks(局部操作網(wǎng)絡(luò))、CAN(控制局域網(wǎng)絡(luò))、以RT(可尋址遠(yuǎn)程傳感器數(shù)據(jù)通路)等，Lonworks已經(jīng)廣泛的應(yīng)用，得到包括IBM、Honeywen、ABB等大公司在內(nèi)的2500家生產(chǎn)廠家的支持，占領(lǐng)了約1/3的樓宇自動(dòng)化市場(chǎng)，已成為美國(guó)空調(diào)暖通工程師協(xié)會(huì)ASHRAE的樓宇自動(dòng)化的標(biāo)準(zhǔn)。 早期的工控機(jī)就是一個(gè)質(zhì)量更好的PC，隨著工控機(jī)被大量用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，基于母板的系統(tǒng)是不靈活的，為了修復(fù)或更新系統(tǒng)需要更換整個(gè)母板。這種結(jié)構(gòu)使得系統(tǒng)更新和修復(fù)簡(jiǎn)單而且停機(jī)時(shí)間最少。 。工控機(jī)電源多為AT開(kāi)關(guān)電源，平均無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間達(dá)到250，000小時(shí)。裝有“看門狗”計(jì)時(shí)器。 RS一232/484串口通信協(xié)議的應(yīng)用 RS一232總線是在工控機(jī)系統(tǒng)中最早應(yīng)用的一種總線通信技術(shù)，后來(lái)又逐漸使用了RS一422與RS一485。RS一422是一種單機(jī)發(fā)送、多機(jī)接收的單向、平衡傳輸規(guī)范，被命名為TIA了EIA一422一A標(biāo)準(zhǔn)。 目前RS一232是工控機(jī)與通信工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一種串行接口。典型的RS一2犯信號(hào)在正負(fù)電平之間擺動(dòng)，在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)送端驅(qū)動(dòng)器輸出正電平在+5一 +lsv，負(fù)電平在一5一15V電平。RS一232是為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)(即只用一對(duì)收、發(fā)設(shè)備)通訊而設(shè)計(jì)的，其驅(qū)動(dòng)器負(fù)載為3一7k。接口信號(hào)電平比RS一232一C降低了，就不易損壞接口電路的芯片，且該電平與TTL電平兼容，可方便與TTL電路連接。而RS一485接口在總線上是允許連接多達(dá) 128個(gè)收發(fā)器，即具有多站能力。遵循管理集中，危險(xiǎn)分散的原則。 將CAN總線應(yīng)用于絕大多數(shù)工控機(jī)控制系統(tǒng)是目前發(fā)展的趨勢(shì)。第6章CAN在起重機(jī)控制系統(tǒng)的實(shí)例應(yīng)用 起重機(jī)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介起重機(jī)控制系統(tǒng)主要功能:(l) 計(jì)算實(shí)際起吊重物的重量 計(jì)算實(shí)際起吊重物的重量，需要三個(gè)參數(shù):主臂角度、左側(cè)拉力、右側(cè)拉力。 CAN總線的最高傳輸速率為IM兒ps，很好的保證了通信的實(shí)時(shí)性，最終也保證整套系統(tǒng)的安全性。3傳感器重物拉動(dòng)鋼絲繩的拉力轉(zhuǎn)化為電壓值 2. 人機(jī)界面 起重機(jī)機(jī)械制造廠商會(huì)提供一份額定起重量表。節(jié)點(diǎn)微控制器選用單片機(jī)C8051F040，器件內(nèi)集成了BoschCAN控制器〔。(基本CAN)和 (全功能CAN)，方便了在CAN網(wǎng)絡(luò)上的通信。CAN處理器有犯?jìng)€(gè)消息對(duì)象，可以被配置為發(fā)送或接收數(shù)據(jù)。CIP一51通過(guò)特殊功能寄存器配置CAN控制器圈，讀取接收到的數(shù)據(jù)和寫入待發(fā)送的數(shù)據(jù)。CAN寄存器和消息處理器為CAN控制器和C護(hù)一51之間的數(shù)據(jù)傳送和狀態(tài)通知提供接口〔231。(4) 初始化每個(gè)消息對(duì)象或?qū)⑵銶sgval位設(shè)置為 NoTvALID(無(wú)效)。(2)消息對(duì)象接口寄存器:用于配置32個(gè)消息對(duì)象，向消息對(duì)象發(fā)送或從消息對(duì)象接收數(shù)據(jù)。(4)CIP一 51Mcu特殊功能寄存器(sFR):cIP一 51Mcu的存儲(chǔ)器中有6個(gè)寄存器可用于直接訪問(wèn)某些CAN控制器協(xié)議寄存器，并可用間接索引法訪問(wèn)所有CAN寄存器。CANOSTA、CANOCN和CANOTST可以通過(guò)CIP一 51MCU的SFR訪問(wèn)。消息對(duì)象保存在消息RAM中，用消息對(duì)象接口寄存器對(duì)其訪問(wèn)和配置。消息處理器寄存器提供中斷、錯(cuò)誤、發(fā)送/接收請(qǐng)求和新數(shù)據(jù)信息。(5) 用eANoADR、CANODATH和CANODA幾訪問(wèn)CAN寄存器每個(gè)CAN控制器寄存器都有一個(gè)索引號(hào)。CANODATL是可位尋址的。當(dāng)CANOADR中的索引號(hào)位于這兩個(gè)范圍之內(nèi)時(shí)，CANOADR在每次讀/寫CANODATL時(shí)自動(dòng)加1，指向下一個(gè)CAN寄存器16位字。 CAN通信軟件設(shè)計(jì) 上下位機(jī)交互的基礎(chǔ)是通信協(xié)議，下面就對(duì)本系統(tǒng)主要功能的通信時(shí)序進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明。 所有臂長(zhǎng)的額定起重量表都保存在上位機(jī)，下位機(jī)只保存當(dāng)前一組額定起重量表。HICPort=1AePCode=0AePMask=amp。CANODATL。采用非破壞仲裁技術(shù)。首先，它不能與Internet互連，不能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程信息共享。因其高性能價(jià)格比、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單等突出優(yōu)點(diǎn)深得越來(lái)越多的研發(fā)人員的青睞。同時(shí)，由于整個(gè)智能傳感器網(wǎng)絡(luò)采用全數(shù)字化的通信，因此，總線也具有很好的剛干擾能力，是未來(lái)智能化傳感器和智能化控制網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì)。趙老師在學(xué)習(xí)上給予我很多的關(guān)心和指導(dǎo)，沒(méi)有他耐心的輔導(dǎo)，我很難按時(shí)完成此論文。在論文寫作期間，黃總工程師在技術(shù)方面給了我很多幫助，我的論文才得以順利完成。歡迎您的光臨，！希望您提出您寶貴的意見(jiàn)，你的意見(jiàn)是我進(jìn)步的動(dòng)力。什么時(shí)候離光明最近？那就是你覺(jué)得黑暗太黑的時(shí)候。學(xué)習(xí)資料