【正文】 中， CAN 被用在負責交通安全和法規(guī)保障的測量設備中，現(xiàn)在已有的基于 CAN 的實現(xiàn)多種功能的智能節(jié)點，如紅燈監(jiān)視和速度測量。 (5) 樓宇自動化系統(tǒng) 在樓宇自動控制系統(tǒng)中 ， CAN 總線主要用于子網的組建中，而不是主干網絡。 1975 年，美國的 Honey Well 公司推出了第一套 DCS 分散控制系統(tǒng)。各節(jié)點分布在不同的位置，每節(jié)點 4 路傳感器，并以 CAN 總線連接。 結 束語中對基于 CAN 總線技術的網絡系統(tǒng)在未來的發(fā)展進行了展望。 1993 年 3 月國際 CAN 總 線用戶及制造商協(xié)會在歐洲正式成立，協(xié)會的名稱簡寫為 Cia (CAN in Automation)，其任務為制訂修改 CAN 的有關協(xié)議，解決 CAN 總線應用中的問題，提供 CAN 總線開發(fā)工具及產品，推廣 CAN 總線的應用，并定期出版刊物。因此 RS232C 驅動器與 TTL電平連接必須經過電平轉換。 RS485 串行接口支持半雙工通信，只需一對雙絞線即可方便地構成主機與多個子機的分布式系統(tǒng)，接口電路簡單，系統(tǒng)成本低。 RS485總線一般以單主的工作方式設計， 若令其工作在多主方式，則其通訊的可靠性反比于通訊網絡的負荷量。 LonWorks技術所采用的 LonTalk協(xié)議被封裝在稱之為 Neuron的神經元芯片中而得以實現(xiàn)。該項技術是由西門子公司為主的十幾家德國公司、研究所共同推出的，采用了OSI 模型的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應用層。 CAN 總線的信號傳輸介質可為雙絞線、同 軸電纜或光纖。 (3)網絡上任意 一個節(jié)點均可以主動地向其它節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)，是一種多主總線。國內外應用CAN 技術新的研究正在蓬勃發(fā)展，并不斷有新的應用產生。顯性狀態(tài)以大于最小閾值的差分電壓表示。有限狀態(tài)器串行控制發(fā)送 /接收移位寄存器， CRC 寄存器以及總線上的串行數(shù)據(jù)。標識符并不能指明幀的目的地，但描述數(shù)據(jù)的含義。 MAC 子層特性不存在修改的靈活性。 幀起始 仲裁場 控制場 數(shù)據(jù)場 CRC場 ACK場 幀結束 圖 5 MAC標準數(shù)據(jù)幀 (1) 幀起始 (SOF)：標志數(shù)據(jù)幀和遠程幀的起始，它由單個顯性位構成。 (5) CRC 場： CRC 場包括 CRC 序列，后隨 CRC 界定符。但是目標節(jié)點也可以主動向源節(jié)點請求數(shù)據(jù)。 若數(shù)據(jù)幀和遠程幀同時在總線上發(fā)送時，由于數(shù)據(jù)幀在標識碼后一位是顯性位，而遠程幀是隱性位，數(shù)據(jù)幀將贏得仲裁而優(yōu)先發(fā)送。此序列的總長度在最小值 6 位與最大值 12位之間變化。 幀間空間 數(shù)據(jù)幀和遠程幀同前述的任何幀 (數(shù)據(jù)幀、遠程幀、出錯幀、超載幀 )以幀間空間隔開。如果在總線空閑期間檢測到總線上顯性位將被理解為幀起始。對于接收器，若在幀結束前不存在錯誤，則該幀有效。當送出一個隱性電平，而監(jiān)測到的為顯性電平時，表明節(jié)點丟失仲裁，并且不應再送更多位。其中例外情況是：在仲裁期間，當送出隱性信息位或 ACK 期間送出隱性位時，而檢測到顯性位不會導致位錯誤；送出認可錯誤標志，而檢測到顯性位的節(jié)點也不會導致位錯 誤。 當檢測到以上這 些錯誤之一， MAC 子層啟動發(fā)送錯誤標志。在總線脫離狀態(tài)下，節(jié)點不發(fā)送也不接收任何幀。 正常位時間是正常位速率的倒數(shù)，即：正常位時間 =1/正常位速率 正常位時間可劃分為互不重疊的時間段。為了補償這種不一致，每個 CAN控制器必須要同步到 CAN 幀的邊緣。 [30] 圖 8 CAN 控制器結構框圖 分布式測量系統(tǒng)的總體設計 同步段 傳播段 相伴緩存段 1 相伴緩存段 2 正常位時間 東華理工大學長江學院畢業(yè)設計（論文） CAN 總線技術研究 19 由前面所述， RS485 總線和 CAN 總線都可以用于遠程監(jiān)測控制。層的結構如表 2所示。依托上位機快速數(shù)據(jù)處理運算功能對檢測數(shù)據(jù)進行分析處理。 PIC16F877 的模擬輸入范圍為 0～ 5V，因此要求每一路輸入的電壓值范圍為 0～ 。每一個傳感器的校準及其偏移數(shù)據(jù)的寫入是一件費力的工作。 東華理工大學長江學院畢業(yè)設計（論文） CAN 總線技術研究 21 一般來說，傳感器都是有漂移的，在使用之前傳感器都要先校準。 圖 9 總體結構 作為一個通用的數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)，為增加其通用性，各子節(jié)點具體采集的數(shù)據(jù)類型和控制類型并不事先完全確定好，而只是確定一個大致的方向，針對具體的應用再配以相應的傳感器。各子節(jié)點檢測到數(shù)據(jù)后通過 CAN 控制器發(fā)到 CAN 總線上，并沿 CAN 總線到達接口卡。 結構設計 整個系統(tǒng)設計為分層結構。CAN 控制器進行通信。相位段 1 和相位段 2 這兩個相位緩沖段用于補償相位誤差，這兩個時間段可通過重同 步延長或縮短。 位編碼 /解 碼 位時間 Tb 被定義為一位的持續(xù)時間。錯誤認可節(jié)點在開始進一步發(fā)送前將等待一段附加時間。其中例外是：接收器在幀結束的最后位監(jiān)測到顯性位時，不將其理解為形式錯誤。 錯誤檢測 MAC 子層具有下列錯誤檢測功能：監(jiān)測、填充規(guī)則校驗、幀校驗、 15 位循環(huán)冗余碼校驗和應答校驗。仲裁期間，每個發(fā)送器將發(fā)送位電平同總線上監(jiān)測到的電平進行比較。對于發(fā)送器，若在幀結束前不存在錯誤，則該幀有效?？偩€空閑時，任何節(jié)點均可訪問總線以便發(fā)送。由于超載標志形式破壞了發(fā)送場的固定形式，因此， 所有其他節(jié)點將檢測到一個超載條件，并在其部件上開始發(fā)送一個超載標志。這樣，所有其他節(jié)點將檢測到一個出錯條件，并各自發(fā)送一個錯誤標志。在 MAC 數(shù)據(jù)幀中， RTR位數(shù)值為 1。 MAC 遠程幀 一般來說，數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)發(fā)送方主動發(fā)起。在定義保留位功能前，發(fā)送器只送 0 位。標準幀是 11 位標識符，擴展幀是 29 位標識符。 MAC 子層可響應報文幀、仲裁、應答、錯誤檢測和標定。 邏輯鏈路控制 (LLC)子層 LLC 子層提供的功能包 括：幀接收過濾，超載通告和恢復管理。 FSM 把消息按位排列。在隱性狀態(tài)下， VCANH 和 VCANL 被固定于平均電壓電平， Vdiff 近似為 0。 東華理工大學長江學院畢業(yè)設計（論文） CAN 總線技術研究 11 CAN 是根據(jù)復雜的工業(yè)環(huán)境設計的，具有強有力的檢錯能力，且可以在臨界高噪聲干擾環(huán)境下使用，使得 CAN 總線的應用范圍遍及從高速網絡到低成本的多種網絡。 CAN 總線的主要特點 東華理工大學長江學院畢業(yè)設計（論文） CAN 總線技術研究 10 (1)CAN 總線具有點對點，一點對多點及全局廣 播傳送數(shù)據(jù)的功能，通信介質可以是雙絞線、同軸電纜和光纖，通信距離最遠可達 l0km(速率為 5kbps 時 )，最高速率可達 1Mbps(通信距離可達 40m)； (2)CAN 總線廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼，而代之以對通信數(shù)據(jù)塊 (報文 )進行編碼，采用這種方法的優(yōu)點可使網絡內的節(jié)點個數(shù)在理論上不受限制，數(shù)據(jù)塊的標識碼可由 11 位 (標準幀 )或 29 位 (擴展幀 )二進制數(shù)組成，因此可以定義 211 或 229 個不同的數(shù)據(jù)塊。其總線規(guī)范己被納入國際標準 ISO11898。 FMS 意為現(xiàn)場信息規(guī)范，適用于紡織、樓宇自動化、可編程控制器、低壓開關等。 (3) LONWORKS 東華理工大學長江學院畢業(yè)設計（論文） CAN 總線技術研究 9 局部操作網絡 (Local Operating Network)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。 但是 RS485 總線畢竟只是一個簡單的沒有硬件通訊協(xié)議的物理層，其通訊協(xié)議完全依賴軟件的支持，這就增加了系統(tǒng)通訊軟件的負擔。 RS485具有很強的抑制共模干擾能力，而且接收器具有較高的靈敏度，因此，最大傳輸距離可延長到 1219 米 (速率低于 l00kb/s 時 )，在 100 米范圍內傳輸時速率高達 l0Mb/s，并允許在一條平衡總線上連接多個負載設備，負載設備可以是被動發(fā)送器、接收器或收發(fā)器。它采用非平衡傳輸方式 (即單端通訊 )進行數(shù)據(jù)發(fā)送 /接收，其邏輯電平對地是對稱的，與 TTL, MOS 邏輯電平完 全不同。含 CAN 控制器的單片 機有 Intel公司的 87C196CA/CB； Philips 公司的 80C592， 80CE598； Motorola 公司的 68HC05X4，68HC05X16， 68HC08； Siemens 公司的 SABC5l CLM， SABC167CRLM； Texas Instrument公司的 TMS320F243， Microchip 公司的 PIC18 系列等。 第二章介紹了方案對比， CAN 總線技術的基本原理，并對其物理層和邏輯鏈路層協(xié)議進行了詳細的分析，同時結合實踐經驗，在網絡拓撲、數(shù)據(jù)定義選擇、錯誤預防和實現(xiàn)形式等方面提出了 CAN 總線組網的理論依據(jù)。 [7] 本文研究的內容 在本研究中，利用 CAN 現(xiàn)場總線技術構建一個通用的分布式測量系統(tǒng)。 集中式控制系統(tǒng)在硬件構成上，將每個檢測點發(fā)送來的信號通過輸入接口與集中控制系統(tǒng)相連，經過計算機分析運算后，集中控制系統(tǒng)的輸出信號又通過輸出接口去執(zhí)行機構控制工藝生產。 CAN 在工業(yè)控制中的典型應用有：紡織機、印刷機、打包機、壓縮機、木材處理機、半導體加工設備等。今天，歐洲大多數(shù)的汽車制造者也應用了 CAN 總線，比如奧迪、寶馬、雷諾、大眾、沃爾沃。 [8] CAN 模塊是一個通信控制器，執(zhí)行的是 BOSCH 公司的 ，它能支持， ， 協(xié)議的舊版本和 的現(xiàn)行版本，此控制器模塊包含完整的 CAN 系統(tǒng)。 [3] 此外，由于設備標準化，功能模塊化，因而還具有設計簡單，易于重構等優(yōu)點。 節(jié)省安裝費用：現(xiàn)場總線系統(tǒng)的接線十分簡單，一對雙絞線或一條電纜上通?？蓲旖佣鄠€設備，因而電纜、端子、槽盒、橋架的用量大大減 少，連線設計與接頭校對的工作量也大大減少。通過現(xiàn)場總線構筑自動化領域的開放互連系東華理工大學長江學院畢業(yè)設計（論文） 緒論 2 統(tǒng)。 現(xiàn)場總線系統(tǒng)的特點 現(xiàn)場總線系統(tǒng)的結構特點 現(xiàn)場總線系統(tǒng)打破了傳統(tǒng)控 制系統(tǒng)的結構形式?，F(xiàn)場總線是當今自動化領域技術發(fā)展的熱點之一，被譽為自動化領域的計算機局域網。 分布式測量系統(tǒng) 。研究的具體任務是電源電路、復位電路、晶振電路、串口通信接口電路、 CAN 總線通訊電路節(jié)點、硬件設計圖和總體系統(tǒng)圖。它在計算機和現(xiàn)場設備之間架起一座通信橋梁 ,它是全球數(shù)字化、雙向、多點的通信總線 ,具有開放式、全分布、互操作性的特點 ,是當今自動化領域技術發(fā)展的熱點之一。根據(jù)其特點提出分布式測量系統(tǒng)的結構。 CAN。 [1]它是一種全數(shù)字式、全分散式、全開放、可互操作和開放式互聯(lián)網絡的新一代控制系統(tǒng)；是計算機技術、通信技術和控制技術的綜合與集成；它將通信線一直延伸到生產現(xiàn)場和生產設備，用于制造自動化的現(xiàn)場設備儀表互連的現(xiàn)場通信網 絡。 現(xiàn)場總線系統(tǒng)由于采用了智能現(xiàn)場設備，能夠把原先 DCS 系統(tǒng)中處于控制室的控制模塊、各輸入輸出模塊置入現(xiàn)場設備，加上現(xiàn)場設備具有通信能力，現(xiàn)場的測量變送儀表可以與閥門等執(zhí)行機構直接傳送信號，因而控制系統(tǒng)功能可以不依賴控制室的計算機或控制儀表，直接在現(xiàn)場完成，實現(xiàn)了徹底的分散控制。 (4) 系統(tǒng)結構的高度分散性 現(xiàn)場總線已構成一種新的全分散性控制系統(tǒng)的體系結構。 節(jié)省維護開銷：由于現(xiàn)場控制設備具有自診斷與簡單故障處理的能力，并通過數(shù)字通訊將相關的診斷維護信息送往控制室，用戶可以查詢所有設備的運行，診斷維護信息，以便早期分析故障原因并快速排除，縮短了維護停工時間，同時由于系統(tǒng)結構簡化，連線簡單而減少了維護工作量。CAN 具有可靠性高、支持多主處理、支持優(yōu)先級仲裁、鏈路簡單、配置靈活、芯片資源豐富、成本低廉等特點。在 CAN 總線上檢測到的任何信息都要進行錯誤檢查，然后與過濾器進行比較，判斷是否被接收和存儲到兩個接受寄存器之一。 (3) 移動設施 在一些移 動設施中， CAN 除連接電子控制單元外，還連接探測單元和激勵單元。典型的應用有：電梯控制系統(tǒng)、窗簾控制系統(tǒng)、空調控制系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、房間中央控制系統(tǒng)、舞臺控制系統(tǒng)。它的基本思想就是控制分散、功能分散、危險分散，而操作集中、管理集中，加強了使用者的安全感和信任感。各節(jié)點通過接口卡與上位機通訊，并可由上位機實時監(jiān)測和控制各節(jié)點。 東華理工大學長江學院畢業(yè)設計（論文） CAN 總線技術研究 7 2. CAN 總線技術研究 1991 年 9 月 Philips 公司制定并頒布了 CAN 技術規(guī)范 ， 給出了曾在 CAN 技術規(guī)范版本 中定義的 CAN 報文格式， 定義了標準和擴展的兩種報文格式； 1993年 11 月國際標準化組織 ISO/TC22技術委員會正式頒布了關于 CAN總線的 ISO11898 標準 (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(CAN)