【文章內(nèi)容簡介】 決定接收或屏蔽該報文； （ 6）可靠的錯誤處理和檢錯機(jī)制； （ 7）發(fā)送的信息遭到破壞后，可自動重發(fā)； （ 8）節(jié)點(diǎn)在發(fā)生錯誤且情況很嚴(yán)重的情況下具有自動退出總線的功能； 因此它是一項(xiàng)以智能傳感器、控制、計算機(jī)、數(shù)字通信、網(wǎng)絡(luò)為主要內(nèi)容的綜合性技術(shù)。其主要的技術(shù)特點(diǎn)如下： (1) CAN 總線的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具有高度的分散性、它是一種全新的分布式控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu) ,正因?yàn)槿绱诉@極大地簡單化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)便于使用。 (2)對現(xiàn)場環(huán)境的適應(yīng)性 CAN 總線支持雙絞線、同軸電纜、光纜、射頻、紅外線、電力線等 ,具有特別厲害的抗干擾能力 ,可以采用兩線制實(shí)現(xiàn)供電和通信這兩項(xiàng)技能 ,并可 以滿足安全防爆的要求。由于 CAN 總線結(jié)構(gòu)簡單 ,所以不要使用 DCS 系統(tǒng)的信號調(diào)理，轉(zhuǎn)換隔離等功能單元和其他復(fù)雜的接線 ,節(jié)省了硬件數(shù)量和投資簡單的連線設(shè)計 ,節(jié)省了安裝費(fèi)用。設(shè)備具有自診斷與簡單處理故障的能力 ,極大的減少了維護(hù)工作量 。 設(shè)備的互換性，智能化，大大提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和可靠性 ,而且還它還具有設(shè)計簡單 ,易于重新構(gòu)造等優(yōu)點(diǎn)。 CAN 總線的優(yōu)點(diǎn) 貴陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 7 頁 共 30 頁 (l)CAN 總線具有實(shí)時性強(qiáng)、抗電磁干擾能力強(qiáng)、成本低和傳輸距離較遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)。采用雙線串行通信方式，檢錯能力強(qiáng)，可以在高噪聲干擾環(huán)境中工作。具有優(yōu)先權(quán)和仲裁功能 ，多個控制模塊通過 CAN 控制器接到其上面，形成多主機(jī)局部網(wǎng)絡(luò)?？筛鶕?jù)報文的ID 決定接收或屏蔽該報文 .可靠的錯誤處理和檢錯機(jī)制 .發(fā)送的信息遭到破壞后，可自動重發(fā)。 (2)節(jié)省安裝費(fèi)用 .CAN 總線系統(tǒng)的接線方式其實(shí)是十分簡單 ,容易操作的，由于一對雙絞線或者是一條電纜上通?？蓲旖佣鄠€設(shè)備 ,因而電纜、端子、槽盒、橋架的用量可以大大的減少 ,連線設(shè)計與接頭校對的工作量也大大減少 當(dāng)我們需要增加現(xiàn)場控制設(shè)備時 ,根本就不需要增設(shè)新的電纜 ,我們可以就近連接在原有的電纜上 ,不但大大的節(jié)省了投資 ,而且還減少了設(shè)計 .安裝的工作量。 (4)根據(jù) CAN 總線設(shè)備的智能化 .數(shù)字化來看，它從根本上提高了測量與控制的準(zhǔn)確度 ,減少了傳送誤差。與此同時 ,由于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡化 ,使得設(shè)備極大的減少 ,設(shè)備也減少一些，現(xiàn)場儀表的功能加強(qiáng) ,提高了系統(tǒng)的工作可靠性 .除此此外 ,由于它的設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化和功能模塊化 ,因而還具有設(shè)計通熟易懂 ,易于運(yùn)用等優(yōu)點(diǎn)。 光電檢測領(lǐng)域 光電檢測技術(shù)是一門新興的檢測技術(shù)。與其他技術(shù)運(yùn)營相比這門技術(shù)其實(shí)就是充分利用電子技術(shù)對光學(xué)信息進(jìn)行分析、檢測并下一步的傳遞、儲存、計算、控制和顯示等。 光電檢測的特點(diǎn) 光電檢測技術(shù)其實(shí)很 簡單的，就是將光學(xué)技術(shù)與電子技術(shù)相結(jié)合實(shí)現(xiàn)對各種量的測量 ,它具有如下這幾點(diǎn)特點(diǎn)。 (l)高精度、光電檢測的精度是將所有檢測技術(shù)中精度最高的一種。 (2)遠(yuǎn)距離大量程、光是最便于遠(yuǎn)距離傳播的介質(zhì) ,特別適用于遙測和遙控 ,例如光電跟蹤、武器制導(dǎo)、電視遙測等。 (3)壽命長 .其實(shí)在理論上光的傳播是用不會有任何的磨損的 ,只要復(fù)現(xiàn)性做得好 ,那么我們就可以認(rèn)為它可以 長 久的使用。 （ 4)具有超強(qiáng)的信息處理和運(yùn)算能力 ,可以將及其錯綜復(fù)雜信息并行處理，而且當(dāng)我 貴陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 8 頁 共 30 頁 們用光電方法還可以便于信息的控制和存儲 ,易于 實(shí)現(xiàn)自動化 ,易于與計算機(jī)連接 ,易于實(shí)現(xiàn)智能化等 .真的是不得了啊。 光電檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢 現(xiàn)代檢測技術(shù)是現(xiàn)代一切科技和當(dāng)代工業(yè)部門能正常運(yùn)轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)之一。光電檢測技術(shù)不但是是現(xiàn)代檢測技術(shù)中的中及其重要組成部分 ,而且隨著發(fā)展其重要性也是越來越有明顯的體現(xiàn) .其表現(xiàn)在以下方面： (l)發(fā)展納米、因?yàn)榧{米高精度的光電檢測是現(xiàn)在的新技術(shù) 。 (2)發(fā)展小型的、快速的微型光機(jī)電檢測系統(tǒng)。 (3)非接觸、快速在線測量。用來以滿足快速增長的商品經(jīng)濟(jì)的需要。 (4)要努力向人們無法觸及的領(lǐng)域發(fā)展 ，這樣才會取得更大的進(jìn)步。 隨著現(xiàn)代微處理器技術(shù)的發(fā)展 ,作為機(jī)器人的視覺系統(tǒng)已經(jīng)被人們提到議事日程上 ,它直接影響著機(jī)器人的發(fā)展和完善。 本文的主要研究內(nèi)容 針對當(dāng)代汽車的發(fā)展趨勢 ,本文設(shè)計了一種基于 CAN總線的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) ,并將其應(yīng)用于汽車的加速度測量中由于在汽車各個部件中 ,有著各種各樣的干擾源以及不可預(yù)見的情況發(fā)生。因此要求整個系統(tǒng)都必須具有很高的抗干擾能力和糾錯能力 ,同時還需要對各種模擬與數(shù)字信號進(jìn)行及時的傳輸 ,并且對傳感器發(fā)出的命令與數(shù)據(jù)做到實(shí)時的響應(yīng) 這就要求被選擇的總線標(biāo)準(zhǔn)精確可靠 .抗干擾性強(qiáng) .實(shí)時性高。己經(jīng)成為該應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展的一大趨勢。其主要優(yōu)點(diǎn)如下幾點(diǎn) : (1)總線訪問的優(yōu)先權(quán)是取決于報文標(biāo)識符 ,這樣就使得多主設(shè)計變成為了可能。 (2)非常強(qiáng)的錯誤處理能力 ,這樣就為系統(tǒng)的可靠運(yùn)行創(chuàng)造非常良好的條件。 貴陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 9 頁 共 30 頁 第 2 章 CAN 總線技術(shù) CAN 總線介紹 CAN 總線全名應(yīng)該是“控制器局域網(wǎng)絡(luò)總線”。是 BOSCH 公司 20 世紀(jì) 80 年代為解決現(xiàn)代汽車中眾多的控制與測試儀器之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換而研發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信技術(shù)。它是總線的一種與我們常見的 USB 總線屬于一類技術(shù)，只不過 CAN 總線采用差 分信號傳輸、有很強(qiáng)的錯誤識別、通信距離長、因此被用到一些特殊的場合，比如汽車、加工廠等干擾較強(qiáng)的地方。 CAN 總線被廣泛應(yīng)用于汽車、火車、輪船、機(jī)器人、機(jī)械制造、數(shù)控機(jī)床等領(lǐng)域。 CAN 總線的基本工作原理 CAN 總線的結(jié)構(gòu)是一中很典型的串行總線的結(jié)構(gòu)形式。 CAN 總線中一個節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息 ,再由多個節(jié)點(diǎn)接收信息。正因?yàn)槿绱?CAN 總線的信息存取方式使用的是一種廣播式的存取工作方式，這種方式完全不同于令牌方式和主從方式。與其他網(wǎng)絡(luò)不同 ,在 CAN 總線的通信協(xié)議中 ,它支持的是基于報文的工作方式，所以既不會有節(jié) 點(diǎn)地址的概念 ,也沒有任何與節(jié)點(diǎn)地址相聯(lián)的信息存在。也就是說 ,CAN 總線面向的是數(shù)據(jù)卻不是節(jié)點(diǎn) ,因此加入或者撤銷節(jié)點(diǎn)設(shè)備是不會影響網(wǎng)絡(luò)的工作 ,十分適用于控制系統(tǒng)要求快速、可靠、簡明的特點(diǎn)。 基于 CAN總線的汽車加速度信息采集處理系統(tǒng)的設(shè)計另外一個好處是新的節(jié)點(diǎn)可以隨時方便地加入到現(xiàn)有的系統(tǒng)中 ,而不需對所有節(jié)點(diǎn)進(jìn)行重新編程以便它們能識別這一新節(jié)點(diǎn)。一旦這個新節(jié)點(diǎn)加入到網(wǎng)絡(luò)中 ,它就開始接收信息 ,判別信息標(biāo)識 ,然后將所得的信息通過傳感器發(fā)送到顯示器上，繼而得到我們要得到的信息。 CAN 總線的特點(diǎn) （ 1） 低成本； 現(xiàn)在用一個控制器和收發(fā)器就夠了。在相對復(fù)雜的遠(yuǎn)距離網(wǎng)絡(luò)中性價比比較高 ,可靠性也是降低后期成本的主要原因。 貴陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 10 頁 共 30 頁 （ 2）極高的總線利用率； 有完善的仲裁機(jī)制。而且可以使用硬件自動完成仲裁。所以，在負(fù)載比較大的網(wǎng)絡(luò)中比較適用，不容易出現(xiàn)因?yàn)閾矶聦?dǎo)致的通信錯誤和總線癱瘓。 （ 3）很遠(yuǎn)的數(shù)據(jù)傳輸距離 (長達(dá) 10Km)； 距離就看收發(fā)器的能力了。而且 CAN 協(xié)議是不限制傳輸介質(zhì)的，也就是說使用光纜可以繞地球一圈。 （ 4）高速的數(shù)據(jù)傳輸速率（高達(dá) 1Mbit/s）； CAN 一般都是用獨(dú)立的硬件，所 以可以使用較高的波特率。 不過這些優(yōu)點(diǎn)都是在特定的條件下才成立的。比如一個小網(wǎng)絡(luò)，安全要求又很低。那么 can 的成本反而很高。 CAN 協(xié)議分析 協(xié)議的分層結(jié)構(gòu) CAN 總線遵從 150/051 模型 ,以確?？梢栽谌魏蝺蓚€ CAN 器件之間建立兼容性。但是考慮到 CAN總線主要應(yīng)用于工業(yè)控制底層網(wǎng)絡(luò) ,其單次傳輸?shù)男畔⒘坑直容^小 ,實(shí)時性要求較高 ,因此綜合考慮 150/051基準(zhǔn)模型 ,將 CAN結(jié)構(gòu)劃分為兩層 :數(shù)據(jù)鏈路層和物理層 ,其分層結(jié)構(gòu)如圖 所示 ,而應(yīng)用層可以由用戶自行定義。 圖 CAN總線的分層結(jié)構(gòu) 貴陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 11 頁 共 30 頁 物理層 (1)物理信令 (PLSphysiealSignaling)用于實(shí)現(xiàn)與位表示定時和同步相關(guān)的功能。 (2)物理媒體附屬裝置 (PMA)用于總線發(fā)送與接收的功能電路 ,并且可以提供總線出故障時的檢測方法。 (3)媒體相關(guān)接口 (MDI)用來作用于物理媒體和 MAU 之間的機(jī)械以及電氣接口。 數(shù)據(jù)鏈路層 按照 和 標(biāo)準(zhǔn) ,數(shù)據(jù)鏈路層又可劃分為邏輯鏈路控制 (LLC 一LogicLinkContr01)與媒體訪問控制 (MACMediumAccessControl)兩個部分 LLC 子層 :主要負(fù)責(zé)幀接收濾波、超載通知和恢復(fù)管理。在丟失仲裁情況下 ,可以退出仲裁并轉(zhuǎn)入接收方式、構(gòu)造出錯幀并開始發(fā)送 。接收功能主要包括 .接收媒體訪問管理以及接收數(shù)據(jù)卸裝。 CAN 總線的通信線路由兩根導(dǎo)線組成 ,分別由 CANH 和 CANL 組成，網(wǎng)絡(luò)中所有的節(jié)點(diǎn)都掛接在該總線上 ,并且都通過這兩根導(dǎo)線交換數(shù)據(jù)?？偩€上某一時刻顯現(xiàn)的數(shù)值由兩根導(dǎo)線上電壓 VCAN 一和 VCAN_L 的差值表示。該差分電壓 Vdiff 可表示顯性和隱性兩種互補(bǔ)的邏輯數(shù)值 .而在隱性狀態(tài)下差分電壓 Vdiff 近似于顯性狀態(tài) Vdiff 則大于一個最小值。在 CAN 總線標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議中規(guī)定顯性表示邏輯 0,而隱性則表示邏輯 1。 當(dāng)在總線上同時出現(xiàn)顯性位和隱性位同時發(fā)送時 ,節(jié)點(diǎn)發(fā)送驅(qū)動電路的設(shè)計使得總線數(shù)值表現(xiàn)為顯性 .在總線空閑位期間 ,總線則會將表現(xiàn)隱性狀態(tài)顯性狀態(tài)改寫隱性狀態(tài)啟動發(fā)送并進(jìn)行各節(jié)點(diǎn)之間的同步。 報文傳輸及其幀結(jié)構(gòu) CAN 總線技術(shù)規(guī)定在報文傳輸過程中 ,發(fā)送報文的單元稱為該報文的發(fā)送器。該單元在總線丟失總線仲裁之前恒為發(fā)送器、如果一個單元不是報文發(fā)送器 ,并且總線不處于空閑狀態(tài) ,則該單元為接收器。對于報文的發(fā)送和接收 ,其實(shí)際有效時刻是基于 CAN 總線的數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)的設(shè)計不同的。按功能大致可以具體分為以下四種： 數(shù)據(jù)幀 :數(shù)據(jù)幀會將數(shù)據(jù)從發(fā)送器發(fā)送至接收器。 遠(yuǎn)程幀 :總線單元發(fā)送數(shù)據(jù) ,請求發(fā)送具有同識別符的數(shù)據(jù)幀。 錯誤幀 :由檢測到總線錯誤的任何單元發(fā)出錯誤幀。 過載幀 :過載幀用以在先行和后續(xù)的數(shù)據(jù)幀之間提供一附加的延時。 以下將逐一對各幀的結(jié)構(gòu)做詳細(xì)介紹； 貴陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 12 頁 共 30 頁 (l)數(shù)據(jù)幀 數(shù)據(jù)幀由 7 個 不 同 的 區(qū) 域 組 成 ， 幀 起 始 (StartofFrame) 、仲裁區(qū)域(AthitrationField)、控 制區(qū)域 (ControlField)、數(shù)據(jù)區(qū)域 (DataField)、 CRC 區(qū)域(CRCField)、應(yīng)答區(qū)域 (ACKField)、幀結(jié)尾 (EndofFrame)、數(shù)據(jù)區(qū)域長度可為 0。其結(jié)構(gòu)如圖 所示： 幀起