【正文】 總線通訊節(jié)口中集成了 CAN 協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能，可以完成對(duì)通訊數(shù)據(jù)的成幀處理，包括位填充、數(shù)據(jù)塊編碼、循環(huán)冗余校驗(yàn)、優(yōu)先級(jí)判別等多項(xiàng)工作。9．CAN 的通訊介質(zhì)可為雙絞線、同軸電纜或光纖，選擇靈活。10．CAN 節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下具有自動(dòng)關(guān)閉輸出功能，以使總線上其它節(jié)點(diǎn)的操作不受影響。按照 CAN 總線協(xié)議，CAN 總線可以是任意拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的，但一般來(lái)說(shuō)，CAN 總線主要以下 4 種常見(jiàn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：總線拓?fù)?。總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是由單根電纜構(gòu)成，該電纜連接網(wǎng)絡(luò)中所有的節(jié)點(diǎn)?；谶@種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)很容易實(shí)現(xiàn)，且組建成本很低，但擴(kuò)展性較差。環(huán)形拓?fù)?。在環(huán)形拓?fù)渲?，每個(gè)節(jié)點(diǎn)與兩個(gè)最近的節(jié)點(diǎn)相連接以使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)形成一個(gè)環(huán)，數(shù)據(jù)沿著環(huán)向一個(gè)方向發(fā)送。當(dāng)環(huán)中的節(jié)點(diǎn)不斷增加時(shí)，響應(yīng)時(shí)間就會(huì)變長(zhǎng)。星形拓?fù)?。星形網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)通過(guò)一個(gè)中央設(shè)備連接在一起。網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)發(fā)送到中央設(shè)備，再由中央設(shè)備將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)。網(wǎng)狀拓?fù)洹Ｔ诰W(wǎng)狀拓?fù)渲?，每個(gè)節(jié)點(diǎn)之間都是直接互聯(lián)的。網(wǎng)狀拓?fù)涫侨蒎e(cuò)性最強(qiáng)的結(jié)構(gòu)，但是他的一個(gè)缺點(diǎn)就是成本問(wèn)題，將 CAN 總線網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)與其它節(jié)點(diǎn)相連接需要大量的專用線路。CAN 總線節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì)主要包括三大部分：CAN 節(jié)點(diǎn)初始化、報(bào)文發(fā)送和報(bào)文接收。根據(jù)可燃性氣體報(bào)警器的功能知道，可燃性氣體報(bào)警器處理的數(shù)據(jù)和信號(hào)主要是三個(gè)來(lái)源：按鍵信號(hào)、氣體濃度信號(hào)和實(shí)時(shí)時(shí)鐘信號(hào)。處理數(shù)據(jù)過(guò)程有：響應(yīng)按鍵和處理氣體濃度信號(hào)。輸出信號(hào)有：輸出報(bào)警信號(hào)、顯示氣體濃度信號(hào)和時(shí)間和通過(guò) CAN 總線上傳氣體濃度信號(hào)。 主程序主程序流程圖如圖 42 所示，程序見(jiàn)附錄 2。河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)26初 始 化開(kāi) 始檢 測(cè) CANP0amp。X3確 定 狀 態(tài)P0amp。X3=0X?P0amp。X3=0X1?P0amp。X3=0X1?調(diào) 時(shí) 鐘 程 序顯 示 時(shí) 間YESNONO ，故 障 P2.=1,=0,30聲 報(bào) =1YES接 收 地 址顯 示 地 址，火 警 =P2.=0,30聲 報(bào) =1 返 回YES河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)27接 收 地 址顯 示 地 址掃 描 鍵 盤(pán)確 定 鍵 值執(zhí) 行 相 應(yīng) 程 序？是 S1按 下 嗎 接 收 濃 度顯 示 濃 度返 回 YN圖 42 主程序流程圖河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)28 初始化子程序SJA1000 的初始化只有在復(fù)位模式下才可以進(jìn)行初始化，主要包括工作模式的設(shè)置、中斷允許寄存器 IER 的設(shè)置、驗(yàn)收濾波器模式的設(shè)置、接收屏蔽寄存器 AMR 和接收代碼寄存器 ACR 的設(shè)置、波特率參數(shù)設(shè)置、輸出模式的設(shè)置等。在完成 SJAI000 的初始化設(shè)置以后 SJAI000 就應(yīng)回到工作狀態(tài)進(jìn)行正常的通信任務(wù)。SJAl000 有二種工作模式：復(fù)位模式和工作模式。在復(fù)位模式下可對(duì)接收代碼、接收屏蔽、總線時(shí)序寄存器 O 和 1 及輸出控制寄存器進(jìn)行設(shè)置。一般在 CAN 初始化時(shí)完成對(duì)以上寄存器的設(shè)置，當(dāng) CAN 進(jìn)入工作模式后，它們的值就不再變化。在工作模式下可進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。特別要注意的是：當(dāng)硬件復(fù)位或控制器掉線時(shí)會(huì)自動(dòng)進(jìn)入復(fù)位模式，這樣就不能進(jìn)行正常的 CAN通信，這就要求對(duì)復(fù)位位進(jìn)行監(jiān)控。當(dāng)發(fā)生硬件復(fù)位或控制器掉線而進(jìn)入復(fù)位模式時(shí)，要求把復(fù)位位置為 0 并進(jìn)入工作模式，這樣 CAN 就能進(jìn)行正常發(fā)送和接收。SJAI000 的初始化流程圖如圖 43 所示。 報(bào)文發(fā)送子程序發(fā)送子程序負(fù)責(zé)節(jié)點(diǎn)報(bào)文的發(fā)送。發(fā)送時(shí)用戶只需將待發(fā)送的數(shù)據(jù)按特定格式組合成一幀報(bào)文，送入 SJA1000 發(fā)送緩存區(qū)中，然后啟動(dòng) SJA1000 發(fā)送即可。當(dāng)然在往 SJA1000 發(fā)送緩存區(qū)送報(bào)文之前必須先作一些判斷。發(fā)送程序分發(fā)送遠(yuǎn)程幀和數(shù)據(jù)幀兩種，遠(yuǎn)程幀無(wú)數(shù)據(jù)場(chǎng)。報(bào)文發(fā)送 子程序流程圖如圖 44所示。 報(bào)文接收子程序接收子程序負(fù)責(zé)節(jié)點(diǎn)報(bào)文的接收以及其它情況處理。接收子程序要復(fù)雜一些，因?yàn)樵谔幚斫邮請(qǐng)?bào)文的過(guò)程中，同時(shí)要對(duì)諸如總線關(guān)閉、錯(cuò)誤報(bào)警、接收溢出等情況進(jìn)行處理。 SJA1000 報(bào)文的接收主要有兩種方式：中斷接收方式和查詢接收方式，如果對(duì)通信的實(shí)時(shí)性要求不是很強(qiáng)，可以采用查詢接收方式。兩種接收方式編程的思路基本相同。本文采用報(bào)文接收?qǐng)?bào)文接收子程序流程圖如圖 45 所示。河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)29開(kāi) 始 初 始 化 或 重 新 配 置關(guān) 閉 主 控 制 器 中 的CAN中 斷 源請(qǐng) 求 進(jìn) 入 復(fù) 位 模 式檢 查 是 否 進(jìn) 入復(fù) 位 模 式配 置 時(shí) 鐘 分 頻 寄 存 器配 置 驗(yàn) 收 代 碼 和驗(yàn) 收 屏 蔽 寄 存 器配 置 總 線 定 時(shí) 寄 存 器配 置 輸 出 控 制 寄 存 器請(qǐng) 求 進(jìn) 入工 作 模 式是 否 進(jìn) 入工 作 模 式 ，開(kāi) 放 CAN中 斷 開(kāi)放 主 控 制 器 中 的中 斷 源配 置 結(jié) 束YNYN圖 43 SJAI000 的初始化流程圖河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)30發(fā) 送 緩 沖 器狀 態(tài) 釋 放下 載 要 發(fā) 送 的 信 息到 發(fā) 送 緩 沖 器置 位 發(fā) 送 請(qǐng) 求 位運(yùn) 行 其 他 任務(wù) 或 簡(jiǎn) 單 的在 這 里 循 環(huán)NY請(qǐng) 求 發(fā) 送 一 條 信 息圖 44 報(bào)文發(fā)送子程序流程圖接 收 緩 沖 器狀 態(tài) 為 滿從 接 收 緩 沖 器讀 新 的 信 息 并 保 存釋 放 接 收 緩 沖 器（ 置 位 命 令 RB為）釋 放 應(yīng) 用 特 殊 過(guò) 程如 繼 續(xù) 接 收 信 息繼 續(xù) 其 他 任 務(wù)YN：請(qǐng) 求 校 驗(yàn) 收 到 的 信 息圖 45 報(bào)文接收子程序流程圖河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)31 時(shí)鐘子程序?qū)懕Ｗo(hù)操作寄存器：當(dāng)寫(xiě)保護(hù)寄存器的最高位為 0 時(shí)，允許數(shù)據(jù)寫(xiě)入寄存器。寫(xiě)保護(hù)寄存器可以通過(guò)命令字節(jié) 8E,8F 來(lái)規(guī)定禁止寫(xiě)入/讀出，寫(xiě)保護(hù)不能在多字節(jié)傳送模式下寫(xiě)入。單字節(jié)傳送方式：通過(guò)字節(jié)傳送，可以向 DS1302 寫(xiě)入秒，分，小時(shí)等字節(jié)以及從 DS1302 中讀取秒，分，小時(shí)等字節(jié)數(shù)據(jù)，只是命令字不同。多字節(jié)傳送方式：當(dāng)命令字節(jié)為 BE 或 BF 時(shí)，DS1302 工作在多字節(jié)傳送模式，8 個(gè)時(shí)鐘/日歷寄存器從寄存器 0 地址開(kāi)始連續(xù)讀寫(xiě)從 0 位開(kāi)始的數(shù)據(jù)。DS1302 子程序流程圖如圖 46 所示。開(kāi) 始變 量 初 始 化使 DS1302備 寫(xiě) 保 護(hù)復(fù) 位 端 產(chǎn) 生一 個(gè) 高 電 平寫(xiě) DS1302地 址延 時(shí) 一 段 時(shí) 間向 該 地 址 寫(xiě) 數(shù)據(jù)地 址 增 加復(fù) 位 端 產(chǎn) 生一 個(gè) 高 電 平數(shù) 據(jù) 寫(xiě) 完 了？嗎 寫(xiě) DS1302地 址延 時(shí) 一 段 時(shí) 間將 該 地 址 的數(shù) 據(jù) 讀 出數(shù) 據(jù) 讀 完 了？嗎 將 數(shù) 據(jù) 顯 示NY YN圖 46 DS1302 子程序流程圖河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)325 抗干擾技術(shù)為了增強(qiáng) CAN 總線節(jié)點(diǎn)的抗干擾能力，SJA1000 的 TX0 和 RX0 并不是直接與 82C250 的 TXD 和 RXD 相連，而是通過(guò)高速光耦 6N137 后和 82C250 相連，這樣就很好實(shí)現(xiàn)了總線上各 CAN 節(jié)點(diǎn)間的電氣隔離。不過(guò)應(yīng)該特別說(shuō)明的一點(diǎn)是光耦部分電路所采用的兩個(gè)電源 VCC 和 VDD 必須完全隔離，負(fù)責(zé)采取光耦也就失去了意義。電源的完全隔離可采用小功率電源隔離模塊或帶多 5V隔離輸出的開(kāi)關(guān)電源模塊實(shí)現(xiàn)。這一部分雖然增加了節(jié)點(diǎn)的復(fù)雜性，但卻提高了節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定性和安全性。82C250 與 CAN 總線的接口部分也采取了一定的安全和抗干擾措施。82C250 與 CANH 和 CANL 引腳各自通過(guò)一個(gè) 5Ω 的電阻與 CAN 總線相連。電阻可起到一定的限流作用，保護(hù) 82C250 免受過(guò)流的沖擊。CANH 和 CANL 與地之間并聯(lián)了兩個(gè) 30pF 的小電容，可以起到濾除總線上的高頻干擾和一定的防電磁輻射的作用。另外，在兩根 CAN 總線接入端與地之間分別反接了一個(gè)保護(hù)二極管，當(dāng) CAN 總線有較高的負(fù)電壓時(shí)，通過(guò)二極管的短路可起到一定的過(guò)壓保護(hù)作用。河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)336 經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)分析本設(shè)計(jì)用到的芯片中都是一些常見(jiàn)且經(jīng)常用到的芯片，單片機(jī)采用的的是AT89S52，它基本上和 80C51 單片機(jī)的功能一樣，只是在一些功能上又有擴(kuò)展，它的經(jīng)濟(jì)性是很合理的。CAN 總線中用到的 SJA1000 和 82C250 也是 CAN 總線系統(tǒng)中經(jīng)常用到的芯片，價(jià)格也很合理。SJA1000 是 PHILIPS 公司的 PCA82C200 獨(dú)立 CAN 控制器的替代品，有一系列先進(jìn)的功能，適合于多種應(yīng)用，特別在系統(tǒng)優(yōu)化、診斷和維護(hù)方面非常重要。82C250 是協(xié)議控制器和物理傳輸線路之間的接口。此器件對(duì)總線提供差動(dòng)發(fā)送能力，對(duì) CAN 控制器提供差動(dòng)接收能力性能和價(jià)格值得選擇。光電隔離芯片選用的是 6NI37 高速光耦，CAN 總線系統(tǒng)中首選器件。采集時(shí)間用到的時(shí)鐘芯片 DS1302 是一種集成芯片，用它可以簡(jiǎn)化電路，是整個(gè)電路圖看起來(lái)簡(jiǎn)單明了。顯示電路選用的是數(shù)碼管，比較常見(jiàn)，價(jià)格液比較便宜。電源采用橋式整流電路，因?yàn)榘雽?dǎo)體器件飛速發(fā)展的今天二極管的價(jià)格很低，可以降低整個(gè)設(shè)計(jì)的成本。河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)34結(jié) 論本論文研究了可燃?xì)怏w報(bào)警控制系統(tǒng)的的原理及國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r，簡(jiǎn)單介紹了在設(shè)計(jì)中用到的各種芯片的功能及應(yīng)用，并給出了設(shè)計(jì)的總體框圖，原理圖，程序流程圖和程序。設(shè)計(jì)了基于 CAN 總線的可燃?xì)怏w控制器，它能夠檢測(cè)可燃?xì)怏w的濃度和地址，具有報(bào)警指示和輸出功能，具有故障指示和輸出功能，具有濃度顯示和查看功能，具有電源工作狀態(tài)指示功，具有同可燃?xì)怏w探測(cè)器通訊功能，巡檢探測(cè)器、接收探測(cè)器信息并向探測(cè)器傳送命令功能。當(dāng)可燃?xì)怏w濃度超限時(shí)，控制器發(fā)出聲光指示，并同時(shí)啟動(dòng)報(bào)警輸出設(shè)備。本設(shè)計(jì)由于時(shí)間原因還有許多功能沒(méi)有完成，還有許多地方需要完善，這是對(duì)本設(shè)計(jì)的一個(gè)擴(kuò)展，希望以后能有機(jī)會(huì)繼續(xù)完成。本論文所作的工作如下：⑴ 系統(tǒng)全面地闡述了國(guó)內(nèi)外火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)發(fā)展的歷史、現(xiàn)狀、趨勢(shì)以及火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的分類(lèi)，簡(jiǎn)要說(shuō)明了研究火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的意義，闡明了 CAN 總線的獨(dú)特之處及其優(yōu)勢(shì)。⑵ 分別介紹主控制器 AT89S52 單片機(jī)、故障及報(bào)警聲光報(bào)警控制電路、鍵盤(pán)及顯示部分，電源電路以及擴(kuò)展芯片 8155，CAN 通訊總線及總線控制器SJA1000 的工作原理及特點(diǎn), PAC82C250,高速光電藕合器 6N137。⑶ 介紹了 CAN 現(xiàn)場(chǎng)總線在基于 CAN 總線的可燃?xì)怏w報(bào)警控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，給出了整體的設(shè)計(jì)方法，從各個(gè)基本電路出發(fā)，初步完成了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。重點(diǎn)介紹對(duì)工作狀態(tài)的檢測(cè)及對(duì)數(shù)據(jù)的處理。致謝35致 謝本次的設(shè)計(jì)及論文的撰寫(xiě)工作都是在崔春艷老師的精心指導(dǎo)下完成的，在設(shè)計(jì)進(jìn)行期間，崔老師為我悉心解答，她開(kāi)闊的視野、淵博的知識(shí)和敏銳的思維、扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)以及不厭其煩的解答令我受益匪淺。崔老師在多年來(lái)的研究過(guò)程積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，她在傳授知識(shí)的過(guò)程中所表現(xiàn)出來(lái)的嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)術(shù)態(tài)度、一絲不茍的工作作風(fēng)給了我極其深刻的印象。在此對(duì)崔春艷老師致以崇高的敬意和衷心的感謝。感謝崔老師在設(shè)計(jì)上對(duì)我的教導(dǎo),崔老師豐富的知識(shí)拓寬了我的視野,讓我能更順利的完成這次設(shè)計(jì)；感謝我的同學(xué)們,你們不僅讓我感受到友情的力量,也讓我感覺(jué)到了生活的愉悅；還要感謝大學(xué)期間我的所有老師，謝謝你們教給我的知識(shí),沒(méi)有你們的幫助,這個(gè)設(shè)計(jì)是無(wú)法完成的。感謝自動(dòng)化教研室及信電學(xué)院的全體老師在本科階段的學(xué)習(xí)中給予的無(wú)私指導(dǎo)。他們對(duì)待科學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度都令人欽佩，是我以后的榜樣。再次感謝在設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中所有幫助過(guò)我的老師和同學(xué)。參考文獻(xiàn)36參考文獻(xiàn)[1] C 語(yǔ)言編程與實(shí)例 北京：人民郵電出版社，[2] 單片機(jī)程序設(shè)計(jì)快速入門(mén) 北京：人民郵電出版社，[3] 總線原理和應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].（北京）北京航空航天大學(xué)出版社 2022 [4] 新型 AT89S52 系列單片機(jī)及其應(yīng)用 北京：清華大學(xué)出版社 [5] 總線測(cè)控技術(shù)及應(yīng)用 北京：電子工業(yè)出版社 [6] 北京：電子工業(yè)出版社 [7] 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Revision . December 1, 2022[12] Kopetzh A Comparison of CAN and TIP [J].Annual ReviewsinControl,2022（24） 參考文獻(xiàn)37科技文章摘譯1 FAULT CONFINEMENT OF CANWith respect to fault confinement a unit may be in one of three states:? “error active” ? “error passive”? “bus off” An “error active” unit can normally take part in bus munication and sends an ACTIVE ERROR FLAG when an error has been detected.An “error passive” unit must not send