【正文】 CAN方發(fā)送子程序流程圖如圖 ， RS485 的類似就不做介紹了 圖 CAN方發(fā)送子程序 是否在接受 調(diào)用 上次發(fā)送是否完成 是否鎖定 調(diào)整參數(shù) 發(fā)送數(shù)據(jù) 返回 Y N Y 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 27 4 試 驗 調(diào)試 在完成了硬件電路的設(shè)計和軟件的設(shè)計后，需要對硬件進(jìn)行調(diào)試。隨后是釋放 CAN 接收緩沖區(qū)，恢復(fù)現(xiàn)場和中斷返回等工作。若為錯誤警告中斷則進(jìn)行相應(yīng)處理，若為接收中斷則接收報文。若會溢出，則不予接收。在轉(zhuǎn)發(fā)報文后，要對相應(yīng)的 FIFO 緩沖區(qū)進(jìn)行參數(shù)調(diào)整。 圖 控制器初始化 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 23 主監(jiān)控程序 主監(jiān)控程序負(fù)責(zé)對 CAN 方和 RS485 方的接收緩沖區(qū)中 FIFO 進(jìn)行監(jiān)視，來判斷接收緩沖區(qū)中是否有報文，從而決定是否發(fā)送以及發(fā)送給誰。初始化子程序包括 SJA1000 的初始化和 RS485 的初始化，總線數(shù)據(jù)的接收均采用中斷方式，發(fā)送數(shù)據(jù)則在主監(jiān)控程序中完成。從軟件的角度來看，用戶對 SJA1000的操作是通過單片機(jī)的訪問外部存儲器指令來完成的，所以 SJA1000 可以被視為擴(kuò) 展RAM。 硬件設(shè)計 整個通信接口電路主要由單片機(jī) AT89S51， CAN 控制器 SJA1000， CAN 收發(fā)器82C250， RS485 收發(fā)器 MAX485 組成， 如圖 所示。在 RS485 網(wǎng)絡(luò)中，只能采用一主多從的方式進(jìn)行通信，網(wǎng)絡(luò)中必須有一個主控 節(jié)點。 CANRS485協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)設(shè)計 基本原理 CAN 總線標(biāo)準(zhǔn)具有物理層和數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，以幀為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，且每幀均攜帶相應(yīng)的 ID 標(biāo)識符，而 RS485 本質(zhì)上僅僅是一個物理層標(biāo)準(zhǔn)，以字節(jié)為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，不帶任何其他附屬信息，其幀格式完全由用戶自己 定義。 A 端和 B 端分別為接收和發(fā)送的差分信號端 ,當(dāng) A 引腳的電平高于 B 時，代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為 1；當(dāng) A 的電平低于 B 端時，代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為 0。采用單一電源 +5 V工作，額定電流為 300 μA，采用半雙工通訊方式。 EA/VPP：外部訪問允許。 ALE/~PROG： 當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時， ALE（地址所存允許）輸出脈沖用于所存地址的低 8 位字節(jié)。對 P3 口寫入“ 1”時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸出端口。 P2 口： P2 口是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL邏輯門電路。 P1 口： P1 是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL邏輯門電路。 引腳功能說明： Vcc： 電源電壓 GND： 地 P0 口： P0 口是一組 8 位漏極開路型雙向 I/O 口，也即地址 /數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。 主要性能參數(shù)： 與 MCS51 產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容 4K 字節(jié)在系統(tǒng)編程（ ISP） Flash 閃速存儲器 1000 次擦寫周期 全靜態(tài)工作模式： 0HZ33MHZ 三級程序加密鎖 128*8 字節(jié)內(nèi)部 RAM 32 個可編程 I/O 口線 2 個 16 位定時 /計數(shù)器 6 個中斷源 全雙工串行 UART 通道 低功耗空閑和掉電模式 中斷可從空閑模式喚醒系統(tǒng) 看門狗（ WDT）及雙數(shù)據(jù)指針 掉電標(biāo)示和快速編程特性 靈活的在系統(tǒng)編程（ ISP字節(jié)或頁寫模式） 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 18 功能特 性概述： AT89S51 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 4K 字節(jié)閃速存儲器， 128 字節(jié)內(nèi)部 RAM， 32 個 I/O口線，看門狗（ WDT），兩個數(shù)據(jù)指針，兩個 16 位定時 /計數(shù)器，一個 5 向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。 未上電的節(jié)點對總線無影響。 斜率控制降低射頻干擾 RFI。它主要應(yīng)用在高速應(yīng)用的場合，速度可達(dá) 1Mbps。 錯誤管理邏輯 (EML) EML負(fù)責(zé)傳送層中調(diào)制器的錯誤界定。它還執(zhí)行錯誤檢測、仲裁、總線填充和錯誤處理。 CPU在此 FIFO 的支持下，可以在處理報文的時候接收其它報文。 發(fā)送緩沖器 (TXB) 發(fā)送緩沖器是 CPU和 BSP(位 流處理器 )之間的接口，能夠存儲發(fā)送到 CAN 網(wǎng)絡(luò)上的完整報文。信息緩沖區(qū)分為發(fā)送緩沖區(qū)和接受緩沖區(qū)。有些內(nèi)部的寄存器只能在復(fù)位模式下訪問，有些寄存器只能在工作模式下訪問，而有些寄存器在這 2 種模式下都可以訪問。在設(shè)計接口電路時 ， SJA1000 的片選地址應(yīng)與其他外部存儲器的片 選地址在邏輯上無沖突。它在完全兼容 PCA82C200 的基礎(chǔ)上，增加了一種新的工作模式 PeIiCAN， SJA1000 完全支持具有很多新特性的 協(xié)議。第一個場由來自各站的錯誤標(biāo)志疊加得到，第二個場是出錯界定符。 遠(yuǎn)程幀：總線單元發(fā)出遠(yuǎn)程幀，請求發(fā)送具有同一識別符的數(shù)據(jù)幀。 CAN 支持 4 種不同類型報文幀。報文中的標(biāo)識符 ID 描述了數(shù)據(jù)的含義。 CAN報文規(guī)范 CAN 總線以報文為單位進(jìn)行信息傳送。在通訊過程中，收發(fā)雙方都要對附加的控制信息進(jìn)行檢查判別，并作出相應(yīng)的處理，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸過程中的流量控制、差錯控沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 13 制，保證數(shù)據(jù)的無差錯傳輸。發(fā)送器在同步段前改變輸出的位數(shù)值。在兩個單元 同時分別發(fā)送顯和隱性電平時，總線上的數(shù)值將是顯性電平。 CAN 是一個多主機(jī)局部網(wǎng)，它的串行通信鏈路采用一條多個單元均可連接的總線。此后， 1993 年 11 月 ISO 正式頒布了道路交通運(yùn)輸工具 數(shù)據(jù)信息交換 高 速通信控制器局域網(wǎng) (CAN)國際標(biāo)準(zhǔn) IS011898，為控制器局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化鋪平了道路。 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 12 3 CANS485 協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)的設(shè)計 CAN協(xié)議規(guī)范 隨著 CAN 在各種領(lǐng)域的應(yīng)用和推廣，對其通信格式的標(biāo)準(zhǔn)化提出了要求。為了將各種現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)集成，實現(xiàn)整個底層的網(wǎng)絡(luò)化控制，就需 要設(shè)計各種現(xiàn)場總線之間協(xié) 的協(xié)議 網(wǎng)關(guān) ，為了滿足工業(yè)控制的實時性要求，它們傳送的數(shù)據(jù)幀多為短幀，當(dāng)要傳送很長的數(shù)據(jù)信息的時候，就只能進(jìn)行分割傳送，這在控制網(wǎng)絡(luò)的底層，具有協(xié)議簡單、安全可靠、實時性好等特點，但是在上層的企業(yè)信息網(wǎng)中就會影響信息的傳輸量和傳輸速度，如果采用以太網(wǎng)的 TCP/IP 技術(shù)，就會大大提高數(shù)據(jù)的傳輸效率。 （ 3） 工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)不同于普通數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的最大 特點在于它必須滿足控制對實時性的要求。 現(xiàn)場總線與以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān) 以太網(wǎng)技術(shù)從出現(xiàn)到現(xiàn)在的幾十年間得到了飛速的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域也從最初的辦公自動化發(fā)展到工業(yè)控制、樓宇自動化等領(lǐng)域。下面對系統(tǒng)中各網(wǎng)關(guān)的需求進(jìn)行分析。 生產(chǎn)決策層 生產(chǎn)決策層一方面根據(jù)企業(yè)內(nèi)部的生產(chǎn)過程，執(zhí)行企業(yè)內(nèi)部的物流管理，確定企業(yè)的整體生產(chǎn)調(diào)度；另一方面，可以通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器與外部 Inter 相連，方便遠(yuǎn)程客戶對控制網(wǎng)絡(luò)的各種信息查詢、故障監(jiān)控，與分布 比較分散的企業(yè)的營銷單元之間進(jìn)行信息交互，收集市場信息，以便決策 [5]。現(xiàn)場控制器通過網(wǎng)關(guān)與控制網(wǎng)絡(luò)相連，可以在現(xiàn)場底層實行簡單的控制。其主要技術(shù)是現(xiàn)場總線技術(shù)，將現(xiàn)場總線連接起來成為很多不同的網(wǎng)段，現(xiàn)場節(jié)點通過其自帶的現(xiàn)場總線接口與現(xiàn)場總線相連。 在一個控制網(wǎng)絡(luò)中，企業(yè)要把 經(jīng)營決策、管理、計劃、調(diào) 度、現(xiàn)場控制等緊密地聯(lián)系在一起，進(jìn)行綜合信息處理， 就必須對企業(yè)的生產(chǎn)情況進(jìn)行實時地監(jiān)管： 各車間要對生產(chǎn)過程進(jìn)行有效的自動化控制，管理層要實時地獲得第一手的生產(chǎn)數(shù)據(jù)等等。主要表現(xiàn)在以下幾個方面： 企業(yè)上下信息的集成 根據(jù)美國著名信息咨詢集團(tuán) GartnerGroup 和美國先進(jìn)制造研究中心 AMR 等組織的調(diào)查和統(tǒng)計，現(xiàn)有的控制系統(tǒng)中存在著一個極為突出的問題：在企業(yè)的經(jīng)營管理計劃層和底層控制層之間存在著 “鴻溝 ”，即上層的管理決策層和底層的現(xiàn)場控制層之間信息很難實時共享。 完成了 CAN 總線與 RS485 網(wǎng)關(guān)的軟件設(shè)計開發(fā)，并調(diào)試 CPU與 RS485 間的通信 ，實現(xiàn)簡單數(shù)據(jù)的交互。這種總線規(guī)范已被國際標(biāo)準(zhǔn)化組織制定為國際標(biāo)準(zhǔn)，在工業(yè)現(xiàn)場測控領(lǐng)域和樓宇自動化得到了廣泛應(yīng)用 [3]。數(shù)據(jù)鏈路層與以太網(wǎng)相似，采用載波偵聽多路訪問/沖突檢測（ CSMA/CD）機(jī)制，最多可連接 110 個節(jié)點。 基金會現(xiàn)場總線的主要技術(shù)內(nèi)容 包括有： FF通信協(xié)議；用于完成開放互聯(lián)模型中第2～ 7層通信協(xié)議的通信棧（ Communication Stack） 。 H2的傳輸速率可為 1Mbps和 ，其通信距離分別為 750m和 500m。其前身是以美國 FisherRosemount公司為首，聯(lián)合 Foxboro、橫河、 ABB、西門子等 80家公司制定的 ISP協(xié)議，以及以 Honeywell公司為首，聯(lián)合歐洲等地的 150家公司制定的 World FIP協(xié)議。其傳輸介質(zhì)可以是雙絞線，也可以是光纜。該項技術(shù)是以西門子公司為主的十幾家德國公司、研究所共同推出的。由PROFIBUSDP、 PROFIBUSFMS 和 PROFIBUSPA 組成了 PROFIBUS 系列。 FF 分低速 H1 和高速 H2兩種通信速率，前者傳輸速率為 ，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。在這種新形勢下，新一代分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)將必須要考慮多種現(xiàn)場總線的集成，將工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的各種現(xiàn)場總線智能設(shè)備集成到一個完整的、統(tǒng)一的、開放的系統(tǒng)中，以適應(yīng)市場上多種現(xiàn)場總線并存 的局面和用戶的實際應(yīng)用需求 [3]。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。與其他工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)相比，現(xiàn)場總線采用串行的雙向的數(shù)字通信方式，具有實時性好、穩(wěn)定性高等特點，迅速發(fā)展成為工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)中使用最廣泛的通信網(wǎng)絡(luò)，為工業(yè)自動化底層現(xiàn)場設(shè)備之間、現(xiàn)場設(shè)備與控制系統(tǒng)之間架起了信息化的網(wǎng)絡(luò)橋梁。 由于現(xiàn)場總線的實時、可靠、低成本、使用方便等特點，使其在控制現(xiàn)場層得到廣泛的應(yīng)用，與之相關(guān)的各種網(wǎng)關(guān)也隨之在工業(yè)控制的各個領(lǐng)域得到廣泛的研究與應(yīng)用。 近年來，隨著現(xiàn)場總線技術(shù)和控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的興起，控制系統(tǒng)向著分散化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的方向發(fā)展。 局域網(wǎng)與 WAN 互連。 具有將分組分段和組裝的能力。對不同工作速率的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互連時，需要有某種流量控制機(jī)構(gòu)來控制輸入到其他網(wǎng)絡(luò)上的信息流，網(wǎng)關(guān)常用的流量控制方式有：源站僅 在得到允許時才進(jìn)行傳輸；強(qiáng)制源站減少它們向網(wǎng)絡(luò)提供的負(fù)荷。 網(wǎng)關(guān)的功能主要有以下幾個方面： 具有協(xié)議轉(zhuǎn)換能力。應(yīng)用網(wǎng)關(guān)也可以用于將局域網(wǎng)客戶機(jī)與外部數(shù)據(jù)源相連，這種網(wǎng)關(guān)為本地主機(jī)提供了與遠(yuǎn)程交互式應(yīng)用的連接。如私有廣域網(wǎng)和公有的因特網(wǎng)。目前，根據(jù)功能的不同主要有三種網(wǎng)關(guān)： 協(xié)議網(wǎng)關(guān) 協(xié)議網(wǎng)關(guān)通常在使用不同協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)區(qū)域間做協(xié)議轉(zhuǎn)換。與 網(wǎng)橋 只是簡單地傳達(dá)信息不同，網(wǎng)關(guān)對收到的信息要重新打包，以適應(yīng)目的系統(tǒng)的需求。網(wǎng)關(guān)在傳輸層上以實現(xiàn) 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián) ，是最復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備，僅用于兩個高層協(xié)議不同的網(wǎng)絡(luò)互連。把以太網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到工業(yè)控制中，實現(xiàn)控制網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的融合，成為控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的一個新的發(fā)展方向，不僅可以為 企業(yè)的生產(chǎn)沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 2 管理帶來很多方便，提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，而且為控制網(wǎng)絡(luò)走向全開放性、全分布式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)奠定了堅實的基礎(chǔ)。 在生產(chǎn)管理層上，隨著計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、通信等技術(shù)的發(fā)展，信息共享在工 業(yè)控制領(lǐng)域引起了自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的深刻變革?？梢姡喾N總線共存的局面在一個很長時間內(nèi)存在仍是無法避免的。要實現(xiàn)工控機(jī)與現(xiàn)場總線之間的連接，通過工控機(jī)就能對以現(xiàn)場總線組網(wǎng)的各生產(chǎn)線設(shè)備、儀表進(jìn)行控制，這就需要設(shè)計現(xiàn)場總線到各種串行接口的網(wǎng)關(guān)。企業(yè)的生產(chǎn)線、生產(chǎn)車間、控制室、上層管理部門之間迫切需要信息共享。 關(guān)鍵詞 ： 現(xiàn)場總線； CAN； RS485；網(wǎng)關(guān) 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 II Abstract With the development of science and technology, the fieldbus technology is playing more and more important role in all areas. With its realtime, reliable, low cost, easy to use, fieldbus technology is widely used on site in the control contrast to the other fieldbus, CAN bus is the easiest and mos