基于can現場總線的分布式控制系統設計優秀及文獻綜述(文件)

　

【正文】 。 (2) 實現總線發送 /接收的功能電路并提供總線故障檢測方法。在總線脫離狀態下，節點不發送也不接收任何幀。 (1) 錯誤激活：正常總線通信的節點檢測到錯誤時，發出一個活動錯誤標志，中斷當前總線傳輸。 當檢測到以上這 些錯誤之一， MAC 子層啟動發送錯誤標志。當所計算的 CRC 序列不等于接收到的序列時，則檢測到 CRC 錯誤。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點也不會導致位錯 誤。若具有相同標識符的數據幀和遠程幀同時發送，數據幀比遠程幀有較高優先權。當送出一個隱性電平，而監測到的為顯性電平時，表明節點丟失仲裁，并且不應再送更多位。 許多節點一起開始發送時，此時只有發送具有最高優先權幀的節點變為總線主站。對于接收器，若在幀結束前不存在錯誤，則該幀有效。 一幀由 SOF 場開始逐個位場進行發送，在一場內應首先發 送最高位。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。間歇期間不允許節點開始發送數據幀或遠程幀，僅起標注超載條件的作用。 幀間空間 數據幀和遠程幀同前述的任何幀 (數據幀、遠程幀、出錯幀、超載幀 )以幀間空間隔開。超載幀與出錯幀類似。此序列的總長度在最小值 6 位與最大值 12位之間變化。 一個檢測到出錯狀態的節點，借助發送活動錯誤標志來標注。 若數據幀和遠程幀同時在總線上發送時，由于數據幀在標識碼后一位是顯性位，而遠程幀是隱性位，數據幀將贏得仲裁而優先發送。一個遠程幀由 6 個不同位場構成：幀起始 (SOF)、仲裁場、控制場 (兩位保留位 +DLC 場 )、CRC 場、 ACK 場、幀結束 (EOF)，如圖 6 所示。但是目標節點也可以主動向源節點請求數據。 ACK 界定符為 ACK 場的第二位，必須是隱性位，因此， ACK 隙被兩個 隱性位(ACK 界定符和 CRC 界定符 )所包圍。 (5) CRC 場： CRC 場包括 CRC 序列，后隨 CRC 界定符。 對物理接口訪問 對 LLC 子層訪問 接收數據封裝 發送數據封裝 發送媒體訪問管理 接收媒體訪問管理 接收數據解碼 發送數據解碼 LLC 子層 東華理工大學長江學院畢業設計（論文） CAN 總線技術研究 14 (3) 控制場：控制場由六位構 成，包括兩位用于擴展的保留位。 幀起始 仲裁場 控制場 數據場 CRC場 ACK場 幀結束 圖 5 MAC標準數據幀 (1) 幀起始 (SOF)：標志數據幀和遠程幀的起始，它由單個顯性位構成。 MAC 數據幀 有兩種類型的數據幀：標準幀和擴展幀。 MAC 子層特性不存在修改的靈活性。 媒體訪問控制 (MAC)子層 MAC 子層功能由如圖 4 所示的功能模型描述，在此模型中將 MAC 子層劃分為完全獨立工作 的兩部分，即發送部分和接收部分。標識符并不能指明幀的目的地，但描述數據的含義。 CAN 總線的分層結構 CAN 遵從 OSI 模型，按照 OSI 基準模型， CAN 結構劃分為兩層 [23][31]：數據鏈路層和物理層。有限狀態器串行控制發送 /接收移位寄存器， CRC 寄存器以及總線上的串行數據。在顯性位期間，顯性狀態改寫隱性狀態并發送。顯性狀態以大于最小閾值的差分電壓表示。 CAN 上的總線數值為兩種互補邏輯數值之一：顯性或隱性。國內外應用CAN 技術新的研究正在蓬勃發展，并不斷有新的應用產生。 (5)在每 一幀中都有 CRC 校驗、總線監測、位填充及其報文格式檢查等檢錯措施，數據差錯率低。 (3)網絡上任意 一個節點均可以主動地向其它節點發送數據，是一種多主總線。當節點嚴重錯誤時，具有自動關閉功能，以切斷該節點與總線的聯系，使總線上的其他節點及其通信不受影響，具有較強的抗干擾能力。 CAN 總線的信號傳輸介質可為雙絞線、同 軸電纜或光纖。 (5) CAN CAN 是控制器局域網絡 (Controller Area Network)的簡稱，最早由德國的 BOSCH 公司推出，用于汽車內部測量與執行部件間的數據通信。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、數據鏈路層和應用層。由 DP， FMS， PA 組成了 PROFIBUS 系列。 LonWorks技術所采用的 LonTalk協議被封裝在稱之為 Neuron的神經元芯片中而得以實現。例如在單幢多層住宅中構建的智能網絡單元， RS485 總線技術完全能滿足網絡單元內數據傳輸要 求。 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。 RS485 的差分輸入范圍為 7V+12V，接收器最小輸入阻抗為 12kΩ ，抗干擾能力強，能滿足 RS422 的所有規范，可以在 RS422 網絡中應用。 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，接口電路簡單，系統成本低。所以只適合本地設備單發、單收通信。因此 RS232C 驅動器與 TTL電平連接必須經過電平轉換。目前較流行的現場總線主要有以下幾種： RS232C， RS485，LONWORKS， PROFI BUS， CAN。 1993 年 3 月國際 CAN 總 線用戶及制造商協會在歐洲正式成立，協會的名稱簡寫為 Cia (CAN in Automation)，其任務為制訂修改 CAN 的有關協議，解決 CAN 總線應用中的問題，提供 CAN 總線開發工具及產品，推廣 CAN 總線的應用，并定期出版刊物。如 CAN 控制器有 Intel 公司的 82526，82527； Philips 公司的 82C200， SJA1000； NEC 公司的 72021； Siemens 公司的 SAB81C90/91。 結 束語中對基于 CAN 總線技術的網絡系統在未來的發展進行了展望。 重點要解決的問題有：利用 CAN 現場總線技術實現各節點和上位機的通信；各節點和接口卡長期穩定地工作；上位機軟件對 CAN 總線上各節點動態實時監測；方便快捷地對各傳感器的偏移進行修正。各節點分布在不同的位置，每節點 4 路傳感器，并以 CAN 總線連接。在技術上也由單純的分散型控制到實現全系統的管理，引入局部網絡技術（便于多機資源共享），分散控制系統和 信道復用等。 1975 年，美國的 Honey Well 公司推出了第一套 DCS 分散控制系統。別的應用還有：望遠鏡系統、飛行模擬器、高能量物理實驗、畜舍監視系統等。 (5) 樓宇自動化系統 在樓宇自動控制系統中 ， CAN 總線主要用于子網的組建中，而不是主干網絡。 (4) 工業控制 CAN 網絡大量地應用在各種工業控制系統中。在道路管理中， CAN 被用在負責交通安全和法規保障的測量設備中，現在已有的基于 CAN 的實現多種功能的智能節點，如紅燈監視和速度測量。 [6] (1) 汽車 在引擎系統中應用 CAN 總線連接多個電子控制單元 (ECU)。信息裝載到某 個相應的數據寄存器再發送，通過讀相應的寄存器可檢查狀態與錯誤信息。搭配不同的傳 感器，可以應用在不同的場合。 CAN 的通信速率為 5kbps～ 1Mbps，最大傳輸距離可達 10km(通信速率為 5kbps 時 )，節點數可達 110，傳輸介質為雙絞線。 提高了系統的準確性與可靠性：由于現場總線設備的智能化、數字化，與模擬信號相比，它從根本上提高了測量與控制的精確度，減少了傳送誤差。據有關典型實驗工程的測算資料表明，可節約安裝費用 60％以上。 現場總線的優點 由于現場總線的以上特點，特別是現場總線系統結構的簡化，使控制系統從設計、安裝到正常生產運行及其檢修維護，都體現出優越性。 (3) 現場設備的智能化與功能自治性 它將傳感測量、補償計算、工程量處理與控制等功能分散到現場設備中完成，僅靠現場設備即可完成自動控制的基本功能，并可隨時診斷設備的運行狀態。現場總線開發者就是要致力于建立統一的工廠底層網絡的開放系統。而現場總線則是把智能設備掛接在總線上，多個設備共用一條總線。它作為智能設備的聯系紐帶，把掛接在總線上、作為網絡節點的智能設備連接為網絡系統，并進一步構成自動化系統，實現基本控制、補償計算、參數修改、報警、顯示、監控、優化及管理控制一體化的綜合自動化功能。 現場總線技術的發展 現場總線是 90 年代初期興起的一種先進的工業控制技術。MCP2510 CAN controller 東華理工大學長江學院畢業設計（論文） 目錄 III 目 錄 摘 要 ................................................................. I ABSTRACT .............................................................. II 目 錄 .............................................................. III 緒論 ................................................................... 1 現場總線 ................................................................................................................. 1 現場總線技術的發展 .......................................................................................... 1 現場總線系統的特點 ................................................................................... 1 現場總線系統的結構特點 ........................................................................ 1 現場總線系統的技術特點 ........................................................................ 1 現場總線的優點 ........................................................................................... 2 現場總線的分類 ........................................................................................... 3 CAN 總線 ................................................................................................................. 3 CAN 模塊 ....................................................................................................... 3 CAN 模塊支持的幀類型 ............................................................................... 4 CAN 總線技術在多方面的應用 ................................................................... 4 分布式系統及現場總線的發展 ............................................................................. 5 本文研究的內容 ..................................................................................................... 5 2. CAN 總線技術研究 ..................................................... 7 方案對比 ................................................................................................................. 7 CAN 總線的主要特點 ............................................................................................. 9 CAN 總線的分層結構 .....................