基于can現場總線的分布式控制系統設計優秀及文獻綜述-免費閱讀

　　

【正文】 由于每個傳感器的漂移都 是不一樣的，校準后的偏移數據常常需要存放在各節點的非易失存儲器中。本設計中，每一個節點最多有四路數據采集，每一路輸入都由運算放大器 LM324 放大 10 倍。接口卡接收到 CAN 數據后，把數據打包后通過串口發送到上位機。從頂層控制臺到底層數據采集部分共三層，每一層又細分為幾個子層。一般 CAN 驅動芯片常選用 PCA82C 東華理工大學長江學院畢業設計（論文） CAN 總線技術研究 18 圖 7 位時間的組成 同步 總線上各節點的振蕩器頻率不可能完全一致。在位時間框架內執行的總線管理功能諸如同步狀態，網絡發送延遲補償和采樣點定位均由 CAN 協議集成電路的可編程位定時邏輯確定。 (3) 總 線脫離：當節點發生嚴重錯誤請求故障界定隔離，從而對總線處于關閉狀態時處于總線脫離狀態。 東華理工大學長江學院畢業設計（論文） CAN 總線技術研究 17 (5) 應答錯誤：在發送器 ACK 期間未監測到顯性位時，則檢測到一個應答錯誤。 錯誤類型 (1) 位錯誤：正在向總線送出一位的節點同時監測總線，當監測到的位數值與送出的位數值不同時，則檢測到位錯誤。若相等，則節點可以繼續發送。若一幀被破壞，則進行恢復處理。其他幀發送期 間，等待發送的幀在緊隨間歇場后的第一位啟動。 超載界定符由 8 位隱性位構成。因此，實際上總線上監控到的顯性位序列是由各個節點發送的不同錯誤標志疊加而成。幀起始 (SOF)、控制場、 CRC 場、 ACK 場和幀結束 (EOF)等位場均與 MAC數據幀的相應位場相同。比如一個傳感器節點發出自己的數據幀。 (4) 數據場： MAC 數據場與 LLC 數據場格式相同。一個 MAC 數據幀由七個不同位場構成，如圖 5 所示，它們是：幀起始 (SOFStart Of Frame)、仲裁場、控制場 (兩位保留位+DLC 場 )、數據場、 CRC 場、 ACK 場和幀結束 (EOFEnd Of Frame)。 MAC 子層由被稱為故障界定的一個管理實體監控，它具有永久識別故障或短暫擾動的自檢機制。 幀接收過濾：幀內容由標識符標出。在不同類型的幀發送或者接收時， FSM 不斷改變自己的狀態。在總線空閑或隱性位期間，發送隱性狀態。在國外，尤其是在美國及歐洲， CAN 總線已被廣泛應用于高檔汽車、火 車、船舶、醫療器械、建筑管理、樓宇自動化、機械制造、數控機床、紡織機械、農用機械、液壓傳動、消防管理、傳感器、自動化儀表、環境控制、機器人技術等領域。這種按數據塊編碼的方式，還可以使不同的節點同時接收到相同的數據，這一點在分布式控制系統中非常有用。 CAN 協議建立在 ISO/OSI 七層網絡模型基礎之上，不過其模型結構只取了 OSI 底層的物理層、數據鏈路層和頂層的應用層三層。而隊型則是用于過程自動化的總線類型，它遵從 IEC11582標準。它采用了 ISO/OSI 模型的全部七層協議，應用面向對象的設計方法，通過網絡變量把網絡通信設計簡化為參數設置，其通信速率從 300bps至 ，直接通信距離可達 62700m(78kbps，雙絞線 )；支持雙 絞線、同軸電纜、光纖、射頻、紅外線、電力線等多種介質，被譽為通用控制網絡。并且，在幾乎沒有可靠的總線競爭仲裁與幀重發機制的情況下，數據的丟失率正比于總線數據的流通量。其接口標準是一種多發送器的電路標準，具有多點、雙向通 信能力，便于實現多機通信，同時增加了發送器的驅動能力和沖突保護特性，擴展了總線共模范圍。邏輯 0 電平規定為 +5V～ +15V 之間，邏輯 1 電平為 5V～ 15V 之間。其它如 Bosch， National semiconductor； SGSThomphson， Toshiba 等公司也提供集成有 CAN 協議的芯片。 第三章提出了基于 CAN 總線技術分布式測量系統的總體結構。所謂通用即連接不同的傳感器即可用于不同的應用場合。在控制功能上，它把生產過程信息和生產管理信息匯集起來，既完成生產控制功能，又 完成一定的管理功能。同時，東華理工大學長江學院畢業設計（論文） 緒論 5 還存在一個重要的工業控制領域 —— 機器人控制。 (2) 交通 在某些火車和長途汽車中，應用 CAN 連接剎車控制單元，或者通過 CAN 連接子系統。 CAN 模塊由協議驅動和信息緩沖及控制組成， CAN 協議驅動 CAN 總線上接收和發送信息的所有功能。 現場總線的分類 類型１ IEC 技術報告（即 FF H1） 類型 2 Control Net(美 國 Rockwell 公司支持） 類型 3 Profibus(德國 Siemens 公司支持） 類型 4 PNet(丹麥 Prpcess Data 公司支持） 類型 5 FF HSE(即原 FF H2,美國 FisherRosemount 公司支持） 類型 6 Swiff Net(美國 Boeing 公司支持） 類型 7 World FIP(法國 Alstom 公司支持） 類型 8 Interbus(德國 Phoenix Contact 公司支持） [32] CAN 總線 CAN (Controller Area Network控制器局域 網 )屬于現場總線的范疇，是一種有效支持分布式控制和實時控制的串行通信網絡。當需要增加現場控制設備時，無需增設新的電纜，可就近連接生產過程 現場總線 監控計 算機 執行機構 智能儀器 監控計算機 東華理工大學長江學院畢業設計（論文） 緒論 3 在原有的電纜上，既節省了投資，也減少了設計、安裝的工作量。 圖 1 FCS典型體系結構 (2) 互可操作性與互用性 可操作性，是指實現互連設備之間、系統間的信息傳送與溝通；而互用則意味著不同生產廠家的性能類似的設備可實現相互替換。傳統模擬控制系統采用一對一的設備連線，按控制回路分別進行連接。它越來越廣泛的應用于工業控制、智能建筑和交通等諸多領域。 PIC 單片機 。 本文主要從以下幾個方面闡述： 第一章介紹分布式系統、現場總線的概念和特點，并介紹了傳統的 RS232 和RS485 串行通信標準。東華理工大學長江學院畢業設計（論文） 摘要 I 摘 要 現場總線是安裝在制造或過程區域的現場裝置與控制室內自動控制裝置之間的數字式、串行、多點通信的數據總線。 第二章介紹 CAN 技術的分層結構、幀結構及通信原理。 MCP2510CAN 控制器 東華理工大學長江學院畢業設計（論文） ABSTRACT II ABSTRACT The field bus is installs in the manufacture or in the process region scene installment and the control room between the automatic control device digital, serial, the multispot correspondence data puts up a correspondence bridge between the puter and the scene equipment, it is the global digitization, bidirectional, the multispot correspondence main line, has, the entire distribution, the Interoperability characteristic open style, is now one of automated domain technological development hot spots. CAN (controller area work) belongs to the field bus category, mainly uses in with other auxiliary equipment or the monolithic integrated circuit carries on the munication the module, this kind of connection agreement can carry on the correspondence in the big dry sound environment, has the good resistance to interference. A distributed measurement and control system was developed based on CAN field bus. The technologies in some fields including puter, control, munication, work and circuit design were used which enable a paratively rich functions in monitor and control, in addition to stable performance and friendly interface. Research content includes the research on hardware of node and CANPC interface card, software both running on node and interface card, and software running on PC for monitor and control of CAN research concrete duty is the power circuit, repositions the electric circuit, the crystal oscillator electric circuit, the serial port correspondence connection electric circuit, the CAN main line munication channel node, the hardware design drawing and the overall diagram. The main content of this thesis is as following: In the first chapter of this paper, the conceptions and features of distributed system, field buses are introduced. The traditional RS232 and RS485 serial munication standard are also discussed in this chapter. In the second chapter the CAN hierarchy structure, frame structure and munication principle of CAN technology are introduced. The structure of distributed sensor system is formed according the features of CAN. In the third chapter, the circuits design and chips selection of both interface card and node. In the final part of this paper, a summary of the project is made. The issues about how to perfect this system and development of relative theory and technology are also been discussed. Keywords: Field bus。 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。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。 (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。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。 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。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。在道路管理