基于can現場總線的分布式控制系統(tǒng)設計優(yōu)秀及文獻綜述(完整版)

　　

【正文】 幀或遠程幀。 [24]其中：數據幀將數據由發(fā)送器傳至接收器；遠 程幀由節(jié)點發(fā)送，以請求發(fā)送具有相同標識符的數據幀：出錯幀可由任何節(jié)點發(fā)送，以檢測總線錯誤，而超載幀用于提供先前和后續(xù)數據幀或遠程幀之間的附加延時。 (2) 仲裁場：仲裁場由來自 LLC 子層的標識符和 RTR(Remote TransmissionRequest，遠程傳送請求 )位構成。 (6) ACK 場： ACK 場為兩位： ACK 隙和 ACK 界定符。源節(jié)點收到遠程幀后，將向目標節(jié)點發(fā)送數據幀作為響應。 (1) 錯誤標志 有兩種錯誤標志形式：活動錯誤標志 (active error flag)和認可錯誤標志東華理工大學長江學院畢業(yè)設計（論文） CAN 總線技術研究 15 (passiveerror flag)。 (2) 錯誤界 定符錯誤界定符由 8位隱性位構成。 幀間空間包括間歇場和總線空閑場。當發(fā)送器在發(fā)送位流中檢測到 5 個數值相同的連續(xù)位 (包括填充位 )時，它在實際發(fā)送位流中，自動插入一個補碼位。決定哪一個節(jié)點可以發(fā)送數據被稱為仲裁。 基于競爭的仲裁依靠標識符和緊隨其后的 RTR 位完成。 (3) CRC 錯誤： CRC 序列由發(fā)送器的 CRC 計算結果構成。當檢測到 CRC 錯誤時，錯誤幀在緊隨 ACK 界定符后開始發(fā)送。節(jié)點將檢測到錯誤并重發(fā)幀，其狀態(tài)變成為錯誤認可，但不會由此進入脫離總線狀態(tài)。 同步段用于同步總線上的各種 ECU。 (2) 只有連續(xù)兩次采樣點數值不同的邊沿才被用于同步。特別是多節(jié)點應用時優(yōu)勢突出。這些子節(jié)點通過雙絞線連接在一起，雙絞線兩端各接一個 120Ω的匹配電阻形成回路。 [22] 東華理工大學長江學院畢業(yè)設計（論文） CAN 總線技術研究 20 表 2. 系統(tǒng)結構層次 層 子層 功能 上機機層 應用接口層 人機 介面，向操作者提供直觀的監(jiān)控界面以及參數設置 節(jié)點類層 把節(jié)點層的節(jié)點映射為一個類，對節(jié)點的檢測和控制映射為節(jié)點類的方法調用 后臺數據庫層 保存所有檢驗信息和各節(jié)點的其它信息，用于支撐整個系統(tǒng)的運行 串口通信層 從串口接收和發(fā)送數據，內置了和校驗，串口數據重組等，為上層提供數據?？傊庸?jié)點只要求四路輸入量是在一定范圍內的電壓信號，而各路電壓信號的具體含義留到上位機監(jiān)測控制軟件處理。為了消除這種不方便，本系統(tǒng)的設計上，使用上位機軟件校正的方法，從而大大提高校準的方便性。各被控制的輸出口具體含義由上位機軟件具體規(guī)定。這對于大部分應用都是足夠的。各子節(jié)點由定時器觸發(fā)，約 10s 進行一次 A/D 轉換檢測數據。交換系統(tǒng)的響應時間變長，性能受到一定影響，而 CAN 總線具有優(yōu)良的性能和可靠性，以多主方式工作，能使系統(tǒng)的各模塊實現多主通信，充分發(fā)揮各單片機 的功能； (4) CAN 的通信介質可為雙絞線、同軸電纜或光纖，選擇靈活。 (4) 所有滿足規(guī)則的 (1)和 (2)的其它隱性至顯性的跳變沿將被用于重同步。傳播段用于補償網絡內的物理延遲時間。 (2) 實現總線發(fā)送 /接收的功能電路并提供總線故障檢測方法。 (1) 錯誤激活：正?？偩€通信的節(jié)點檢測到錯誤時，發(fā)出一個活動錯誤標志，中斷當前總線傳輸。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。若具有相同標識符的數據幀和遠程幀同時發(fā)送，數據幀比遠程幀有較高優(yōu)先權。 許多節(jié)點一起開始發(fā)送時，此時只有發(fā)送具有最高優(yōu)先權幀的節(jié)點變?yōu)榭偩€主站。 一幀由 SOF 場開始逐個位場進行發(fā)送，在一場內應首先發(fā) 送最高位。間歇期間不允許節(jié)點開始發(fā)送數據幀或遠程幀，僅起標注超載條件的作用。超載幀與出錯幀類似。 一個檢測到出錯狀態(tài)的節(jié)點，借助發(fā)送活動錯誤標志來標注。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。 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。 對物理接口訪問 對 LLC 子層訪問 接收數據封裝 發(fā)送數據封裝 發(fā)送媒體訪問管理 接收媒體訪問管理 接收數據解碼 發(fā)送數據解碼 LLC 子層 東華理工大學長江學院畢業(yè)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。 MAC 數據幀 有兩種類型的數據幀：標準幀和擴展幀。 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(fā)送部分和接收部分。 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。在顯性位期間，顯性狀態(tài)改寫隱性狀態(tài)并發(fā)送。 CAN 上的總線數值為兩種互補邏輯數值之一：顯性或隱性。 (5)在每 一幀中都有 CRC 校驗、總線監(jiān)測、位填充及其報文格式檢查等檢錯措施，數據差錯率低。當節(jié)點嚴重錯誤時，具有自動關閉功能，以切斷該節(jié)點與總線的聯系，使總線上的其他節(jié)點及其通信不受影響，具有較強的抗干擾能力。 (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(zhí)行部件間的數據通信。由 DP， FMS， PA 組成了 PROFIBUS 系列。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 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(guī)范，可以在 RS422 網絡中應用。所以只適合本地設備單發(fā)、單收通信。目前較流行的現場總線主要有以下幾種： RS232C， RS485，LONWORKS， PROFI BUS， CAN。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。 重點要解決的問題有：利用 CAN 現場總線技術實現各節(jié)點和上位機的通信；各節(jié)點和接口卡長期穩(wěn)定地工作；上位機軟件對 CAN 總線上各節(jié)點動態(tài)實時監(jiān)測；方便快捷地對各傳感器的偏移進行修正。在技術上也由單純的分散型控制到實現全系統(tǒng)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(tǒng)和 信道復用等。別的應用還有：望遠鏡系統(tǒng)、飛行模擬器、高能量物理實驗、畜舍監(jiān)視系統(tǒng)等。 (4) 工業(yè)控制 CAN 網絡大量地應用在各種工業(yè)控制系統(tǒng)中。 [6] (1) 汽車 在引擎系統(tǒng)中應用 CAN 總線連接多個電子控制單元 (ECU)。搭配不同的傳 感器，可以應用在不同的場合。 提高了系統(tǒng)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。 現場總線的優(yōu)點 由于現場總線的以上特點，特別是現場總線系統(tǒng)結構的簡化，使控制系統(tǒng)從設計、安裝到正常生產運行及其檢修維護，都體現出優(yōu)越性?，F場總線開發(fā)者就是要致力于建立統(tǒng)一的工廠底層網絡的開放系統(tǒng)。它作為智能設備的聯系紐帶，把掛接在總線上、作為網絡節(jié)點的智能設備連接為網絡系統(tǒng)，并進一步構成自動化系統(tǒng)，實現基本控制、補償計算、參數修改、報警、顯示、監(jiān)控、優(yōu)化及管理控制一體化的綜合自動化功能。MCP2510 CAN controller 東華理工大學長江學院畢業(yè)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(fā)展 .......................................................................................... 1 現場總線系統(tǒng)的特點 ................................................................................... 1 現場總線系統(tǒng)的結構特點 ........................................................................ 1 現場總線系統(tǒng)的技術特點 ........................................................................ 1 現場總線的優(yōu)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(tǒng)及現場總線的發(fā)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 .......................................................................................... 12 邏輯鏈路控制 (LLC)子層 ........................................................................... 12 媒體訪問控制 (MAC)子層 ......................................................................... 12 MAC 幀結構 .....................................................