基于can現(xiàn)場總線的分布式控制系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)秀及文獻(xiàn)綜述(更新版)

　　

【正文】 ..................................................... 13 MAC 數(shù)據(jù)幀 ................................................................................................ 13 出錯幀 ......................................................................................................... 14 超載幀 ......................................................................................................... 15 幀間空間 ..................................................................................................... 15 MAC 幀編碼和發(fā)送 /接收 .......................................................................... 15 錯誤檢測 ..................................................................................................... 16 錯誤類型 .................................................................................................. 16 錯誤界定規(guī)則 ........................................................................................ 17 物理層 .................................................................................................................... 17 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 目錄 IV 物理層功能模型 ......................................................................................... 17 位編碼 /解碼 ................................................................................................ 17 同步 ............................................................................................................. 18 CAN 控制器 ........................................................................................................... 18 分布式測量系統(tǒng)的總體設(shè)計 ............................................................................... 18 3 硬件設(shè)計 ............................................................ 22 PIC 單片機優(yōu)點和特點 ........................................................................................ 22 MCP2510 CAN 控制器特點 ................................................................................ 23 PCCAN 接口卡設(shè)計 ............................................................................................ 24 電源電路 ..................................................................................................... 26 復(fù)位電路 ..................................................................................................... 27 晶振電路 ..................................................................................................... 28 串口通信接口電路 ..................................................................................... 28 CAN 總線通訊電路 ..................................................................................... 29 節(jié)點硬件設(shè)計 ....................................................................................................... 30 4 結(jié)論與展望 .......................................................... 34 結(jié)論 ....................................................................................................................... 34 致 謝 ................................................................ 36 參考文獻(xiàn) .............................................................. 37 附錄 1 CAN 通訊部分 ................................................... 38 附錄 2 CAN 接口卡原理圖 ............................................... 39 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 緒論 1 緒論 現(xiàn)場總線 現(xiàn)場總線是一種數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)。 關(guān)健詞： 現(xiàn)場總線 。系統(tǒng)中采用了計算機、控制 、通信、網(wǎng)絡(luò)和電路設(shè)計等多領(lǐng)域的技術(shù)，使系統(tǒng)具有較完備的監(jiān)測功能和控制功能，穩(wěn)定的性能、友好的界面。 本文采用 CAN 現(xiàn)場總線技術(shù)，設(shè)計開發(fā)了一種分布式測量控制系統(tǒng)。 最后是全文的工作總結(jié)，對系統(tǒng)的完善與相關(guān)理論和技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行了展望。 PIC single chip puter。 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng) (FCS)既是一個開放通信網(wǎng)絡(luò)，又是一種全分布控制系統(tǒng)。通信協(xié)議公開，各不同廠家的設(shè)備之間可實現(xiàn)信息交換。 (5) 對現(xiàn)場環(huán)境的適應(yīng)性 現(xiàn)場總線是專為現(xiàn)場環(huán)境而設(shè)計的，可支持雙絞線、同軸電纜、光纜、射頻、紅外線、電力線等，具有較強的抗干擾能力，能采用兩線制實現(xiàn)供電與通信。避免因選擇了某一品牌的產(chǎn)品而限制了其它設(shè)備的選擇范圍。系統(tǒng)中采用了計算機、測量、通信、網(wǎng)絡(luò)和電路設(shè)計等多領(lǐng)域的技術(shù)，使系統(tǒng)除了有豐富的監(jiān)測功能和較完備的控制功能，還具有穩(wěn)定的性能、友好的界面。 CAN 總線技術(shù)在多方面的應(yīng)用 CAN 總線最初是應(yīng)用在汽車工業(yè)中的，但 CAN 總線系統(tǒng)也被廣泛應(yīng)用在其它多個領(lǐng)域中，這其中包括交通、移動設(shè)施、工業(yè)控制、樓宇自動化系統(tǒng)和一些特殊的應(yīng)用領(lǐng)域。同時， CAN 也被應(yīng)用在海上交通設(shè)施的電子設(shè)備中。近年來，幾個大的醫(yī)療設(shè)施制造者已開始使用 CAN， Siemens 已決定使用 CANopen 作為這些設(shè)施的高層協(xié)議。 DCS 經(jīng)歷了初創(chuàng)期（ 19751980）、成熟期（ 19801995）和擴展期（ 1985 以后）。東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 緒論 6 上位機監(jiān) 測和控制軟件的研制。世界半導(dǎo)體知名廠商推出了 CAN 總線產(chǎn)品。 [9] 方 案對比 自 80 年代末以來，有幾種現(xiàn)場總線技術(shù)逐漸在一些應(yīng)用領(lǐng)域顯示了自己的優(yōu)勢，它們具有各自的特點。因此， RS232C 存在數(shù)據(jù)傳輸速率慢、傳送距離短、串口處各信號間容易產(chǎn)生串?dāng)_等種種缺點，而且， RS232C 是專門為點對點 (即只用一對收、發(fā)設(shè)備 )通訊而設(shè)計的，其驅(qū)動器負(fù)載為 3～ 7kΩ。匹配電阻接至總線電纜的兩端，但在短距離與低速率傳輸時可以不必考慮，判斷標(biāo)準(zhǔn)為 :當(dāng)信號的轉(zhuǎn)換時間 (上升或下降時間 )超過電信號沿總線單向傳輸所需時間的 3 倍以上時就 可以不加匹配電阻。盡管如此，由于其在長線傳輸?shù)目垢蓴_能力以及傳輸速率的優(yōu)勢， RS485 總線在小系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中還是有著廣泛的應(yīng)用。 (4) PROFI BUS PROFIBUS 是納入德國國家標(biāo)準(zhǔn) DIN19245 和歐洲標(biāo)準(zhǔn) EN50170 的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。最多可掛接 127 個站點。 CAN 的信號傳輸采用短幀結(jié)構(gòu)，每一幀的有效字節(jié)數(shù)為 8 個，因而傳輸時間短，受干擾概率低。 (4)數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)字段長度最多為 8 個字節(jié)，這樣不僅可以滿足工控領(lǐng)域中傳送控制命令、工作狀態(tài)和測量數(shù)據(jù)的一般要求，同時， 8個字節(jié)不會占用總線時間過長，從而保證了通信的實時性，并且受干擾概率低。 表 1 CAN 總線系統(tǒng)的最大傳輸距離與位速度的關(guān)系 位速率（ bps） 1M 500k 250k 125k 100k 50k 20k 10k 5k 最大總路線長度（ m） 40 130 270 530 620 10k CAN 總線物理上由兩根線 VCANH和 VCANL構(gòu)成。顯性位和隱性位的電壓如圖 3所示。總線上信息的自動重發(fā)也是由 FSM 處理。 恢復(fù)管理：發(fā)送期間，對于丟失仲裁或被錯誤干擾的幀， LLC 子層具有自動重發(fā)送功能。另外，數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀以幀間空間與先前幀隔開。在 MAC 數(shù)據(jù)， RTR 中， RTR 位數(shù)值為 0。發(fā)送節(jié)點的 ACK 場中，送出兩個隱性位；所有接收到匹配 CRC 序列的節(jié)點，以顯性位改寫發(fā)送器的隱性位送出一個應(yīng)答。遠(yuǎn)程幀與數(shù)據(jù)幀有兩個地方不一樣：首先， RTR 位是隱性，其次，遠(yuǎn)程幀沒有數(shù)據(jù)場。前者由六位連續(xù)的顯性位構(gòu)成；后者由 6 位連續(xù)的隱性位構(gòu)成，認(rèn)可錯誤標(biāo)志位可由來自其他節(jié)點的顯性位改寫。 超載幀 超載幀包括兩個位場：超載標(biāo)志和超載界定符。 (1) 間歇場間歇場由 3 個隱性位構(gòu)成。 數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀的其余位場 (CRC 界定符、 ACK 場和幀結(jié)束 )為固定形式，不進(jìn)行位填充，錯誤幀和超載幀也為固定格式，同樣不使用位填充方法進(jìn)行編碼。 當(dāng)檢測到間歇場未被顯性位中斷后，認(rèn)為總線被所有節(jié)點釋放，具有總線訪問權(quán)限的節(jié)點即可以訪問總線。較高優(yōu)先權(quán)的標(biāo)識符具有較低的二進(jìn)制數(shù)值。接收器以發(fā)送器相同的方法計算 CRC。 錯誤界定規(guī)則 網(wǎng)絡(luò)中的任何一個節(jié)點，根據(jù)其錯誤計數(shù)器數(shù)值，可能處于下列三種狀態(tài)之一。 物理層 物理層功能模型 物理層分為三部分： [24] (1) 物理信令實現(xiàn)；與位表示、定時和同步相關(guān)的功能。在此段內(nèi)，等待一個跳變沿。 (3) 總線空閑期間，當(dāng)存在隱性至顯性的跳變沿即完成硬同步。而RS485 僅僅是一個物理層的東西，而現(xiàn)場總線的覆蓋內(nèi)容則遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了它； (3) 在單片機的多機通信時，傳統(tǒng)的串行通信方式 RS485 只能采用主從方式，隨著從機數(shù)量的增加。通信終端和通信線路共同構(gòu)成了 CAN 網(wǎng)絡(luò)。向接口卡發(fā)送數(shù)據(jù)也是通過它進(jìn)行 CANPC 接口卡層 串口通信層 與上位機的串口通信層交換數(shù)據(jù) CAN接口層 與 CAN總路上的其它節(jié)點通信 節(jié)點層 CAN接口層 和同一 CAN總路線上的接口卡以及其它節(jié)點通信 數(shù)據(jù)采集層 從各個傳感器采集數(shù)據(jù) 為增加系統(tǒng)的擴展性，設(shè)計時確定系統(tǒng)內(nèi)最大可有 100 個子節(jié)點，以便在使用過程中可以按照自己的需求裁剪系統(tǒng)的規(guī)模。控制類型也只要求是輸出開關(guān)電壓信號，并不明確規(guī)定控制的是什么。