基于can總線的傳感器網絡研究-資料下載頁

　　

【正文】 文作為標準幀來發送，而當其位于RTR位之前且為隱性時則報文作為擴展幀來發送。當兩種格式的報文同時出現在總線上時，并且它們具有相同的確認區或基本確認區，那判斷報文優先級的方法通常為:標準幀的報文總是比擴展幀的報文優先級高。支持擴展幀格式的CAN控制器(CAN Controller)同樣也能發送和接收標準幀，當僅僅支持標準幀的CAN控制器被用在網絡上時，則只有標準幀能在整個網絡上傳送，擴展幀將不能被識別，但是會被當作標準幀處理。RTR位:該位在數據幀里必須為“顯性”，而在遠程幀里必須為“隱性”。③控制場控制場由6位組成，包括數據長度代碼和兩個保留位。這兩個保留位必須發送“顯性”位。接收器接收所有由“顯性”和“隱性”組合在一起的位。數據長度代碼(DLC):數據長度代碼指示了數據場中字節數量。數據長度代碼由4位構成，數據幀允許數據字節數目范圍為O到8，具體分配如表41所示。表41數據場譯碼數據字節數目DLCDLC3DLC2DLC1DLC0000001000120010300114010050101601107011181000④數據場數據場由數據幀中的發送數據組成。它可以為08個字節，每字節包含了8位，首先發送的是最高有效位。⑤CRC場CRC場包括CRC序列 (CRC SEQUENCE)和CRC界定符(CRC DELIMITER)。CRC序列:由循環冗余碼求得的幀檢查序列，最適用于位數低于127位(BCH碼)的幀。為進行CRC計算，被除的多項式系數由無填充位流給定，組成這些位流的成分是:幀起始、仲裁場、控制場、數據場(假如有)，而最低位的系數是0。將此多項式被下面的多項式發生器除(其系數以2為模):X15+X14+X10+X8+X7+X4+X3+1這個多項式除法的余數就是發送到總線上的CRC序列 (CRC SEQUENCE)。為了實現這個功能，可以使用位移寄存器 CRC_RG(14:0)。如果用NXTBIT標記指示位流的下一位，它由從幀的起始到數據場末尾都由無填充的位序列給定。在傳送或接收完數據場的最后一位以后， CRC_RG包含有CRC序列。CRC序列之后是CRC界定符，它包含一個單獨的“隱性”位。⑥應答場應答場長度為2個位，包含應答間隙 (ACKSLOT)和應答界定符(ACK13 DELIMITER)。在應答場里，發送節點發送兩個“隱性”位。當接收器正確地接收到有效的報文后，接收器就會在應答間隙 (ACKSLOT)期間(發送ACK信號)向發送器發送一個“顯性”位以示應答。應答間隙:所有接收到匹配CRC序列 (CRCSEQUENCE)的節點會在應答間隙(ACKSLOT)期間用一個“顯性”位寫入發送器的“隱性”位以做出回答。ACK界定符:ACK界定符是ACK場的第二個位，并且是一個必須為“隱性”位。因此，應答間隙 (ACKSLOT)被兩個“隱性”位所包圍，也就是CRC界定符 (CRCDELIMITER)和ACK界定符 (ACKDELIMITER)。⑦幀結尾每一個數據幀或遠程幀均可由一標志序列界定。這個標志序列由7個“隱性”位組成。2）遠程幀通過發送遠程幀，作為某數據接收器的節點可以通過初始化其資源節點來傳送不同的數據。遠程幀標識符格式與數據幀標識符格式基本相同，只是不存在數據區域。并且遠程幀的RTR位是“隱性”的。因為它沒有數據區域，所以數據長度代碼的數值是不受制約的(可以標注為容許范圍里0到8的任何數值)，此數值對應于數據幀的數據長度代碼。其結構如圖45所示。圖45 遠程幀結構圖3）錯誤幀錯誤幀由兩個不同的區域組成，如圖46所示圖46 錯誤幀結構圖4）過載幀過載幀包括兩個位域:過載標志和過載界定符。其結構如圖4所示。圖47 過載幀結構圖(3)CAN總線編碼方式CAN總線報文中的位流按照非歸零(NRZ)碼方式編碼，因此一個完整位的電平只可能為兩種互補邏輯數值之一:“顯性”或“隱性”。“顯性”(“Dominant”)數值表示邏輯“O”，而“隱性”(“Recessive”)表示邏輯“l”。但需要注意的是，當“顯性”和“隱性”位流同時發送時，最后總線數值將為“顯性”，這也是CAN總線故障界定和錯誤檢測的根本依據。在“隱性”狀態下，VCAN_H和VCAN_L被固定于平均電壓電平附近，差分電平Vdiff近似為0。在總線空閑或“隱性”位期間，發送“隱性”狀態。“顯性”狀態則以大于最小閥值的差分電壓表示，Vdiff近似為2V。在“顯性”位期間，“顯性”狀態改寫“隱性”狀態并發送。總線編碼的數值表示如圖48所示圖48 總線編碼的數值顯示(4)CAN總線仲裁方式由于CAN總線是一種多主型總線，總線上任意節點都有可能作為主節點向總線發送報文，因此就有可能出現幾個節點同時向總線發送報文的情況。由于CAN總線并未定義節點地址，因此在這種情況下，CAN總線基于“多主競爭總線仲裁”的原理，依靠報文的優先級進行取舍。報文的優先級體現在寫入報文識別符(ID)區的二進制數值，該值不能被動態的改變。在同一系統中標識符定義是唯一的，不會出現兩個節點發送具有相同標識符報文的情況。ID中的值越小，其報文的優先級越高(也就是O比1的優先級高)，在沖突中越容易獲得網絡訪問權，因此在進行網絡介質訪問仲裁的同時己經開始了報文的傳輸。總線中的信號持續跟蹤最后獲得總線控制權的節點所發出的報文。這種非破壞性的位仲裁方式的優點在于，在網絡最終確定哪一個節點的報文被傳送以前，報文的起始部分已經在網絡上傳送了。所有未獲得總線控制權的節點都成為具有最高優先權的節點所發送報文的接收節點，并且不會在總線再次空閑前發送報文。基于這種優點，用戶可以很容易的增加一個新的節點到一個己經存在的CAN總線網絡中，而不用對已經存在的節點進行任何硬件或軟件上的修改，但必須注意的是，此新增的節點應為完全的接收者，這樣它才不會對網絡上各節點的通訊產生影響。(5)設計協議再定義本設計中。這種格式包括兩部分:信息和數據部分。前5個字節為信息部分，其幀結構如表42所示。表42 76543210字節1FFRTRXXDLC數據長度字節2報文識別碼ID28ID21字節3ID20ID13字節4ID12ID5字節5ID4ID0XXX字節6數據1字節7數據2字節8數據3字節9數據4字節10數據5字節11數據6字節12數據7字節13數據8其中字節1為幀信息。第七位(FF)標識幀格式，在擴展幀中，FF=l。第6位(RTR)表示幀的類型，RTR=O表示為數據幀，RTR=1表示為遠程幀。DLC表示在數據幀時實際的數據長度。字節2～字節5為報文標識碼，29位有效。字節6～字節13為數據幀的實際數據，遠程幀無效。在本設計中對通信協議進行了修改，總線上的傳輸方式采用的是主控機輪詢的方式，各節點只在出現預警信號時才允許自主發送。對于擴展幀的幀格式也做出了修改，添加了幀內容描述位和數據串傳輸標識位。由于CAN總線的限制，實際上每個網絡內節點數不宜超過 1000，這里就用10位ID作為源和目的節點的標識符，～，～，～，而 ～，幀描述各位定義如表43所示。表43幀描述位定義ID7ID6ID5ID4ID3ID2ID1ID0斷開鏈接修正因子重發數據出錯重發發送數據請求數據響應連接請求連接 : 請求連接位 1:主機請求建立連接 : 響應連接位 1:收到主機建立連接請求，問應可以建立連接 : 請求數據位 1: 建立連接后，主機請求發送數據 :發送數據位 l:此幀為請求的數據幀 :出錯重發位 1:接收的幀出錯，請求重新發送該幀 :重發數據位 1:此幀數據為請求重發的幀 :修正因子位 1:主機傳送來的數據為節點采集量的修正因子 :斷開連接位 1:本次通信結束，斷開連接，釋放總線波形值傳輸過程中，數據量比較大，本設計中采用數據串標識的方式傳輸，原始幀結構中的數據1和2作為標識位，其中數據1作為數據串總幀數位，而數據2作為當前傳輸數據的幀數。實際每擴展幀只傳送6個字節的數據。(6)SJA1000讀寫時序設計本設計中，上傳數據的協議轉換全部由CAN控制器SJAl000完成。對于DSP來說，SJA1O00就是映射到地址空間MSCAN(Ox100080)的外部寄存器。SJA1000與DSP通信時采用的是8位的復用地址/數據線，其每次讀寫操作都需要2次訪問MSCAN。DSP向SJA1000寫流程:，設置WR位為O，進行寫操作。，選定SJA1O00內部相應寄存器。，設置剛剛選定的寄存器。，關閉寫操作。DSP讀取SJA1O00流程:，設置RD位為0，進行讀操作。，選定SJA1000內部相應寄存器。，從數據線上收取選定寄存器的值。，關閉讀操作。(注:以上發送的地址都是經過低八位數據線傳輸)(7)通信流程SJA1OOO有2種工作模式:BasicCAN模式和PeliCAN模式，在BasieCAN模式下SJAl000只可以接收和發送標準幀，如果檢測到CAN總線上有擴展幀的信息，即使信息正確，它也會被允許給出一個確認信號，但沒有接收中斷產生。而PeliCAN模式下，SJA1000不僅可以接收擴展幀信息，它還具有一個含有很多新功能的重組寄存器。本設計中SJA1000就采用PeliCAN模式工作。只有在SJA1O00的初始化中要對工作模式寄存器、操作指令寄存器等進行設置，DSP才正常的CAN總線通信。其通信程序流程圖如圖49所示。圖49 程序流程圖DSP收到主機的數據幀后，終止當前程序并進入通信中斷，通信程序中，DSP根據得到數據幀內的通信信息位判定當前幀的作用。如果是第一請求連接，DSP將發送一個空數據幀并標定可以建立連接。當主機幀為請求數據時，DSP將存在外擴存儲器中的數據以數據串的方式依次標定發送，同時將存儲區堆棧指針指向下一個存儲空間。如果主機提示剛才發送的數據接收錯誤，DSP將通過堆棧指針重新發送剛才的數據串。主機傳送修正因子給DSP后，DSP將其存入外擴存儲器中，覆蓋原因子。當DSP接到斷開連接指令后，DSP將命令SJA1O00進入監聽模式，并重新開始采集存儲數據。DSP在長時間沒有得到主機的請求信息時，其內部定時單元發生中斷，DSP將主動地上傳測量數據，在此流程中DSP將作為主機通信，流程與上述相同。本章主要介紹了智能節點的軟件設計，該系統下位機軟件可以分為數據采集存儲模塊、CAN總線通信模塊以及預警中斷模塊三部分。本章中著重強調了CAN總線通信模塊的設計方法，其中包括CAN通信協議的介紹、本系統協議的創新以及通信流程的敘述等。結 論本論文通過查閱相關文獻，對CAN總線標準有了一定程度上的了解。在此基礎上，結合CAN總線在汽車行業中的實際應用方案，提出一個由具備CAN總線通信能力的智能節點組成的在線監控網絡。確定節點原理電路，設計出由調理模塊、A/D轉換模塊、主控模塊以及通信模塊四部分組成的硬件結構。針對單通道數據量小，占用空間小的特定，采用單片機作為了主控芯片。而采用DSP作為具有較大數據采集量的多通道波形值智能節點的主控芯片。該監測系統，具有CAN總線網絡的高速、穩定的特點，使得惡劣環境下的設備監測變得更加簡單和安全。該系統能夠快速準確的反應設備的運轉狀態，十分適合工業現場的監測需求，具有一定的意義。在本課題的研究和設計中包含了系統結構、自總線設計、硬件開發、軟件設計等多方面內容，涉及到的相關領域較多。雖然此前進行了一定的研究工作，但由于本人水平有限，,但經過一些反復改進,相信定能使系統不斷完善. 參考文獻[1] [M]，北京:清華大學出版社，1996[2] [J].化肥設計，2006，44(5):5456[3] 徐德慧，[J].微型電腦應用，2009，25(l):1315[4] 韓兵，[M].北京:化學工業出版社，2007[5] ，第一講:現場總線的由來[J].自動化和設備，2005[6] ，第二講:現場總線的國際標準[J].自動化和設備，2005[7] Joao. C. P. Palma，Maria da Grace . Almeida Industrial fieldbustechnology from a teaching Point of view[J].International Journal of ComputerApplications in Technology，2006，5(4):227233[8] technology in industrial automation[J],proceedings ofthe IEEE,2005，.93(6):10731101[9] 韓兵，[M].:化學工業出版社，2006[10] 南金瑞，[M].北京:北京理工大學出版社，2005:170171.[11] [M].北京:清華大學出版社，2003:8486.[12] Patzke，R. Fieldbus basics[J].Computer standards and interfaces，1998，19:275293[13] Demartini，C. and Valenzan