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【正文】 CAN方發送子程序流程圖如圖 ， RS485 的類似就不做介紹了 圖 CAN方發送子程序 是否在接受 調用 上次發送是否完成 是否鎖定 調整參數 發送數據 返回 Y N Y 沈陽理工大學學士學位論文 27 4 試 驗 調試 在完成了硬件電路的設計和軟件的設計后，需要對硬件進行調試。隨后是釋放 CAN 接收緩沖區，恢復現場和中斷返回等工作。若為錯誤警告中斷則進行相應處理，若為接收中斷則接收報文。若會溢出，則不予接收。在轉發報文后，要對相應的 FIFO 緩沖區進行參數調整。 圖 控制器初始化 沈陽理工大學學士學位論文 23 主監控程序 主監控程序負責對 CAN 方和 RS485 方的接收緩沖區中 FIFO 進行監視，來判斷接收緩沖區中是否有報文，從而決定是否發送以及發送給誰。初始化子程序包括 SJA1000 的初始化和 RS485 的初始化，總線數據的接收均采用中斷方式，發送數據則在主監控程序中完成。從軟件的角度來看，用戶對 SJA1000的操作是通過單片機的訪問外部存儲器指令來完成的，所以 SJA1000 可以被視為擴 展RAM。 硬件設計 整個通信接口電路主要由單片機 AT89S51， CAN 控制器 SJA1000， CAN 收發器82C250， RS485 收發器 MAX485 組成， 如圖 所示。在 RS485 網絡中，只能采用一主多從的方式進行通信，網絡中必須有一個主控 節點。 CANRS485協議轉換網關設計 基本原理 CAN 總線標準具有物理層和數據鏈路層協議，以幀為單位進行數據通信，且每幀均攜帶相應的 ID 標識符，而 RS485 本質上僅僅是一個物理層標準，以字節為單位進行數據通信，不帶任何其他附屬信息，其幀格式完全由用戶自己 定義。 A 端和 B 端分別為接收和發送的差分信號端 ,當 A 引腳的電平高于 B 時，代表發送的數據為 1；當 A 的電平低于 B 端時，代表發送的數據為 0。采用單一電源 +5 V工作，額定電流為 300 μA，采用半雙工通訊方式。 EA/VPP：外部訪問允許。 ALE/~PROG： 當訪問外部程序存儲器或數據存儲器時， ALE（地址所存允許）輸出脈沖用于所存地址的低 8 位字節。對 P3 口寫入“ 1”時，它們被內部上拉電阻拉高并可作為輸出端口。 P2 口： P2 口是一個帶有內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL邏輯門電路。 P1 口： P1 是一個帶內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL邏輯門電路。 引腳功能說明： Vcc： 電源電壓 GND： 地 P0 口： P0 口是一組 8 位漏極開路型雙向 I/O 口，也即地址 /數據總線復用口。 主要性能參數： 與 MCS51 產品指令系統完全兼容 4K 字節在系統編程（ ISP） Flash 閃速存儲器 1000 次擦寫周期 全靜態工作模式： 0HZ33MHZ 三級程序加密鎖 128*8 字節內部 RAM 32 個可編程 I/O 口線 2 個 16 位定時 /計數器 6 個中斷源 全雙工串行 UART 通道 低功耗空閑和掉電模式 中斷可從空閑模式喚醒系統 看門狗（ WDT）及雙數據指針 掉電標示和快速編程特性 靈活的在系統編程（ ISP字節或頁寫模式） 沈陽理工大學學士學位論文 18 功能特 性概述： AT89S51 提供以下標準功能： 4K 字節閃速存儲器， 128 字節內部 RAM， 32 個 I/O口線，看門狗（ WDT），兩個數據指針，兩個 16 位定時 /計數器，一個 5 向量兩級中斷結構，一個全雙工串行通信口，片內振蕩器及時鐘電路。 未上電的節點對總線無影響。 斜率控制降低射頻干擾 RFI。它主要應用在高速應用的場合，速度可達 1Mbps。 錯誤管理邏輯 (EML) EML負責傳送層中調制器的錯誤界定。它還執行錯誤檢測、仲裁、總線填充和錯誤處理。 CPU在此 FIFO 的支持下，可以在處理報文的時候接收其它報文。 發送緩沖器 (TXB) 發送緩沖器是 CPU和 BSP(位 流處理器 )之間的接口，能夠存儲發送到 CAN 網絡上的完整報文。信息緩沖區分為發送緩沖區和接受緩沖區。有些內部的寄存器只能在復位模式下訪問，有些寄存器只能在工作模式下訪問，而有些寄存器在這 2 種模式下都可以訪問。在設計接口電路時 ， SJA1000 的片選地址應與其他外部存儲器的片 選地址在邏輯上無沖突。它在完全兼容 PCA82C200 的基礎上，增加了一種新的工作模式 PeIiCAN， SJA1000 完全支持具有很多新特性的 協議。第一個場由來自各站的錯誤標志疊加得到，第二個場是出錯界定符。 遠程幀：總線單元發出遠程幀，請求發送具有同一識別符的數據幀。 CAN 支持 4 種不同類型報文幀。報文中的標識符 ID 描述了數據的含義。 CAN報文規范 CAN 總線以報文為單位進行信息傳送。在通訊過程中，收發雙方都要對附加的控制信息進行檢查判別，并作出相應的處理，從而實現數據傳輸過程中的流量控制、差錯控沈陽理工大學學士學位論文 13 制，保證數據的無差錯傳輸。發送器在同步段前改變輸出的位數值。在兩個單元 同時分別發送顯和隱性電平時，總線上的數值將是顯性電平。 CAN 是一個多主機局部網，它的串行通信鏈路采用一條多個單元均可連接的總線。此后， 1993 年 11 月 ISO 正式頒布了道路交通運輸工具 數據信息交換 高 速通信控制器局域網 (CAN)國際標準 IS011898，為控制器局域網的標準化、規范化鋪平了道路。 沈陽理工大學學士學位論文 12 3 CANS485 協議轉換網關的設計 CAN協議規范 隨著 CAN 在各種領域的應用和推廣，對其通信格式的標準化提出了要求。為了將各種現場總線控制系統集成，實現整個底層的網絡化控制，就需 要設計各種現場總線之間協 的協議 網關 ，為了滿足工業控制的實時性要求，它們傳送的數據幀多為短幀，當要傳送很長的數據信息的時候，就只能進行分割傳送，這在控制網絡的底層，具有協議簡單、安全可靠、實時性好等特點，但是在上層的企業信息網中就會影響信息的傳輸量和傳輸速度，如果采用以太網的 TCP/IP 技術，就會大大提高數據的傳輸效率。 （ 3） 工業控制網絡不同于普通數據網絡的最大 特點在于它必須滿足控制對實時性的要求。 現場總線與以太網網關 以太網技術從出現到現在的幾十年間得到了飛速的發展，其應用領域也從最初的辦公自動化發展到工業控制、樓宇自動化等領域。下面對系統中各網關的需求進行分析。 生產決策層 生產決策層一方面根據企業內部的生產過程，執行企業內部的物流管理，確定企業的整體生產調度；另一方面，可以通過網絡服務器與外部 Inter 相連，方便遠程客戶對控制網絡的各種信息查詢、故障監控，與分布 比較分散的企業的營銷單元之間進行信息交互，收集市場信息，以便決策 [5]?，F場控制器通過網關與控制網絡相連，可以在現場底層實行簡單的控制。其主要技術是現場總線技術，將現場總線連接起來成為很多不同的網段，現場節點通過其自帶的現場總線接口與現場總線相連。 在一個控制網絡中，企業要把 經營決策、管理、計劃、調 度、現場控制等緊密地聯系在一起，進行綜合信息處理， 就必須對企業的生產情況進行實時地監管： 各車間要對生產過程進行有效的自動化控制，管理層要實時地獲得第一手的生產數據等等。主要表現在以下幾個方面： 企業上下信息的集成 根據美國著名信息咨詢集團 GartnerGroup 和美國先進制造研究中心 AMR 等組織的調查和統計，現有的控制系統中存在著一個極為突出的問題：在企業的經營管理計劃層和底層控制層之間存在著 “鴻溝 ”，即上層的管理決策層和底層的現場控制層之間信息很難實時共享。 完成了 CAN 總線與 RS485 網關的軟件設計開發，并調試 CPU與 RS485 間的通信 ，實現簡單數據的交互。這種總線規范已被國際標準化組織制定為國際標準，在工業現場測控領域和樓宇自動化得到了廣泛應用 [3]。數據鏈路層與以太網相似，采用載波偵聽多路訪問/沖突檢測（ CSMA/CD）機制，最多可連接 110 個節點。 基金會現場總線的主要技術內容 包括有： FF通信協議；用于完成開放互聯模型中第2～ 7層通信協議的通信棧（ Communication Stack） 。 H2的傳輸速率可為 1Mbps和 ，其通信距離分別為 750m和 500m。其前身是以美國 FisherRosemount公司為首，聯合 Foxboro、橫河、 ABB、西門子等 80家公司制定的 ISP協議，以及以 Honeywell公司為首，聯合歐洲等地的 150家公司制定的 World FIP協議。其傳輸介質可以是雙絞線，也可以是光纜。該項技術是以西門子公司為主的十幾家德國公司、研究所共同推出的。由PROFIBUSDP、 PROFIBUSFMS 和 PROFIBUSPA 組成了 PROFIBUS 系列。 FF 分低速 H1 和高速 H2兩種通信速率，前者傳輸速率為 ，通信距離可達 1900m，可支持總線供電和本質安全防爆環境。在這種新形勢下，新一代分布式網絡控制系統將必須要考慮多種現場總線的集成，將工業生產現場的各種現場總線智能設備集成到一個完整的、統一的、開放的系統中，以適應市場上多種現場總線并存 的局面和用戶的實際應用需求 [3]。這些現場總線大都用于過程自動化、醫藥領域、加工制造、交通運輸、國防、航天、農業和樓宇等領域，大概不到十種的總線占有 80%左右的市場。與其他工業控制網絡相比，現場總線采用串行的雙向的數字通信方式，具有實時性好、穩定性高等特點，迅速發展成為工業控制網絡中使用最廣泛的通信網絡，為工業自動化底層現場設備之間、現場設備與控制系統之間架起了信息化的網絡橋梁。 由于現場總線的實時、可靠、低成本、使用方便等特點，使其在控制現場層得到廣泛的應用，與之相關的各種網關也隨之在工業控制的各個領域得到廣泛的研究與應用。 近年來，隨著現場總線技術和控制網絡技術的興起，控制系統向著分散化、網絡化、智能化的方向發展。 局域網與 WAN 互連。 具有將分組分段和組裝的能力。對不同工作速率的網絡進行互連時，需要有某種流量控制機構來控制輸入到其他網絡上的信息流，網關常用的流量控制方式有：源站僅 在得到允許時才進行傳輸；強制源站減少它們向網絡提供的負荷。 網關的功能主要有以下幾個方面： 具有協議轉換能力。應用網關也可以用于將局域網客戶機與外部數據源相連，這種網關為本地主機提供了與遠程交互式應用的連接。如私有廣域網和公有的因特網。目前，根據功能的不同主要有三種網關： 協議網關 協議網關通常在使用不同協議的網絡區域間做協議轉換。與 網橋 只是簡單地傳達信息不同，網關對收到的信息要重新打包，以適應目的系統的需求。網關在傳輸層上以實現 網絡互聯 ，是最復雜的網絡互連設備，僅用于兩個高層協議不同的網絡互連。把以太網技術應用到工業控制中，實現控制網絡和數據網絡的融合，成為控制系統結構的一個新的發展方向，不僅可以為 企業的生產沈陽理工大學學士學位論文 2 管理帶來很多方便，提高企業的生產效率，而且為控制網絡走向全開放性、全分布式的網絡結構奠定了堅實的基礎。 在生產管理層上，隨著計算機、網絡、通信等技術的發展，信息共享在工 業控制領域引起了自動化系統結構的深刻變革。可見，多種總線共存的局面在一個很長時間內存在仍是無法避免的。要實現工控機與現場總線之間的連接，通過工控機就能對以現場總線組網的各生產線設備、儀表進行控制，這就需要設計現場總線到各種串行接口的網關。企業的生產線、生產車間、控制室、上層管理部門之間迫切需要信息共享。 關鍵詞 ： 現場總線； CAN； RS485；網關 沈陽理工大學學士學位論文 II Abstract With the development of science and technology, the fieldbus technology is playing more and more important role in all areas. With its realtime, reliable, low cost, easy to use, fieldbus technology is widely used on site in the control contrast to the other fieldbus, CAN bus is the easiest and mos