現(xiàn)場總線論文

1、測控技術(shù)與測控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)學(xué)科設(shè)計(jì)（論文）題 目：現(xiàn)場總線技術(shù)及其應(yīng)用 CAN總線 學(xué)生姓名：學(xué) 號：專業(yè)班級：指導(dǎo)教師： 年 月 日一、摘要在當(dāng)今信息化，網(wǎng)絡(luò)化新科技時(shí)代，網(wǎng)絡(luò)測控技術(shù)已被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)、自動(dòng)控制、科學(xué)研究等方面，而且在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、家庭、醫(yī)學(xué)、軍事和空間科學(xué)技術(shù)等領(lǐng)域也發(fā)揮出它的強(qiáng)大功能。而現(xiàn)場總線技術(shù)的不斷進(jìn)步不僅代表了測控技術(shù)的快速發(fā)展，同時(shí)也帶動(dòng)了各個(gè)領(lǐng)域向著更高一層的自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化不斷前進(jìn)。而控制器局域網(wǎng)總線CAN 的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性。由于其良好的性能及獨(dú)特的設(shè)計(jì),CAN總線越來越受到人們的重視，它在汽車領(lǐng)域上的應(yīng)用是最廣泛的。C

2、AN卓越的特性、極高的可靠性和獨(dú)特的設(shè)計(jì)，特別適合工業(yè)過程監(jiān)控設(shè)備的互連，因此，越來越受到工業(yè)界的重視，并已公認(rèn)為最有前途的現(xiàn)場總線之一。本文以控制器局域網(wǎng)總線CAN為例，主要介紹了當(dāng)今被廣泛使用的CAN總線的基本原理，并通過諸多實(shí)例加以說明。以空調(diào)為例構(gòu)建了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)化的測控系統(tǒng)，為空調(diào)系統(tǒng)的發(fā)展提供一個(gè)實(shí)例。最后又根據(jù)CAN總線的原理和功能總結(jié)了時(shí)下CAN總線的優(yōu)缺點(diǎn)，同時(shí)根據(jù)CAN總線在實(shí)際生產(chǎn)生活中的應(yīng)用情況對CAN總線的發(fā)展趨勢做出了預(yù)測。本文僅供讀者參考。關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)化測控系統(tǒng)；控制器局域網(wǎng)總線CAN；工作原理；應(yīng)用；優(yōu)缺點(diǎn)；發(fā)展趨勢；二、當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)化測控系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢自跨入二十

3、一世紀(jì)以來，信息化已成為了當(dāng)今社會(huì)發(fā)展的趨勢，全球都步入了一個(gè)信息化的時(shí)代。而現(xiàn)代測控技術(shù)是集計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、信息論、控制論、測量技術(shù)、傳感技術(shù)等學(xué)科發(fā)展的產(chǎn)物，是這些學(xué)科在解決系統(tǒng)、設(shè)備、部件性能檢測和故障診斷的技術(shù)問題中相結(jié)合的產(chǎn)物。凡是需要進(jìn)行性能測試和故障診斷的系統(tǒng)、設(shè)備、部件，均可以采用測控技術(shù)，它既適用于電系統(tǒng)也適用于非電系統(tǒng)。電子設(shè)備的自動(dòng)檢測與機(jī)械設(shè)備的自動(dòng)檢測在基本原理上是一樣的，均采用計(jì)算機(jī)/微處理器作控制器通過測試軟件完成對性能數(shù)據(jù)的采集、變換、處理、顯示/告警等操作程序，而達(dá)到對系統(tǒng)性能的測試和故障診斷的目的。信息交換共享這個(gè)時(shí)代主題是測控系統(tǒng)的發(fā)展方向之一，所

4、以，通過組建網(wǎng)絡(luò)來形成使用測控系統(tǒng)已成為現(xiàn)代測控技術(shù)的發(fā)展趨勢。作為代表，測控儀器儀表單元微小型化、智能化日趨明顯。測控技術(shù)的兩個(gè)方面，一個(gè)是測一個(gè)是控?！皽y”是依靠傳感器和信號傳輸電路，即測控電路；“控”則是依靠現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的計(jì)算 處理能力，根據(jù)數(shù)據(jù)得出相應(yīng)結(jié)果，通過反饋等方式控制整個(gè)系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)已經(jīng)成為測控技術(shù)中的中堅(jiān)力量，于是，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也就自然而然的越來越成為測控技術(shù)滿足實(shí)際需求的關(guān)鍵支持。但是不可否認(rèn)，測控電路依然是測控技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)，和另一個(gè)重要的發(fā)展方向。20世紀(jì)50年代初，計(jì)算機(jī)就開始應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程控制，控制理論與計(jì)算機(jī)技術(shù)的結(jié)合，產(chǎn)生了新型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，為自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用

5、與發(fā)展開辟了新的階段。目前，應(yīng)用較多的現(xiàn)代控制策略主要有自適應(yīng)控制、變結(jié)構(gòu)控制、魯棒控制和預(yù)測控制等。就應(yīng)用而言，現(xiàn)代測控技術(shù)在當(dāng)今社會(huì)的各個(gè)行業(yè)中,起著舉足輕重的作用。無論科學(xué)研究、產(chǎn)品質(zhì)量及自動(dòng)控制都需要檢測。例如現(xiàn)代檢測技術(shù)的一個(gè)主要發(fā)展方向光電檢測技術(shù)，它由于具有測量精度高、速度快、非接觸、頻寬與信息容量極大、信息效率極高以及自動(dòng)化程度高等突出特點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、家庭、醫(yī)學(xué)、軍事和空間科學(xué)技術(shù)等領(lǐng)域。其中，現(xiàn)場儀表與控制室裝置之間通信采用模擬信號420mA，數(shù)字控制儀表內(nèi)部的信號處理為數(shù)字信號，但輸入仍為420mA，控制裝置之間和控制裝置與上位計(jì)算機(jī)之間采用數(shù)字通信技術(shù)。例如目

6、前數(shù)字控制儀表，DCS系統(tǒng)，PLC系統(tǒng)，F(xiàn)CS系統(tǒng)等。從20世紀(jì)80年代中期以來，CIMS日漸成為制造工業(yè)的熱點(diǎn)。其原因不僅在于CIMS具有提高生產(chǎn)率、縮短生產(chǎn)周期以及提高產(chǎn)品質(zhì)量等一系列極有吸引力的有點(diǎn)，也不完全在于一些大公司采用CIMS取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益，最根本的原因在于CIMS是在新的生產(chǎn)組織原理和概念指導(dǎo)下形成的一種新型生產(chǎn)模式。世界上很多國家和企業(yè)把發(fā)展CIMS定為本國制造工業(yè)或企業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略，制定了很多由政府和工業(yè)界支持的計(jì)劃，用以推動(dòng)CIMS的開發(fā)與應(yīng)用。但隨著工業(yè)向大型、連續(xù)、綜合化發(fā)展，所構(gòu)成的系統(tǒng)會(huì)越來越復(fù)雜。隨著信息時(shí)代的發(fā)展，現(xiàn)代測控技術(shù)在追求儀表智能化的同時(shí)，還對其

7、穩(wěn)定性、可靠性和適應(yīng)性要求也不斷提高，相應(yīng)的，隨著技術(shù)發(fā)展，測控技術(shù)大量應(yīng)用高新技術(shù)和新的科學(xué)研究成果，測控技術(shù)的技術(shù)指標(biāo)與功能不斷提高。測控系統(tǒng)中，就控制儀表與裝置涉及的面而言便是非常的廣泛的，如DCS、PLC、新型控制儀表、變送器及執(zhí)行器等都有自己的發(fā)展軌跡，但它們的發(fā)展都圍繞著實(shí)現(xiàn)工廠整體自動(dòng)化（FA）這個(gè)總目標(biāo)，即將自動(dòng)控制裝置用于生產(chǎn)流程的整個(gè)操作過程，從開機(jī)到停機(jī)的全程控制及將控制、生產(chǎn)計(jì)劃安排和工廠全面管理有機(jī)的結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)工廠整體的自動(dòng)化、綜合化、最佳化。測量單元微小型化、智能化測量控制與儀器儀表大量采用新的傳感器、大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路、計(jì)算機(jī)及專家系統(tǒng)等信息技術(shù)產(chǎn)品，不

8、斷向微小型化、智能化發(fā)展，從目前出現(xiàn)的“芯片式儀器儀表”，“芯片實(shí)驗(yàn)室”、“芯片系統(tǒng)”等看，測量單元的微小型化和智能化將是長期發(fā)展趨勢。從應(yīng)用技術(shù)看，微小型化和智能化測量單元的嵌入式連接和聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)得到重視。 測控范圍向立體化、全球化擴(kuò)展，測量控制向系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。隨著儀器儀表所測控的既定區(qū)域不斷向立體化、全球化甚至星球的發(fā)展，儀器儀表和測控裝置已不再呈單個(gè)裝置形式，它必然向測控裝置系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。例如一個(gè)大型水電站的測控系統(tǒng)，僅檢測大壩安全性的傳感器就達(dá)數(shù)千個(gè)，此外各個(gè)發(fā)電機(jī)組狀態(tài)及水位情況的檢測控制點(diǎn)（ I/O 測控點(diǎn)）將超過萬點(diǎn)，要達(dá)到大型水電站的正常發(fā)電和送電，必須將各個(gè)

9、測控點(diǎn)的測控裝置形成一個(gè)有機(jī)的測控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。又例如衛(wèi)星測控系統(tǒng)，運(yùn)載火箭上配置的各種傳感器就達(dá)到數(shù)千，而衛(wèi)星上各種測控裝置構(gòu)成一個(gè)完整的自動(dòng)測控系統(tǒng)，然后和多個(gè)地面站的測控系統(tǒng)構(gòu)成一個(gè)廣域測控系統(tǒng)。三、CAN總線的基本原理控制器局域網(wǎng)總線（CAN，Controller Area Network）是一種用于實(shí)時(shí)應(yīng)用的串行通訊協(xié)議總線，它可以使用雙絞線來傳輸信號，是世界上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。CAN協(xié)議由德國的Robert Bosch公司開發(fā)，用于汽車中各種不同元件之間的通信，以此取代昂貴而笨重的配電線束。該協(xié)議的健壯性使其用途延伸到其他自動(dòng)化和工業(yè)應(yīng)用。CAN協(xié)

10、議的特性包括完整性的串行數(shù)據(jù)通訊、提供實(shí)時(shí)支持、傳輸速率高達(dá)1Mb/s、同時(shí)具有11位的尋址以及檢錯(cuò)能力。 CAN總線是一種多主 方式的串行通訊總線，基本設(shè)計(jì)規(guī)范要求有高的位速率，高抗電子干擾性，并且能夠檢測出 產(chǎn)生的任何錯(cuò)誤。CAN總線可以應(yīng)用于汽車電控制系統(tǒng)、電梯控制系統(tǒng)、安全監(jiān)測系統(tǒng)、醫(yī)療儀器、紡織機(jī)械、船舶運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域。CAN總線通信接口中集成了CAN協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能，可完成對通信數(shù)據(jù)的成幀處理，包括位填充、數(shù)據(jù)塊編碼、循環(huán)冗余檢驗(yàn)、優(yōu)先級判別等項(xiàng)工作。CAN協(xié)議的一個(gè)最大特點(diǎn)是廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼，而代之以對通信數(shù)據(jù)塊進(jìn)行編碼。采用這種方法的優(yōu)點(diǎn)可使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)

11、個(gè)數(shù)在理論上不受限制，數(shù)據(jù)塊的標(biāo)識碼可由11位或29位二進(jìn)制數(shù)組成，因此可以定義211或229個(gè)不同的數(shù)據(jù)塊，這種按數(shù)據(jù)塊編碼的方式，還可使不同的節(jié)點(diǎn)同時(shí)接收到相同的數(shù)據(jù)，這一點(diǎn)在分布式控制系統(tǒng)中非常有用。數(shù)據(jù)段長度最多為8個(gè)字節(jié)，可滿足通常工業(yè)領(lǐng)域中控制命令、工作狀態(tài)及測試數(shù)據(jù)的一般要求。同時(shí)，8個(gè)字節(jié)不會(huì)占用總線時(shí)間過長，從而保證了通信的實(shí)時(shí)性。CAN協(xié)議采用CRC檢驗(yàn)并可提供相應(yīng)的錯(cuò)誤處理功能，保證了數(shù)據(jù)通信的可靠性。CAN卓越的特性、極高的可靠性和獨(dú)特的設(shè)計(jì)，特別適合工業(yè)過程監(jiān)控設(shè)備的互連，因此，越來越受到工業(yè)界的重視，并已公認(rèn)為最有前途的現(xiàn)場總線之一。1. CAN總線的特點(diǎn)

12、 具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、傳輸距離較遠(yuǎn)、抗電磁干擾能力強(qiáng)、成本低等優(yōu)點(diǎn)；采用雙線串行通信方式，檢錯(cuò)能力強(qiáng)，可在高噪聲干擾環(huán)境中工作； 具有優(yōu)先權(quán)和仲裁功能，多個(gè)控制模塊通過CAN 控制器掛到CAN-bus 上，形成多主機(jī)局部網(wǎng)絡(luò)； 可根據(jù)報(bào)文的ID決定接收或屏蔽該報(bào)文；可靠的錯(cuò)誤處理和檢錯(cuò)機(jī)制； 發(fā)送的信息遭到破壞后，可自動(dòng)重發(fā)； 節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下具有自動(dòng)退出總線的功能； 報(bào)文不包含源地址或目標(biāo)地址，僅用標(biāo)志符來指示功能信息、優(yōu)先級信息。  2. CAN總線的工作原理  

13、;  CAN總線使用串行數(shù)據(jù)傳輸方式，可以1Mb/s的速率在40m的雙絞線上運(yùn)行，也可以使用光纜連接，而且在這種總線上總線協(xié)議支持多主控制器。CAN與I2C總線的許多細(xì)節(jié)很類似，但也有一些明顯的區(qū)別。 當(dāng)CAN總線上的一個(gè)節(jié)點(diǎn)(站)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，它以報(bào)文形式廣播給網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)。對每個(gè)節(jié)點(diǎn)來說，無論數(shù)據(jù)是否是發(fā)給自己的，都對其進(jìn)行接收。每組報(bào)文開頭的11位字符為標(biāo)識符，定義了報(bào)文的優(yōu)先級，這種報(bào)文格式稱為面向內(nèi)容的編址方案。在同一系統(tǒng)中標(biāo)識符是唯一的，不可能有兩個(gè)站發(fā)送具有相同標(biāo)識符的報(bào)文。當(dāng)幾個(gè)站同時(shí)競爭總線讀取時(shí)，這種配置十分重要。  當(dāng)一個(gè)

14、站要向其它站發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，該站的CPU將要發(fā)送的數(shù)據(jù)和自己的標(biāo)識符傳送給本站的CAN芯片，并處于準(zhǔn)備狀態(tài)；當(dāng)它收到總線分配時(shí)，轉(zhuǎn)為發(fā)送報(bào)文狀態(tài)。CAN芯片將數(shù)據(jù)根據(jù)協(xié)議組織成一定的報(bào)文格式發(fā)出，這時(shí)網(wǎng)上的其它站處于接收狀態(tài)。每個(gè)處于接收狀態(tài)的站對接收到的報(bào)文進(jìn)行檢測，判斷這些報(bào)文是否是發(fā)給自己的，以確定是否接收它。 由于CAN總線是一種面向內(nèi)容的編址方案，因此很容易建立高水準(zhǔn)的控制系統(tǒng)并靈活地進(jìn)行配置。我們可以很容易地在CAN總線中加進(jìn)一些新站而無需在硬件或軟件上進(jìn)行修改。當(dāng)所提供的新站是純數(shù)據(jù)接收設(shè)備時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議不要求獨(dú)立的部分有物理目的地址。它允許分布過程同步化，即總線上控制器

15、需要測量數(shù)據(jù)時(shí)，可由網(wǎng)上獲得，而無須每個(gè)控制器都有自己獨(dú)立的傳感器。  3.CAN總線的應(yīng)用 CAN總線在組網(wǎng)和通信功能上的優(yōu)點(diǎn)以及其高性價(jià)比據(jù)定了它在許多領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景和發(fā)展?jié)摿Α＿@些應(yīng)用有些共同之處：CAN實(shí)際就是在現(xiàn)場起一個(gè)總線拓?fù)涞挠?jì)算機(jī)局域網(wǎng)的作用。不管在什么場合，它負(fù)擔(dān)的是任一節(jié)點(diǎn)之間的實(shí)時(shí)通信，但是它具備結(jié)構(gòu)簡單、高速、抗干擾、可靠、價(jià)位低等優(yōu)勢。（1）汽車生產(chǎn)中的應(yīng)用CAN總線最初是為汽車的電子控制系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的，目前在歐洲生產(chǎn)的汽車中CAN的應(yīng)用已非常普遍，不僅如此，這項(xiàng)技術(shù)已推廣到火車、輪船等交通工具中。應(yīng)用CAN總線，可以減少車身布線，進(jìn)

16、一步節(jié)省了成本，由于采用總線技術(shù)，模塊之間的信號傳遞僅需要兩條信號線。布線局部化，車上除掉總線外其他所有橫貫車身的線都不再需要了，節(jié)省了布線成本。CAN總線系統(tǒng)數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠，CAN總線具有線間干擾小、抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)。CAN總線專為汽車量身定做，充分考慮到了汽車上惡劣工作環(huán)境，比如點(diǎn)火線圈點(diǎn)火時(shí)產(chǎn)生的強(qiáng)大的反充電壓，電渦流緩沖器切斷時(shí)產(chǎn)生的浪涌電流及汽車發(fā)動(dòng)機(jī)倉100左右的高溫。 隨著安全性能日益受到重視,安全氣囊也將逐漸增多,以前是在駕駛員前面安裝一個(gè),今后側(cè)面與后座都會(huì)安裝安全氣囊,這些氣囊通過傳感器感受碰撞信號,通過CAN總線將傳感器信號傳送到一個(gè)中央處理器內(nèi),控制各安全氣囊

17、的啟動(dòng)彈出動(dòng)作。同時(shí),先進(jìn)的防盜設(shè)計(jì)也正基于CAN總線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。首先,確認(rèn)鑰匙合法性的校驗(yàn)信息通過CAN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳遞,改進(jìn)了加密算法,其校驗(yàn)的信息比以往的防盜系統(tǒng)更豐富;其次,車鑰匙、防盜控制器和發(fā)動(dòng)機(jī)控制器相互儲(chǔ)存對方信息,而且在校驗(yàn)碼中攙雜隨機(jī)碼,無法進(jìn)行破譯,從而提高防盜系統(tǒng)的安全性。而這些功能的實(shí)現(xiàn)無一不借助CAN總線來完成,CAN總線成為汽車智能化控制的“定海神針”。   在現(xiàn)代轎車的設(shè)計(jì)中,CAN已經(jīng)成為必須采用的裝置。奔馳、寶馬、大眾、沃爾沃、雷諾等汽車都采用了CAN作為控制器聯(lián)網(wǎng)的手段。據(jù)報(bào)道,中國首輛CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)混合動(dòng)力轎車已在奇瑞公司試裝成功

18、,并進(jìn)行了初步試運(yùn)行。在上海大眾的帕薩特和POLO汽車上也開始引入了CAN總線技術(shù)。但總的來說,目前CAN總線技術(shù)在我國汽車工業(yè)中的應(yīng)用尚處于試驗(yàn)和起步階段,絕大部分的汽車還沒有采用汽車總線設(shè)計(jì)。國內(nèi)在技術(shù)、設(shè)計(jì)和應(yīng)用上進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)總線的“深造”勢在必行。 （2）大型儀器設(shè)備中的應(yīng)用 大型儀器設(shè)備是一種參照一定步驟對多種信息采集、處理、控制、輸出等操作的復(fù)雜系統(tǒng)。過去這類儀器設(shè)備的電子系統(tǒng)往往是在結(jié)構(gòu)和成本方面占據(jù)相當(dāng)大的部分，而且可靠性不高。采用CAN總線技術(shù)后，在這方面有了明顯改觀。 以醫(yī)療設(shè)備為例，病理分布式監(jiān)控系統(tǒng)分別由中央控制式的中央監(jiān)控單元和現(xiàn)場采集單元。

19、 現(xiàn)場采集單元對醫(yī)院各室診斷測量儀器進(jìn)行數(shù)據(jù)、圖像的實(shí)時(shí)采集，同時(shí)完成數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、存貯； 中央監(jiān)控單元可以定期或不定期地從現(xiàn)場采集單元獲取數(shù)據(jù)并完成圖像監(jiān)測、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、報(bào)表、打印及數(shù)據(jù)庫管理。中央監(jiān)控單元和現(xiàn)場采集單元之間通過CAN總線連接在一起，在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，中央監(jiān)控單元處于主控位置，而現(xiàn)場采集單元可以隨時(shí)響應(yīng)中央監(jiān)控單元的命令。其現(xiàn)場采集單元由單片機(jī)8C552及采集、存儲(chǔ)、顯示、遙控和通信模塊組成,每個(gè)現(xiàn)場采集單元可與10個(gè)測量儀器相接。 Can總線是針對測控領(lǐng)域設(shè)計(jì)的，所以一次傳輸?shù)膱?bào)文量很小，一次報(bào)文量最大能夠承載的數(shù)據(jù)上限為8字節(jié)，這種小數(shù)據(jù)量的傳輸一方面

20、能夠使得低優(yōu)先級事務(wù)的傳輸，另一方面也非常符合測控需求。針對can總線技術(shù)的諸多優(yōu)點(diǎn)，非常適合應(yīng)用于大型儀器系統(tǒng)模塊化之間的互相通信，采用模塊化組網(wǎng)的方式構(gòu)建大型儀器系統(tǒng)。 （3）工業(yè)控制中的應(yīng)用 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展,傳統(tǒng)的工業(yè)控制領(lǐng)域正經(jīng)歷著一場前所未有的變革,而工業(yè)控制的網(wǎng)絡(luò)化,更拓展了工業(yè)控制領(lǐng)域的發(fā)展空間,帶來新的發(fā)展機(jī)遇。在廣泛的工業(yè)領(lǐng)域，CAN總線可作為現(xiàn)場設(shè)備級的通信總線，而且與其他的總線相比，具有很高的可靠性和性能價(jià)格比。這將是CAN技術(shù)開發(fā)應(yīng)用的一個(gè)主要的方向。 例如，瑞士一家公司開發(fā)的軸控制系統(tǒng)ACS-E就帶有CAN接口。

21、該系統(tǒng)可作為工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)從站，用于控制機(jī)床、機(jī)器人等。一方面通過CAN總線上上位機(jī)通信，另一方面可通過CAN總線對數(shù)字式伺服電機(jī)進(jìn)行控制。通過CAN總線最多可連接6臺數(shù)字式伺服電機(jī)。 目前CAN總線技術(shù)在工程機(jī)械上的應(yīng)用越來越普遍。國際上一些著名的工程機(jī)械大公司如CAT、VOLVO、利勃、海爾等都在自己的產(chǎn)品上廣泛采用CAN總線技術(shù)，大大提高了整機(jī)的可靠性、可檢測和可維修性，同時(shí)提高了智能化水平。而在國內(nèi)，CAN總線控制系統(tǒng)也開始在工程汽車的控制系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用，在工程機(jī)械行業(yè)中也正在逐步推廣應(yīng)用。 （4）智能家庭和生活小區(qū)管理中的應(yīng)用 小區(qū)智能化是一個(gè)綜合

22、性系統(tǒng)工程，要從其功能、性能、成本、擴(kuò)充能力及現(xiàn)代相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用等多方面來考慮?；谶@樣的需求，采用CAN技術(shù)所設(shè)計(jì)的家庭智能管理系統(tǒng)比較適合用于多表遠(yuǎn)傳、防盜、防火、防可燃?xì)怏w泄漏、緊急救援、家電控制等方面。 CAN總線是小區(qū)管理系統(tǒng)的一部分，負(fù)責(zé)將家庭中的一些數(shù)據(jù)和信號收集起來，并送到小區(qū)管理中心處理，CAN總線上的節(jié)點(diǎn)是每戶的家庭控制器、小區(qū)的三表抄收系統(tǒng)和報(bào)警監(jiān)測系統(tǒng)，每戶的家庭控制系統(tǒng)可通過總線發(fā)送報(bào)警信號，定期向自動(dòng)抄表系統(tǒng)發(fā)送三表數(shù)據(jù)，并接收小區(qū)管理系統(tǒng)的通告信息，如欠費(fèi)通知、火警警報(bào)等。 該系統(tǒng)充分利用CAN技術(shù)的特點(diǎn)和優(yōu)勢，構(gòu)成住宅小區(qū)智能化檢測系統(tǒng)，系統(tǒng)

23、集多表集抄、防盜報(bào)警、水電控制、緊急求助、煤氣泄漏報(bào)警、火災(zāi)報(bào)警和供電監(jiān)控子系統(tǒng)等功能，并提供遠(yuǎn)程通訊服務(wù)。 （5）機(jī)器人網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)中的應(yīng)用 制造車間底層設(shè)備自動(dòng)化，近幾年仍是我國開展新技術(shù)研究和新技術(shù)應(yīng)用工程及產(chǎn)品開發(fā)的主要領(lǐng)域，其市場需求不斷增大且越發(fā)活躍，競爭也日益激烈。伴隨著工業(yè)機(jī)器人的產(chǎn)業(yè)化，目前機(jī)器人系統(tǒng)的應(yīng)用大多要求采用機(jī)器人生產(chǎn)方式，這就要求多臺機(jī)器人能通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互聯(lián)。隨之而來的是，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，這種連網(wǎng)的多機(jī)器人系統(tǒng)的調(diào)度、維護(hù)工作也變得尤為重要。制造車間底層電氣裝置聯(lián)網(wǎng)是近幾年內(nèi)技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)。其電器裝置包括有：運(yùn)動(dòng)控制器、基于微處理器的傳感器、專用

24、設(shè)備控制器等底層設(shè)備；在這些裝置所構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)上另有車間級管理機(jī)、監(jiān)控機(jī)或生產(chǎn)單元控制器等非底層裝置。結(jié)合實(shí)際情況和要求，將機(jī)器人控制器視為運(yùn)動(dòng)控制器。 把CAN總線技術(shù)充分應(yīng)用于現(xiàn)有的控制器當(dāng)中，將可開發(fā)出高性能的多機(jī)器人生產(chǎn)線系統(tǒng)。利用現(xiàn)有的控制技術(shù)，結(jié)合CAN技術(shù)和通信技術(shù)，通過對現(xiàn)有的機(jī)器人控制器進(jìn)行硬件改進(jìn)和軟件開發(fā)，并相應(yīng)地開發(fā)出上位機(jī)監(jiān)控軟件，從而實(shí)現(xiàn)多臺機(jī)器人的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。最終實(shí)現(xiàn)基于CAN網(wǎng)絡(luò)的機(jī)器人生產(chǎn)線集成系統(tǒng)。這樣做的好處很多，例如實(shí)現(xiàn)單根電纜串接全部設(shè)備，節(jié)省安裝維護(hù)開銷；提高實(shí)時(shí)性，信息可共享；提高多控制器系統(tǒng)的檢測、診斷和控制性能；通過離線的任務(wù)調(diào)度、作業(yè)的

25、下載以及錯(cuò)誤監(jiān)控等技術(shù)，把一部分人從機(jī)器人工作的現(xiàn)場徹底脫離出來。  5  結(jié)論 CAN總線的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性。由于其良好的性能及獨(dú)特的設(shè)計(jì),CAN總線越來越受到人們的重視，它在汽車領(lǐng)域上的應(yīng)用是最廣泛的。世界上一些著名的汽車制造廠商大都采用了CAN總線來實(shí)現(xiàn)汽車內(nèi)部控制系統(tǒng)與各檢測和執(zhí)行機(jī)構(gòu)間的數(shù)據(jù)通信。同時(shí),由于CAN總線本身的特點(diǎn),其應(yīng)用范圍目前已不再局限于汽車行業(yè),而向自動(dòng)控制、航空航天、航海、過程工業(yè)、機(jī)械工業(yè)、紡織機(jī)械、農(nóng)用機(jī)械、機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、醫(yī)療器械及傳感器等領(lǐng)域發(fā)展。CAN已經(jīng)形成國際標(biāo)準(zhǔn),并已被公認(rèn)

26、為幾種最有前途的現(xiàn)場總線之一。四、結(jié)合生產(chǎn)生活應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)化總線系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化家用空調(diào)總線系統(tǒng)1.想法由來：在人民生活水平不斷提高的今天，人們越來越追求高質(zhì)量的生活，包括衣食住行的方方面面，為了改善不理想的空氣質(zhì)量對生活質(zhì)量的影響，應(yīng)對變化無常的天氣，以及對工作生活環(huán)境舒適度的強(qiáng)烈追求，空調(diào)正越來越多的走進(jìn)人們的生活。從原來的離心式空調(diào)機(jī)到燃?xì)饪照{(diào)再到現(xiàn)在的變頻空調(diào)、太陽能空調(diào)，從原先的小型家用空調(diào)到現(xiàn)在大規(guī)模的中央空調(diào)，空調(diào)也變得越來越人性化，網(wǎng)絡(luò)化。而網(wǎng)絡(luò)化的空調(diào)系統(tǒng)是今后空調(diào)領(lǐng)域發(fā)展的必然趨勢，例如，中央空調(diào)、汽車空調(diào)等，總線技術(shù)在上述空調(diào)中都有了很好的應(yīng)用，而隨著科技的不斷發(fā)展，總線空調(diào)必然

27、會(huì)向著智能化，家用化的趨勢發(fā)展，使得這樣的空調(diào)更加貼近我們的生活。所以，我的想法就是將總線技術(shù)應(yīng)用于家用空調(diào)領(lǐng)域。2.設(shè)計(jì)內(nèi)容：（1）主要功能眾所周知，空調(diào)系統(tǒng)的作用就是對室內(nèi)空氣進(jìn)行處理，使空氣的溫度、流動(dòng)速度及新鮮度、潔凈度等指標(biāo)符合場所的使用要求。為此必須對空氣進(jìn)行冷卻或加熱、降溫或加濕，以及過濾等處理措施。其相應(yīng)設(shè)備有制冷機(jī)組、熱水爐、風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)、風(fēng)管系統(tǒng)、水管系統(tǒng)等。例如，空調(diào)系統(tǒng)中，冷水機(jī)組是由設(shè)備生產(chǎn)廠成套供應(yīng)的，它一般是根據(jù)空氣調(diào)節(jié)原理及規(guī)律等由微處理器自動(dòng)控制的。冷水機(jī)組由壓縮機(jī)、冷凝器與蒸發(fā)器組成，壓縮機(jī)把制冷劑壓縮，壓縮后的制冷劑進(jìn)入冷凝器，被冷卻水冷卻后，變成液體，析

28、出的熱量由冷卻水帶走，并在冷卻塔里排入大氣。液體制冷劑由冷凝器進(jìn)入蒸發(fā)器進(jìn)行蒸發(fā)吸收，使冷凍水降溫，然后冷凍水進(jìn)入水冷風(fēng)機(jī)盤管吸收空氣中的熱量，如此循環(huán)不已，把房間的熱量帶出。 因此，空調(diào)系統(tǒng)的監(jiān)控設(shè)計(jì)，可從以下三個(gè)方面考慮：1）基本參數(shù)的測量、設(shè)備的啟?？刂?；2）基本的能量調(diào)節(jié)；3）冷熱源及水管系統(tǒng)的全面調(diào)節(jié)與控制。所以設(shè)計(jì)空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)以具備CAN總線通信功能的PC機(jī)為主站，以具備獨(dú)立故障診斷和控制功能的冷凍機(jī)、冷凍水控制系統(tǒng)，冷卻水控制系統(tǒng)，補(bǔ)水控制系統(tǒng)等子控制系統(tǒng)為從站的中央空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。用CAN總線作為主從站之間的通信媒介。（2）空調(diào)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)上位機(jī)采用IBM-PC兼容機(jī)，負(fù)責(zé)系

29、統(tǒng)數(shù)據(jù)的接收與管理、控制命令的發(fā)送、系統(tǒng)工作過程的實(shí)時(shí)顯示等。各單元控制器作為下位機(jī)，采用ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C51單片機(jī)作為微處理器，負(fù)責(zé)本單元內(nèi)空調(diào)風(fēng)機(jī)機(jī)組的現(xiàn)場數(shù)據(jù)檢測以及工作狀態(tài)的控制等。單元控制器內(nèi)的CAN總線控制器SJA1000負(fù)責(zé)接收來自CAN總線的數(shù)據(jù)以及通過CAN總線向上位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。上位機(jī)通過插在PC總線擴(kuò)展槽內(nèi)的智能CAN總線通信適配卡連接CAN總線，并通過CAN總線與各單元控制器相連接。單元控制器也可以脫離上位機(jī)，直接進(jìn)行現(xiàn)場手動(dòng)控制。圖1（3）硬件系統(tǒng)硬件主要包括智能CAN總線通信適配卡和單元控制器。圖2為智能CAN總線通信適配卡的原理框圖。它提供了上位微機(jī)和

30、CAN總線的接口，采用高性能的嵌入式微處理器80C188、CAN總線控制器82C200和CAN總線收發(fā)器82C250負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)交換和通信處理，可完成物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的所有功能。電子控制單元（ECU）的應(yīng)用層由微處理器提供，82C200為其提供一個(gè)多用途的接口。雙口RAM IDT7230作為PC機(jī)與CAN總線控制器的數(shù)據(jù)共享區(qū)，可提供兩種相互獨(dú)立的端口，每個(gè)端口均有各自的地址線、數(shù)據(jù)線和控制線，并且具有兩套相互獨(dú)立的中斷邏輯來實(shí)現(xiàn)兩個(gè)CPU之間的握手控制信號。通過軟硬件設(shè)置將雙口RAM映射成PC機(jī)的物理內(nèi)存，使收發(fā)數(shù)據(jù)相當(dāng)于直接向內(nèi)存讀寫數(shù)據(jù)，從而提高了數(shù)據(jù)交換速率，并保證兩個(gè)CPU同時(shí)對同一內(nèi)

31、存單元進(jìn)行讀寫操作時(shí)數(shù)據(jù)的正確性。此外，智能CAN總線通信適配卡還具有中斷選擇、主存基地址選擇、LED指示系統(tǒng)狀態(tài)及CAN收發(fā)狀態(tài)等功能。圖2系統(tǒng)工作時(shí)，上位機(jī)將控制命令經(jīng)ISA總線發(fā)送至智能CAN總線通信適配卡，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路寫入雙口RAM，然后發(fā)出中斷信號。CAN通信控制器82C200收到中斷信號后，從雙口RAM中取出數(shù)據(jù)，并以CAN總線協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)輸出驅(qū)動(dòng)電路、光電隔離電路以及CAN總線收發(fā)器82C250發(fā)送至CAN總線，完成從上位機(jī)到單元控制器的數(shù)據(jù)交換。上位機(jī)接收數(shù)據(jù)的過程與發(fā)送命令的過程相似，但方向相反。圖3為單元控制器電路的原理框圖。圖中，微處理器由 ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C5

32、1單片機(jī)，CAN總線控制器選用SJA1000，CAN總線收發(fā)器仍選用82C250，控制CAN總線的數(shù)據(jù)交換。工作時(shí)，CAN總線控制器SJA1000從CAN總線接收上位機(jī)發(fā)出的命令和數(shù)據(jù)，以中斷方式通知CPU89C51。CPU收到中斷信號后，將SJA1000接收到的數(shù)據(jù)存入RAM中，并根據(jù)數(shù)據(jù)對I/O接口電路發(fā)出相應(yīng)的命令，控制風(fēng)機(jī)機(jī)組、加濕器等執(zhí)行部件進(jìn)行相應(yīng)操作。若上位機(jī)需要各單元狀態(tài)信息，則CPU啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集程序，控制I/O接口電路對各個(gè)檢測點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行巡回檢。圖3（4）軟件系統(tǒng)軟件由上位機(jī)管理軟件和單元控制器控制軟件組成。上位機(jī)管理軟件是在Windows98操作平臺上，利用Visual

33、Basic6.0開發(fā)的，包括系統(tǒng)監(jiān)控、通信管理、數(shù)據(jù)處理、控制命令、動(dòng)態(tài)顯示等模塊，具有界面友好、顯示直觀、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，各檢測點(diǎn)和控制點(diǎn)的位置以圖形方式形象地顯示在上位機(jī)顯示器，檢測和控制數(shù)據(jù)在各自位置旁動(dòng)態(tài)顯示，操作者經(jīng)簡單培訓(xùn)即可對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制。單元控制器控制軟件采用8051匯編語言編程，固化于89C51的EEPROM中，主要完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)通信、I/O接口控制、數(shù)字顯示控制等功能。根據(jù)各個(gè)季節(jié)對室內(nèi)溫、濕度的不同要求，軟件中預(yù)選設(shè)置了不同季節(jié)的控制參數(shù)，并可通過小鍵盤隨時(shí)進(jìn)行修改。實(shí)際運(yùn)行時(shí)，濕度控制精度達(dá)到±0.5,濕度控制精度達(dá)到±2%RH。

34、在空調(diào)控制系統(tǒng)上、下位機(jī)之間采用CAN總線進(jìn)行通信，可大大提高系統(tǒng)工作的可靠性、實(shí)時(shí)性及擴(kuò)展性，實(shí)現(xiàn)高精度的溫度、濕度控制，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。主程序設(shè)計(jì)信號采集節(jié)點(diǎn)的軟件主要功能是將溫度和壓力值轉(zhuǎn)換成模擬量傳給控制計(jì)算機(jī)。同時(shí)將工頻機(jī)的狀態(tài)傳給控制計(jì)算機(jī)，并根據(jù)命令控制工頻機(jī)的啟停。圖4為主程序流程圖，主程序主要完成微處理器的初始化，SJA1000的初始化、循環(huán)調(diào)用AD程序、CAN發(fā)送和CAN接收程序。圖4（5）能源在空調(diào)能源供應(yīng)方面，可以使用傳統(tǒng)的燃?xì)?，也可使?20V民用電功能。在現(xiàn)今的技術(shù)條件下，也可以使用太陽能電池板吸收太陽能以供空調(diào)使用，更好的實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排、低碳環(huán)保的新能源理

35、念。（6）總結(jié)新型總線家用空調(diào)系統(tǒng)在能源上如上所述所說能實(shí)現(xiàn)環(huán)保；在使用上可以實(shí)現(xiàn)面向人機(jī)界面的簡便控制；在功能方面，能夠根據(jù)設(shè)定參數(shù)智能地實(shí)現(xiàn)制冷、制熱、換氣、除濕等各項(xiàng)功能；在結(jié)構(gòu)上，總線系統(tǒng)可以將覆蓋整個(gè)住房的空調(diào)系統(tǒng)聯(lián)系起來，并能實(shí)施按照不同房間、不同需求的簡便的集中調(diào)控，體現(xiàn)了新型總線家用空調(diào)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化、智能化、且更加人性化的特點(diǎn)。五、CAN 總線優(yōu)缺點(diǎn)總結(jié) （1） CAN 總線的優(yōu)點(diǎn) CAN 總線是一種多主總線，通信介質(zhì)可以是雙 絞線、同軸電纜或光導(dǎo)纖維。CAN 協(xié)議的一個(gè)大 特點(diǎn)是廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼，取而代之以對通 信數(shù)據(jù)塊進(jìn)行編碼。采用這種方法的優(yōu)點(diǎn)可使網(wǎng)絡(luò) 內(nèi)的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)

36、在理論上不受限制。另外，CAN 總線 采用了多主競爭式總線結(jié)構(gòu)，具有多主站運(yùn)行和分 散仲裁的串行總線以及廣播通信的特點(diǎn)。 CAN 現(xiàn)場總線的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、 實(shí)時(shí)性和靈活性。其特點(diǎn)歸結(jié)起來具有如下幾點(diǎn)： 1）CAN 網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)信息均可在任意時(shí)刻主 動(dòng)向網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點(diǎn)發(fā)起通信，節(jié)點(diǎn)不分主從，通 信方式靈活，可方便地構(gòu)成多機(jī)備份系統(tǒng)。CAN 總 線上的節(jié)點(diǎn)信息可以分成不同的優(yōu)先級，以滿足不 同的實(shí)時(shí)要求。 2）CAN 采用非破壞性總線仲裁技術(shù)，當(dāng)兩個(gè) 節(jié)點(diǎn)同時(shí)向總線上發(fā)送信息時(shí)，優(yōu)先級低的節(jié)點(diǎn)主 動(dòng)停止數(shù)據(jù)發(fā)送，而優(yōu)先級高的節(jié)點(diǎn)可不受影響地 繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，節(jié)省了總線沖突仲裁時(shí)間，即使在 網(wǎng)絡(luò)負(fù)載很重的情況下，也不會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)癱瘓情況； 3）CAN 通過報(bào)文濾波可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)、一點(diǎn)對 多點(diǎn)及全局廣播等幾種方式收發(fā)數(shù)據(jù)，無需專門的 調(diào)度，CAN 上的節(jié)點(diǎn)數(shù)主要取決于總線驅(qū)動(dòng)電路， 目前可達(dá) 110 個(gè)；報(bào)文標(biāo)識符可達(dá) 2032 種 （CAN2.0A）；而 CAN2.0B 的報(bào)文標(biāo)識符幾乎不受 限制。 4）C