發(fā)布時(shí)間：2020-09-21 07:27

　　 現(xiàn)場(chǎng)總線是自動(dòng)化領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。CAN總線作為目前最有前途的現(xiàn)場(chǎng)總線之一,其主要優(yōu)點(diǎn)為實(shí)時(shí)性好、可靠性高、性價(jià)比突出。因此已經(jīng)逐漸成為當(dāng)今自動(dòng)化領(lǐng)域發(fā)展的熱點(diǎn)之一。 本文主要研究對(duì)象為基于CAN總線的分布式數(shù)據(jù)采集與通訊系統(tǒng),并準(zhǔn)備將其應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。作者在分析了CAN總線2.0B協(xié)議的基礎(chǔ)上,采用結(jié)構(gòu)化的方法獨(dú)立設(shè)計(jì)了帶有CAN總線通信接口的數(shù)據(jù)采集與處理底層模塊。 底層模塊的硬件設(shè)計(jì)以C8051F040高速型單片機(jī)為核心,其內(nèi)部已經(jīng)集成了AD采集和DA輸出子模塊,在其基礎(chǔ)上,又外擴(kuò)了CAN總線通訊、人機(jī)交互、地址譯碼等功能模塊。 在集成了Keil C51編譯器的Silicon Laboratories IDE開發(fā)環(huán)境下,采用模塊化的軟件程序設(shè)計(jì)方法完成了底層模塊的模擬電壓采集、CAN總線通訊、模擬電壓輸出、LCD顯示、矩陣鍵盤掃描、現(xiàn)場(chǎng)溫度監(jiān)控、開關(guān)量輸入輸出等功能。每個(gè)子任務(wù)模塊之間通過主程序的多任務(wù)機(jī)制來進(jìn)行分時(shí)調(diào)用,并采用過采樣等方法對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的處理,減輕通訊帶寬的負(fù)擔(dān),以提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性與效率。 整個(gè)系統(tǒng)由兩個(gè)底層模塊和一臺(tái)接有CAN總線通信板卡的上位機(jī)組成,采用主從結(jié)構(gòu),通過接口卡來實(shí)現(xiàn)雙向通訊,由此可以及時(shí)得知工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的各種數(shù)據(jù)和運(yùn)行參數(shù),從而保證了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)遠(yuǎn)程測(cè)控的實(shí)時(shí)性。CAN總線應(yīng)用層協(xié)議由作者自行定義和編寫,使之更加符合本系統(tǒng)的要求和特點(diǎn)。 目前整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行良好,性能穩(wěn)定,通信冗余度高,符合工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)使用的要求。
【學(xué)位單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2007
【中圖分類】：TP336
【部分圖文】：

幀起始 仲裁區(qū)域 控制區(qū)域 數(shù)據(jù)區(qū)域 CRC 區(qū)域 ACK 區(qū)域 幀結(jié)束圖 2.2 數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)（1）幀起始它標(biāo)志數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀的起始，由一個(gè)單獨(dú)的“顯性”位組成。只在總線空閑時(shí)，才允許節(jié)點(diǎn)發(fā)送信號(hào)。所有節(jié)點(diǎn)必須同步于首先開始發(fā)送信息的節(jié)點(diǎn)的幀起始前沿。（2）仲裁區(qū)域仲裁區(qū)域包括識(shí)別符（ID）和遠(yuǎn)程發(fā)送請(qǐng)求位（RTR）。識(shí)別符（ID）：識(shí)別符的長(zhǎng)度為 11 位或 29 位。在本系統(tǒng)使用的 CAN2.0B 協(xié)議中，報(bào)文分為標(biāo)準(zhǔn)幀（11 位）和擴(kuò)展幀（29 位）兩種格式。當(dāng)為標(biāo)準(zhǔn)幀時(shí)，這些位的發(fā)送順序是從 ID-10 到 ID-0。最低位是 ID-0。最高的 7 位（ID-10 到 ID-4）必須不能全是“隱性”。擴(kuò)展幀的報(bào)文結(jié)構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)幀相似，不同之處是所使用的仲裁區(qū)域的長(zhǎng)度，仲裁區(qū)域由已存在的 11bit 基本仲裁區(qū)域和 18bit 擴(kuò)展仲裁區(qū)域組成。兩種不同類型幀的仲裁區(qū)域比較如圖 2.3 所示。

圖 2.7 總線編碼的數(shù)值表示2.6 CAN 總線仲裁方式由于 CAN 總線是一種多主型總線，總線上任一節(jié)點(diǎn)都有可能作為主節(jié)點(diǎn)向總線發(fā)送報(bào)文，因此就有可能出現(xiàn)幾個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向總線發(fā)送報(bào)文的情況。由于 CAN 總線并未定義節(jié)點(diǎn)地址，因此在這種情況下，CAN 總線基于“多主競(jìng)爭(zhēng)總線仲裁”的原理，依靠報(bào)文的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行取舍。報(bào)文的優(yōu)先級(jí)體現(xiàn)在寫入報(bào)文識(shí)別符（ID）區(qū)的二進(jìn)制數(shù)值，該值不能被動(dòng)態(tài)的改變。在同一系統(tǒng)中標(biāo)識(shí)符定義是唯一的，不會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送具有相同標(biāo)識(shí)符報(bào)文的情況。ID 中的值越小，其報(bào)文的優(yōu)先級(jí)越高（也就是 0 比 1 的優(yōu)先級(jí)高），在沖突中越容易獲得網(wǎng)絡(luò)訪問權(quán)，因此在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)訪問仲裁的同時(shí)已經(jīng)開始了報(bào)文的傳輸[18]。例如，節(jié)點(diǎn) A 發(fā)出的報(bào)文標(biāo)識(shí)符為 01010001011，節(jié)點(diǎn) B 發(fā)出的為 01000101011前三位相同，不存在沖突，而第四位節(jié)點(diǎn) B 為 0，是顯性位，將覆蓋掉節(jié)點(diǎn) A 的第四位。這樣，B 節(jié)點(diǎn)就完全取得了介質(zhì)訪問權(quán)，A 節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)為接收方，以后介質(zhì)上傳輸

圖 3.3 SJA1000 內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖其各部分門電路功能說明如下：（1）接口管理邏輯（IML）接口管理邏輯解釋來自CPU的命令，控制CAN寄存器的尋址，向主控制器提供中斷信息和狀態(tài)信息。（2）發(fā)送緩沖器（TXB）發(fā)送緩沖器是CPU和位流處理器（BSP）之間的接口，能夠存儲(chǔ)發(fā)送到CAN網(wǎng)絡(luò)上的完整信息，緩沖器長(zhǎng)13個(gè)字節(jié)，由CPU寫入、BSP讀出。（3）接收緩沖器（RXB）接收緩沖器是驗(yàn)收濾波器和CPU之間的接口，用來儲(chǔ)存從CAN總線上接收的信息。接收緩沖器（RXB，13個(gè)字節(jié)）作為接收FIFO（RXFIFO，長(zhǎng)64字節(jié)）的一個(gè)窗口，可被CPU訪問。CPU在此FIFO的支持下，可以在處理信息的時(shí)候接收其它信息。（4）驗(yàn)收濾波器（ACF）驗(yàn)收濾波器把它其中的數(shù)據(jù)和接收的識(shí)別碼的內(nèi)容相比較，以決定是否接收信

【引證文獻(xiàn)】

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2 鞏延慶;張冰;;可擴(kuò)展節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[J];信息技術(shù);2011年03期

3 白云;石巖;;基于SPCE061A單片機(jī)的MGLS12864液晶顯示模塊的應(yīng)用設(shè)計(jì)[J];現(xiàn)代電子技術(shù);2012年13期

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7 王小艷;基于多種總線的測(cè)量綜合控制器測(cè)試臺(tái)的研究與實(shí)現(xiàn)[D];中北大學(xué);2009年

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9 郭洪祥;基于DSP的油水相對(duì)滲透率測(cè)量的研究[D];中國(guó)石油大學(xué);2009年

10 程何小;超級(jí)電容分布式參數(shù)采集系統(tǒng)的研制[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2009年

本文編號(hào)：2823234