CAN技術(shù)工程機械控制領(lǐng)域的應用

　　隨著(zhù)計算機技術(shù)、通訊技術(shù)、集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，以全數字式現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)為代表現場(chǎng)控制儀表、設備大量應用，使得傳統的現場(chǎng)控制技術(shù)及現場(chǎng)控制設備發(fā)生了巨大的變化。繁瑣的現場(chǎng)連線(xiàn)被單一、簡(jiǎn)潔的現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )所替代，系統設計靈活、設備維護簡(jiǎn)單，信號傳輸質(zhì)量也大幅提高。

　　電子技術(shù)的飛速發(fā)展及在工程機械上的廣泛應用，使得工程機械的智能化程度越來(lái)越高，特別是在控制器技術(shù)被引入工程機械控制領(lǐng)域后，給工程機械的發(fā)展帶來(lái)了劃時(shí)代的變化，工程機械的操作便利性、安全性、燃油經(jīng)濟性都得到了大幅提高。

　　然而，電子設備的大量使用，必然導致車(chē)身布線(xiàn)越來(lái)越長(cháng)愈來(lái)愈復雜，運行可靠性降低、故障維修難度增大，特別是電子控制單元的大量引入，為了提高信號的利用率，要求人批的數據信息能在不同的控制單元中共享，大量的控制信號也需要實(shí)時(shí)交換，傳統線(xiàn)束已遠遠不能滿(mǎn)足這種需求。在這種情況下，將串行通訊總線(xiàn)系統引入可以有效解決上述問(wèn)題?；谏鲜鲈?，博世公司開(kāi)發(fā)了控制器局域網(wǎng)（CAN），并獲得了國際標準化組織的認可及許多半導體器件制造商、網(wǎng)絡(luò )系統開(kāi)發(fā)商的支持?，F在它已經(jīng)被廣泛地應用于汽車(chē)、工程機械和工業(yè)現場(chǎng)控制，實(shí)踐證明CAN網(wǎng)絡(luò )是一種性能優(yōu)異的現場(chǎng)網(wǎng)絡(luò )。

　　CAN總線(xiàn)技術(shù)的引入徹底改變了工程機械控制領(lǐng)域的面貌，分布式控制系統完全取代了集中式控制系統，在眾多具有CAN功能的控制器、傳感器和執行器的支持下，繁瑣的現場(chǎng)連線(xiàn)被單一、簡(jiǎn)潔的現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )所替代，系統設計更加靈活、信號傳輸質(zhì)量也大幅提高。

　　眾多的國際知名公司早在80年代初就積極致力于工程機械及汽車(chē)局域網(wǎng)的應用及研究。進(jìn)入90年代，這些曰趨成熟的技術(shù)在國外已廣泛地應用于工程機械領(lǐng)域。為縮短與國際先進(jìn)水平的差距，研究和開(kāi)發(fā)自己的工程機械局域網(wǎng)系統勢在必行。

　　二　CAN的技術(shù)特征

　　1 CAN的物理特性

　　1.1拓撲結構　CAN在物理結構上屬于總線(xiàn)式通信網(wǎng)絡(luò )。

　　1.2機械參數及傳輸介質(zhì)　模塊通過(guò)一個(gè)9針的D型插頭連接到CAN總線(xiàn)上?？偩€(xiàn)采用屏蔽的或非屏蔽的雙絞線(xiàn)，用光纖更佳。

　　1.3電氣參數及信號表示　總線(xiàn)上的數據采用不歸零編碼方式（NRZ），可具有兩種互補的邏輯值之一：顯性及隱性。CAN總線(xiàn)中各節點(diǎn)使用相同的位速率。它的每位時(shí)間由同步段、傳播段、相位緩沖段1及相位緩沖段2組成。發(fā)送器在同步段前改變輸出的位數值，接受器在兩個(gè)相位緩沖段間采樣輸入位值，而兩個(gè)相位緩沖段長(cháng)度可自由調節，以保證采樣的可靠性。另外，CAN總線(xiàn)采用時(shí)鐘同步技術(shù)來(lái)保證通訊的同步。

　　2 CAN協(xié)議

　　CAN總線(xiàn)以報文為單位進(jìn)行信息交換，報文中含有標示符（ID），它既描述了數據的含義又表明了報文的優(yōu)先權。CAN總線(xiàn)上的各個(gè)協(xié)點(diǎn)都可主動(dòng)發(fā)送數據。當同時(shí)有兩個(gè)或兩個(gè)以上的節點(diǎn)發(fā)送報文時(shí)，CAN控制器采用ID進(jìn)行仲裁。ID控制節點(diǎn)對總線(xiàn)的訪(fǎng)問(wèn)。發(fā)送具有最高優(yōu)先權報文的節點(diǎn)獲得總線(xiàn)的使用權，其他節點(diǎn)自動(dòng)停止發(fā)送，總線(xiàn)空閑后，這些節點(diǎn)將自動(dòng)重發(fā)報文。

　　2.1 CAN協(xié)議　分層結構CAN總線(xiàn)規范規定了任意兩個(gè)節點(diǎn)之間的兼容性。包括電氣特件利數據解釋協(xié)議。

　　CAN協(xié)議可分為：目標層、傳送層、物理層。其中目標層和傳送層包括了ISO/OSI定義的數據鏈路的所有功能。目標層的功能包括：確認要發(fā)送的信息；位應用層提供接口。傳送層功能包括：數據幀組織：總線(xiàn)仲裁：檢錯、錯誤報告、錯誤處理。

　　2.2 CAN通信協(xié)議　CAN支持四類(lèi)信息幀類(lèi)型。

　?。?）數據幀 CAN協(xié)議有兩種數據幀類(lèi)型標準2.0A和標準2.0B。 兩者本質(zhì)的不同在于ID的長(cháng)度不同。在2.0A類(lèi)型中，ID的長(cháng)度為l l位；在2.0B類(lèi)型中ID為29位。一個(gè)信息震中包括7個(gè)主要的域：

　　幀起始域――標志數據幀的開(kāi)始，由一個(gè)顯性位組成。

　　仲裁域――內容由標示符和遠程傳輸請求位（RTR）組成，RTR用以表明此信息幀是數據幀還是不包含任何數據的遠地請求幀。當2.0A的數據幀和2.0B的數據幀必須在同一條總線(xiàn)上傳輸時(shí)，首先判斷其優(yōu)先權，如果ID相同，則非擴展數據幀的優(yōu)先權高于擴展數據幀。

　　控制域――r0、r1是保留位，作為擴展位，DLC表示一幀中數據字節的數目。

　　數據域――包含0～8字節的數據。

　　校驗域――檢驗位錯用的循環(huán)冗余校驗域，共15位。

　　應答域――包括應答位和應答分隔符。正確接收到有效報文的接收站在應答期間將總線(xiàn)值為顯性電平。

　　幀結束――由七位隱性電平組成。

　?。?）遠程幀 接受數據的節點(diǎn)可通過(guò)發(fā)遠程幀請求源節點(diǎn)發(fā)送數據。它由6個(gè)域組成：幀起始、仲裁域、控制域、校驗域、應答域、幀結束。

　?。?）錯誤指示幀 由錯誤標志和錯誤分界兩個(gè)域組成。接收節點(diǎn)發(fā)現總線(xiàn)上的報文有誤時(shí)，將自動(dòng)發(fā)出“活動(dòng)錯誤標志”其他節點(diǎn)檢測到活動(dòng)錯誤標志后發(fā)送“錯誤認可標志”。