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基于CAN總線(xiàn)的現場(chǎng)設備控制管理系統
作者：
時(shí)間：2012-12-04
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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一． CAN總線(xiàn)的特點(diǎn)
ＣＡＮ（Controller Area Network）總線(xiàn)協(xié)議最初是以研發(fā)和生產(chǎn)汽車(chē)電子產(chǎn)品著(zhù)稱(chēng)的德國ＢＯＳＣＨ公司開(kāi)發(fā)的，它是一種支持分布式實(shí)時(shí)控制系統的串行通信局域網(wǎng)。目前，ＣＡＮ總線(xiàn)以其高性能、高可靠性、實(shí)時(shí)性等優(yōu)點(diǎn)，而被廣泛應用于控制系統中的檢測和執行機構之間的數據通信中。ＣＡＮ總線(xiàn)具有以下一些技術(shù)特性：
1．多主方式工作，采用非破壞性的基于優(yōu)先權的總線(xiàn)仲裁技術(shù)；
2．借助接收濾波可實(shí)現多地址的幀傳送；
3．數據采用短幀結構，抗干擾性強，數據幀的信息ＣＲＣ校驗及其它錯誤檢測措施完善；
4．發(fā)送期間丟失仲裁或由于出錯而遭破獲的幀可以自動(dòng)重發(fā)；
5．嚴重錯誤時(shí)可自動(dòng)關(guān)閉總線(xiàn)功能，以使總線(xiàn)其它操作不受影響。
ＣＡＮ總線(xiàn)符合ＩＳＯ１１８９８標準，最大傳輸速率為１ＭＢ／ｓ時(shí)傳輸距離最大為４０ｍ；傳輸速率為５ｋＢ／ｓ時(shí)的最大傳輸距離為１０ｋｍ。ＣＡＮ總線(xiàn)的傳輸介質(zhì)可為雙絞線(xiàn)、同軸電纜等。由于ＣＡＮ總線(xiàn)是一種很有發(fā)展前景的現場(chǎng)總線(xiàn)，因此得到了國際上很多大公司的支持，加之基于ＣＡＮ總線(xiàn)的硬件接口簡(jiǎn)單，編程方便，系統容易集成。因此它特別適用于系統分布比較分散、實(shí)時(shí)性要求高、現場(chǎng)環(huán)境干擾大的場(chǎng)合。
二． 本項目概述及系統總體結構
筆者所在公司的技術(shù)中心有各種各樣汽車(chē)零部件試驗設備100余臺，且分布在相隔較遠的不同試驗區域，許多試驗設備（如高低溫環(huán)境模擬試驗箱，振動(dòng)試驗臺，各種零部件疲勞耐久試驗臺等）需要24小時(shí)連續不間斷地運行，為了更好地設計開(kāi)發(fā)汽車(chē)零部件，需要對試驗過(guò)程中試驗臺架運行情況進(jìn)行記錄，因此如何集中地監控，管理這些試驗設備的運行顯得頗為重要。
本課題以每臺試驗設備為網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)，用雙絞線(xiàn)架構CAN總線(xiàn)設備網(wǎng)，對每個(gè)節點(diǎn)實(shí)時(shí)地采集數據，輸出控制。設備網(wǎng)的固定節點(diǎn)（地址為00號）同時(shí)作為網(wǎng)關(guān)，通過(guò)這臺通用PC服務(wù)器終端將CAN-bus網(wǎng)絡(luò )連至以太網(wǎng)，由以太網(wǎng)架構信息網(wǎng)，在PC服務(wù)器終端平臺上用VB或VC++ 開(kāi)發(fā)用戶(hù)層的應用程序，用來(lái)監控各個(gè)試驗臺架的運行情況，并創(chuàng )建網(wǎng)絡(luò )數據庫記錄下各個(gè)CAN節點(diǎn)設備的數據。使得每個(gè)零部件設計工程師通過(guò)連至以太網(wǎng)上的各自的辦公電腦在辦公室里就可以訪(fǎng)問(wèn)PC服務(wù)器終端，獲取所需的零部件試驗設備運行情況數據，從而更好地對零部件試驗結果進(jìn)行分析。
三． CAN總線(xiàn)設備網(wǎng)與以太信息網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)
連接CAN總線(xiàn)設備網(wǎng)與以太信息網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)是一臺通用PC終端。在通用PC終端中安裝1個(gè)標準以太網(wǎng)接口卡和1個(gè)USBCAN-I接口卡，這樣就能方便地實(shí)現一個(gè)連接CAN總線(xiàn)設備網(wǎng)與以太信息網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)。
應用程序開(kāi)發(fā)可以使用VB或VC++等高級語(yǔ)言在PC平臺上實(shí)現，應用程序是一個(gè)WIN 32監控程序及網(wǎng)絡(luò )數據庫（記錄CAN節點(diǎn)設備數據）的軟件。所有的CAN總線(xiàn)節點(diǎn)組成一個(gè)虛擬網(wǎng)段，CAN設備管理服務(wù)器是公司以太網(wǎng)中的任一節點(diǎn)。連在以太網(wǎng)上的WinNT服務(wù)器安裝專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )管理軟件，就可讓合法的工程技術(shù)人員遠程管理CAN總線(xiàn)節點(diǎn)設備；通過(guò)以太網(wǎng)，可同CAN總線(xiàn)節點(diǎn)設備進(jìn)行數據通信。這樣，服務(wù)器就可以使用WEB發(fā)布方式，向網(wǎng)絡(luò )客戶(hù)提供動(dòng)態(tài)交互式瀏覽網(wǎng)頁(yè)等功能。
四． CAN 節點(diǎn)的設計
1．ＣＡＮ節點(diǎn)的硬件設計
本ＣＡＮ節點(diǎn)的電路原理簡(jiǎn)圖如圖２所示。該電路的三個(gè)核心器件是單片機ＡＤμＣ８１２、ＣＡＮ總線(xiàn)控制器ＳＪＡ１０００和ＣＡＮ總線(xiàn)驅動(dòng)器ＰＣＡ８２Ｃ２５０。
ＡＤμＣ８１２是高度集成、高精度１２位數據采集系統，該產(chǎn)品在其內核中集成了帶有片內可重編程非易失性閃速／電擦除程序存儲器的高性能８位（與８０５１兼容）ＭＣＵ和多通道（８個(gè)輸入通道）１２位ＡＤＣ。由于ＡＤμＣ８１２只需要通過(guò)其串口模塊和計算機的串口進(jìn)行連接，而不需要額外的仿真器，因而可利用ＡＤＩ公司的ＱＵＩＣＫＳＴＡＲＴ軟件來(lái)實(shí)現程序的在線(xiàn)下載、在線(xiàn)調試和在線(xiàn)仿真，從而極大地提高了工作效率。這也是本設計使用ＭＡＸ２３２的原因。
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