基于单片机的CAN 总线节点设计文献综述.doc

文献综述 题 目 基于单片机的CAN 总线节点设计 学生姓名 专业班级 学 号 院 （系） 电气信息工程学院 指导教师 完成时间 2011年1月12日 综述题目：基于单片机的CAN 总线节点设计 专业班级： 姓名： 学号：基于单片机的CAN 总线节点设计文献综述摘要 CAN总线因其卓越的性能，应用不再局限于汽车工业，已被广泛应用到自动控制、楼宇自动化、医学设备等各个领域。本文重点对CAN总线节点设计研究意义和发展趋势的介绍。关键词 CAN总线 节点 意义 趋势前言在工业控制系统中，CAN总线在完成现场的智能仪器仪表、控制器、执行器等底层设备间的数据通信方面正发挥着巨大的作用。在以往国内测控领域由于技术的限制，没有更好的选择，大都采用BITBUS和RS485作为通信桥梁，存在许多不足， CAN总线产品由于结构简单、应用灵活方便、可靠性强、价格低廉等优点，越来越受到工业界青睐，其影响的领域越来越广泛。被公认为几种最有前途的现场总线之一。1、课题背景1.1 研究目的本课题在深入研究CAN现场总线协议后，设计出符合CAN总线协议的现场数据采集节点，使节点能够接收和处理现场信号并能将处理好的信号发送到CAN总线上，同时接收CAN总线上其它节点发送的数据，能够接收和发送带有RS485通信接口的现场设备信息。1.2 研究意义CAN总线作为工业中使用最广泛的现场总线之一，自诞生以来，以其独特的设计思想、优良的性能和极高的可靠性越来越受到工业界的青睐。CAN总线国际标准的制定更加推动了它的发展和应用，基于CAN总线的工业应用系统也大量涌现。其主要应用领域包括大型仪器设备、传感器技术及数据采集系统和工业现场监控系统等。目前，支持CAN总线协议的有Philips、Siemens、Honeywell等百余家国际著名大公司。CAN总线应用研究还在不断深入，其应用范围必将不断扩大，发展前景十分广阔。本文设计的节点是基于上述意义基础上实现CAN总线通信。1.3 CAN总线简述CAN是控制网络(Control Area Network)的简称，最早由德国BOSCH公司推出，用于汽车内部测量与执行部件之间的数据通信。其信号传输介质为双绞线，通信速率最高可达1Mbps40m，直接传输距离最远可达10km5Kbps，可挂接设备最多可达110个。CAN的信号传输采用短帧结构，每一帧的有效字节数为8个，因而传输时间短，受干扰的概率低。当节点严重错误时，具有自动关闭的功能以切断该节点与总线的联系，使总线上的其他节点及其通信不受影响，具有较强的抗干扰能力。CAN支持多种方式工作，网络上任何节点均可在任意时刻主动向其他节点发送信息，支持点对点、一点对多点和全局广播方式接收/发送数据。目前，CAN总线协议已被国际标准化组织认证，技术比较成熟，控制的芯片已经商品化，性价比高，特别适用与分布式测控系统之间的数据通信。现在，CAN已经形成国际标准并已经被公认为几种最有前途的现场总线之一。2、相关领域的研究进展和主要应用成果及发展趋势2.1 相关领域的研究进展尽管CAN协议已经有20年的历史，但它仍处在改进之中。从2000年开始，一个由数家公司组成的国际标准化组织ISO(Intemational Organization forStandardization)任务组织定义了一种时间触发CAN报文传输的协议，BerndMueller、Bosch公司人员和半导体工业专家、学术研究专家将此协议定义为时间触发通讯的CAN“TrCAN。这个CAN的扩展已在硅片上实现，不仅可实现闭环控制下支持报文的时间触发传输，而且可以实现CAN的工业应用。因为CAN协议并未改变，所以，在同一个物理层上，既可以实现传输时间触发的报文，也可以实现传输事件触发的报文。TICAN将为CAN延长510年的生命期。现在CAN在全球市场上仍然处于起始点，当得到重视时，谁也无法预料CAN总线系统在下一个1015年内的发展趋势。2.2 CAN总线的主要应用成果2.2.1 CAN在传感器技术和数据采集系统中的应用测控系统中离不开传感器，由于各种传感器的工作原理不同，其最终输出的电量形式各不相同，为了便于系统连接，通常要将传感器的输出变换成标准电压(15v)或标准电流(420mA)。即便这样，在与计算机相连时，还必须增加一个AD环节。若传感器以数字量形式输出，则可方便地与计算机直接相连，从而省去中间变换环节，简化系统结构。将这种传感器与计算机相连的总线称为传感器总线。据了解，传感器制造商对CAN总线产生了极大的兴趣。MTS公司展示了其第一代带有CAN总线接口的数据磁致伸缩长度测量传感器。另外，一些厂商还提供带有CAN总线接口的数据采集系统。2.2.2 CAN在工业控制中的应用目前，在工业控制系统中，CAN总线在完成现场的智能仪器仪表、控制器、执行器等底层设备间的数据通信方面正发挥着巨大的作用；CAN总线已成功地应用于CNC机床、农业温室控制系统、储粮水分控制系统、中央空调控制系统，以及温度、压力等非电量测量、检测系统领域。如在芬兰，电梯制造商Kone就是使用CAN总线。近几年内，美国和远东的汽车厂商将会在他们所生产汽车的串行部件上使用CAN。另外大量潜在的新应用(例如机器人、楼宇自动化、数控设备等领域)正在一一呈现。同时结合高层协议应用的特殊保安系统对CAN的需求也正在稳健增长。Germanischcr Lloyd正在准备提议将CANopen固件应用于海事运输。2.2.3 CAN在大型仪器设备中的应用大型仪器设备是一种按照一定步骤对多种信息进行采集、处理、控制、输出等操作的复杂系统。过去，这类仪器设备的电子系统往往在结构和成本方面占据相当大的部分，而且可靠性不高。采用CAN总线技术后，在这方面有了明显改观。以医疗器械为例，在荷兰，Philips医疗系统已经把CAN用作X射线机器内部的网络。CT断层扫描仪是应用在现代医学界中疾病诊断的有效工具。在CT中有各种复杂的功能单元，如X光发生器、X光接收器、扫描控制单元、旋转控制单元、水平运动控制单元、操作台、显示器及中央计算机等。这些功能单元之间需要进行大量的数据交换。为保证CT可靠工作，对数据通信有如下要求：(1)功能块之间可随意进行数据交换，这要求通信系统具有多主工作方式。(2)通信能以广播形式进行，以便发布同步命令或故障报警。(3)简单、经济的硬件接口，通信线应尽量少，并能通过滑环进行信号传输。(4)抗干扰能力强，因为X射线管可在瞬时发出高能量，产生很强的干扰信号。(5)可靠性高，能自动进行故障识别并自动恢复。2.3 CAN总线的发展趋势目前，CAN接口芯片的生产厂家众多，协议开放，价格低廉，并且使用简单。可以预计，CAN总线将成为今后众多领域的发展方向。随着现代通信行业的发展，无线通信技术越来越多地应用在过去是有线通信统治的领域。CAN总线这种有线通信方式也将与无线技术相结合，开拓其新的应用天地。CDMA、GPRS、蓝牙技术的发展己将它们连接在一起。CDMA、GPRS、蓝牙是一种无线技术规范，其设计宗旨是以无线方式传输数据，从而为广泛的移动计算、通信和其他设备提供一种更加简单的方式，使其无需线缆即可与另外一台设备进行通信。随着无线技术的完善和将无线技术应用到CAN总线系统中研究的不断深入，可以乐观地预计，未来CAN总线技术的应用将无处不在，虚拟的CAN总线即将诞生。小结本设计的主要工作节点的主要功能是实现采集现场设备的过程参数，将现场设备的过程参数通过CAN总线接口传送给总线上其他节点，从而实现数据的传送。同时也可以通过总线接口实现从其它节点上接收数据。考虑到目前生产现场的仪表大部分都带有RS485接口，所以本节点设计了RS485接口，使RS485总线传输的数据经过本节点传送到CAN总线的其他节点上，从而实现RS485总线和CAN总线的数据转换。具体工作如下：1完成节点的硬件电路的设计。2完成节点的软件设计。3完成系统的调试工作。4对调试结果进行分析。参考文献【1】张绍忠基于SJAl000的CAN总线智能节点实现【J】电子技术与应用，2006，4(8)：21-24【2】尹寄明基于CAN总线的智能传感器开发与应用技术研究【J】南京航空航天大学，2006，11(2)：1216【3】于海生CAN总线工业测控网络系统设计与实现【J】仪器仪表学报，2001，2似1)：5558【4】史久根CAN数据传送实时性的研究及其应用【J】信息与控制，2004，33(3)：343346【5】程晓琳现场总线控制网络模型与网络集成【J】测控技术，2000，19(10)：3437【6】GEORGE T HExtending CAN networks by incorporating remote bridgingJIEEE Transactions on industrial electronics，2006，5(4)：25-28【7】8 THOMAS G JAn improved CAN fieldbus for industial applicationsJIndustial electronics，2008，14(7)：3637【8】ROBERT PFieldbus basiesJComputer standard and interfaee，2003，14(5)：3236【9】GIANIUCA CAn improved CAN fieldbus for industrial applicationsJIEEETransactions on industrial electronics，2006，5(9)：3336【10】MARCODScheduling the CAN bus with earliest deadlineJIndustial electros，哈尔滨理丁大学工学硕士学位论文2007，1(3)：18。21【11】秘斗一种基于CAN总线技术的数据采集系统设计【J】微计算机信息，2006，3(32)：3236【12】陆前锋基于CA