汽车CAN总线通信网络可视化仿真和监控系统设计1

汽车汽车 CAN 总线通信网络可视化仿真和监控系统设计总线通信网络可视化仿真和监控系统设计 摘要摘要 目前国内的汽车 CAN 模块功能测试系统已经有了初步的发展 结束了 普遍采用手动测试的局面 但是已有的测试系统只是针对一种特定的 CAN 模 块设计的 通用性不强且没有对测试系统实时性进行研究 为此本文在开发了 通用性更强的汽车 CAN 模块功能测试系统的基础上 对测试系统的实时性进 行了研究 从而改善了测试系统的测试性能 CAN 总线已经成为当今最成功的车载网络标准 被广泛应用于现代汽车控制 中 但由于汽车应用环境的复杂性 CAN 协议车载网络的安全 容错 性 实时性 可靠性以及带宽资源利用能力至今仍未能满足实际要求与发展需要 因此 除解 决汽车强电磁干扰问题和网络本身电气故障外 如何提高网络的高效集成 如何 针对不同应用设计网络调度算法提高网络实时性与灵活性 如何分析网络性能 以保证网络可调度性与可靠性 如何提高带宽资源利用率 以及如何实现网络分 析方法的可视化等问题都是 CAN 协议车载网络有待深入研究和解决的关键理 论问题 在数据获取和采集电路的设计中 采用了多谐振荡器和非多谐振荡器的设 计 达到了数据获取和采集的目的 在串行通信接口设计中 利用 RS 485 实 现单片机与 PC 机远距离通信的一种接口 在不使用调制解调器的情况下 使 用小于 100kbps 波特率时 信号可传输 1200m 本系统传输速率为 9600bps 最 后以 CAN 工业总线为基础 在 Keil C 环境下做了通信试验 达到了预期目标 关键词 信号变送器 CAN 总线 Keil C 环境 第一章第一章 绪论绪论 1 1 研究背景研究背景 近年来 随着传感器和变送器的迅速崛起 工业自动化的发展 传感器信 号变送器的应用越来越广泛 传感器信号变送器日益深刻的在改善着工业自动 化领域的生产方式 已经成为工业自动化方面不可或缺的一部分 力传感器信 号变送器日益成为工业数据采集的最佳渠道 并逐步进入传统的流通领域 传 感器信号变送器在自动化领域的不断发展 越来越多的客户在工业生产中需要 多种可选的输出信号类型来采集便捷的数据 根据 ARC 咨询集团变送器世界调 查报告显示 全世界压力变送器市场 2002 年其市场销售额为 12 74 亿美元 2007 年达到 14 71 亿美元 2004 年中国的变送器市场接近 l 亿 3500 万美元 而到 2009 年 中国的变送器市场到达了 2 亿 3100 万美元 由于汽车内的电子装置不断增加 汽车厂商在汽车上越来越多的使用电子 系统和集成电路 到 2010 年 电气和电子产品占汽车总成本已到达的 40 随着这些电子装置在汽车上的应用越来越广泛 电子装置之间的通讯也变 得更加复杂 传统的电气系统点对点单一的通信方式必然导致布线系统不断庞 大 这加剧了线束的增多与汽车可用空间有限之间的矛盾 并且一旦线束出了 问题 查找和维修都相当麻烦 而博世公司推出 CAN 总线就是为了解决汽车 中庞大的电子装置之间的通讯问题 在车身控制系统中应用 CAN 总线技术为 实现汽车部件的智能化 汽车控制系统的网络化提供了有效的途径和方法 1 2 研究意义研究意义 本论文目的是设计出多类型信号输出的力传感器信号变送器 设计模块的 软硬件 对传感器的信号进行高精度采集与处理 模块对外采用标准接口 设 计模块的软件 要求能通过 PC 机对采集模块的系统参数进行配置并保存 能 通过 PC 机实现传感器的系统校准 设计的多类型信号输出的力传感器信号变 送器要求能标准工业变送信号产生 能够通过相关总线将信号通过有线方式远 传 并要求设计无线数据传输链路 使力传感器信号变送器实现短距离无线数 据通信 1 3 国内外研究现状国内外研究现状 在国外 美国 德国及日本等国家 很早之前就把传感器技术列为重点开发的 技术之一 早在上世纪 80 年代 美国就已宣称人类社会进入传感器时代 2000 年 时美国空军举出的 15 项有助于提高 21 世纪空军能力的关键技术中 传感器技术 位列第二 日本也把计算机 通信 激光 半导体 超导和传感器列为六大核 心技术 日本科学技术厅制订的 90 年代重点科研项目 超过四分之一与传感器紧 密相关 目前 国外的压力传感器技术水平已经很高 主要表现在 1 精度高 测量范围广 压力传感器精度可达 0 1 0 05 甚至 0 01 PSI 公司的标准数字型压力传感器重复性可达 0 005 滞后 0 001 温度误差 0 0002 测量范围和工作温度跨度也十分可观 2 小型化 系列化 标准化 量程覆盖 0 01 lOOOOPsi 3 可靠性高 稳定性 好 敏感元件可靠度高达 8 9 级 4 品种多 更新换代快 国外传感器品种超过 2 万余种 产品更新换代时间 一般不超过 2 3 年 在国内 我国起步略晚于国外 MEMS 技术不够成熟 传感器行业整体规模相 对较小 上世纪 70 年代初 我国开始逐步研究集成压阻式压力传感器 并于 1974 年研制出国内第一代圆膜片式鞋压阻式压力传感器 90 年代后 高精度压力传感 器是我国研究的重要方向 目前国内从事传感器研发生产的厂家已达 1300 余家 但是产品种类仅有 300 余种 是现有传感器种类总量的七分之一 大部分厂家规 模小 技术设备落后 整体上与世界先进国家或企业相比 科研水平落后 5 10 年 生 产水平更是落后 10 20 年 在产品的更新换代方面 速度落后几个周期 这些现 状导致国内的传感器产品种类十分不全 产量过低 因此远远无法满足国内需求 由于我国工业基础比较落后 能够自主开发微位移电子式压力变送器能力的 企业非常的少 其中绝大部分选择了引进技术或者合资组装的方式进行生产 例 如北京远东仪表厂 西安仪表厂在 80 年代 上海自动化仪表一厂在 20 世纪 90 年代初 都选择了从美国 Rosemount 公司引入 1151 系列的电容式压力传感器变 送器 横河公司与四川仪表总厂合资成立了重庆川仪横河公司 后改成重庆横河 川仪公司 进行生产 EJA 系列变送器 同时通过横河公司及川仪总厂在中国的 销售网络进行推销 年销售额快速增长 其销售的势头甚至超过了著名的罗斯蒙特 公司旗下的变送器类产品 ABB 公司在 1999 年推出柳 20O0T 智能变送器后与 上海威尔泰公司合资建立生产线 并己经取得了年销售数万台的业绩 近年来 由 于跨国公司在中国变送器的销售量大幅增长 除了日本富士与浙大中控仪表公司 合作生产 CXT 变送器之外 西门子 德国 E H ABB 均己在中国建立自己的变 送器生产线 上海光华仪表厂依靠自己力量于 1981 年成功开发了相当于 1151 系列的 cEc 系列电容式压力变送器 第二章第二章 信号变送器简介信号变送器简介 2 1信号变送器的原理信号变送器的原理 信号变送器是一种对各种信号进行处理的设备 如温度信号 电流 电量 信号等 它的工作原理 开始要将仪表或变送器的信号 经过半导体器件进行 调制变换 随后使用磁感或光感器件来进行隔离转换 之后再解调变换回隔离 之前的原信号 同时对隔离之后信号的供电电源做隔离处理 用来保证变换后 的信号 电源 地之间的绝对的独立 2 2信号变送器的种类信号变送器的种类 1 隔离器 为了加大仪表的负载能力并同时确保连接同一信号的仪表之间不存在干扰 使电气安全性能得到提高 工业生产中应该将输入的电流 电压或电阻 频率 等信号进行采集 运算 放大 以及进行抗干扰处理之后 再输出隔离的电压 和电流信号 安全的传送到二次仪表或 plc dcs 使用 2 配电器 一般工业现场需要采取两线制的传输方式 不只是要为一次仪表如变送器 等提供 24V 的电源 还必须要对输入进来的电流信号作采集 运算 放大 以 及抗干扰处理之后 才能输出隔离的电压和电流信号 以供下一级的二次仪表 等进行使用 3 安全栅 部分特殊的工业现场不仅仅对两线制传输有需求 他们需要既提供配电电 源又提供信号隔离的功能 同时必须要具有火花防爆的安全性能 能够可靠地 抑制电源的功率 防止地 信号及电源之间的点火 降压 限流双重限制信号 和电源的回路 最大限度的确保安全 第三章第三章 硬件电路设计硬件电路设计 3 1 系统分析系统分析 智能传感器基本的结构如图 2 1 所表示 该智能传感器系统由传感器接收 设备与测量设备两个部分所构成 其中在工业现场设置传感器测量设备 而接 收设备直接与上位机通过 485 模块相连 数据的收发由上位机来控制 接收设 备与测量设备之间的无线通讯通过射频通讯模块来进行 两者的大体结构相同 主要分为如下几个大的部分 射频通讯模块 主控模块 数据存储单元 液晶 显示模块 键盘 电源模块等 此外接收设备还包含了 485 通讯模块 它的作 用是和上位机进行通讯 而传感器设备的主控模块有传感元件相连 如图 2 1 所示 图 2 1 智能传感器的基本功能模块 该智能传感器主要的功能模块可以归纳为五大类 1 数据采集 指的是传感器在单片机的控制下 通过功能传感器实现特定 信号的数据采集和测量的功能 采集到的数据和信号将由传感器传输至单片机 中 2 液晶显示模块 指的是采集到的数据由单片机处理后发送至液晶显示模 块并根据特定的格式将其显示 3 无线传输 接收设备与测量设备之间采用射频通讯的模块实现无线通讯 此外其他器件或操作者也能够通过无线传输模块 发送控制指令至单片机 起 到控制仪器模式的作用 4 电源模块 为单片机及各个模块供电 确保系统运行 5 485 通讯模块 负责传感器系统中的接收设备与上位机的之间的通讯 传输控制指令与测量数据 3 2 技术方案技术方案 3 2 2 电源电路 1 电源部分电压的输入输出要求 在市场上可以买到的电池种类有很多 比如常规的 1 2V 1 2V 的整数倍 的镍镉充 电电池 9V 和 1 5V 的干电池以及 3 6V 的锂离子电池 除此之外 市场上还存在着好 多特殊的 3V 4 5V 5V 6V 和 12V 的电池来满足特殊用户的选择 不过从使用人购 买和更换备用电池方便的立场去考虑 就要尽量选择互换性比较好的普通电池 所以再电 源部分的输入我们选择了 2 节 5 号干电池 单片机及接口部分 传感器及其驱动电路 外部存储器部分以及其他部分数字电路则要选择 3 3V 的电压 LCD 输出显示则要选择 5V 的工作电压 由以上的分析我们可以看出 电源设计部分要求是 3V 的输入 3 3V 和 5V 双电压 输出 所以一定要选择相应的集成电源稳压变换器件 使外围的电路体积尽可能小 电路 结构尽量的简单 2 电源稳压器件的选择和具体实现 图 2 2 MAX 1677 电源处理电路原理图 电源部分的核心器件选用 MAX1677 由于 MAX1677 输入电压 0 7V 5 5V 范围比较大 能够按照不同系统提供的不同电池容量与电压和所需的安 装空间 去选择合适的电池种类 1 3 节碱性电池 普通干电池 一节锂电池 或镍镉充电电池都可以使系统正常的工作 使用 MAX1677 的供电部分电路的原理图如图 2 2 所示 采用 0805 表贴 元件 在电路板上电源处理电路实际占用的尺寸仅有 22mm 17mm MAX1677 是双电压输出升压 DC DC 变换器 对于需两种可调电压输出的便携式的仪器 都适用 其性能主要为 允许输入的电压范围在 0 7V 5 5V 指间 主输出在 2 5V 5 5V 电压可调输出 也可以预设值 3 3V 输出 最大输出电流可以高达 350mA 第二输出 能够提供 28V 28V 范围内任意的电压 电源效率高达 95 16 脚 QSOP 封装 无需外部的场效应管 体积很小 此外还包括其他性 能 1uA 的关断维持电流 20uA 的静态工作电流和电池欠电压监测 当电池电 压处在正常状态时 电池电压过低输出引脚 LBO Low battery Output 得输出 是高电平 但是当电池电压低于阈值电压 VTRIP 时 LBO 管脚的输出将会变 成低电平 这样 就能够将 LBO 端连接到单片机的某个输入端 在电池电压不 足时 就会被单片机监测到 并在 LCD 显示器中显示出来 3 2 3 数据获取和采集电路 1 多谐振荡器 图 2 3 对称式多谐振荡器电路 多谐振荡器属于一种特殊的自激振荡电路 多谐振荡器由于不存在稳定的 工作状态 其也被称为无稳态电路 其工作状态就是 若一开始多谐振荡器处 在 0 的 状态 则它在 0 状态不会一直保持 在一定的时间后会自动的转入到 1 状态 但是在 1 状态也不会一直保持下去 在一定的时间后又会自动的转入 0 状态 这样来回的循环 得到一个矩形波的输出 如图 2 4 对称式多谐振荡 器是一个振荡正反馈电路 RF1和 RF2是两个反馈电阻 C1和 C2是两个藕合电 容 G1和 G2是两个反相器 只要科学地选则反馈电阻的阻值 就能够使反相 器的静态工作点处在电压传输特性的转折区 在接上电源时 C1 和 C2 的两端 电压 VC1和 VC2都是 0 在某种干扰导致 VI1出现微小的正跳变 则经过了一个 正反馈的过程 VI1将会迅速变为 VOH 同时 VO1也会迅速地跳变为 VOL VI2 迅 速跳变为 VOL VO2迅速跳变为 VOH 此时电路就进入了第一个暂稳态 在第一 个暂稳态中电容 C1和 C2充电 C1充电的电流方向和参考方向一致 正向 VC1 增加 C2充电的电流方向和参考方向正好相反 负向 VC2增加 正向 VC1逐渐 的增加 使得 VI2从 VOL逐渐上升 VC2负向的逐渐增加 导致 VI1从 VOH逐 渐下降 因为 C1经 R1和 RF2两条支路充电而 C2只经 RF1一个支路进行充电 因此 C1充电的速率较快 在 VI2上升至 VTH时 VT1还没有下降至 VTH VT2上升 至 VTH将会使得 VO2跳变为 VOL 理论上 VO2向下跳变 VOH VOL VI1也将随 之向下跳变 VOH VOL 考虑到 G1输入端二极管的钳位影响 VI1最多只能跳变 到 VIK VI1降低至 VIK使 VO1跳变至 VOH 这又使得 VI2从 VTH向上跳变 VOH VOL 即 V12变为 VTH VOH VIH 这样电路就进入第二个暂稳态 C1经 RF2一条 支路反向充电 VI2将会逐渐下降 C2经 G1和 RF1两条支路反向充电 VI1将会 逐渐上升 VI1的上升速率高于 VI2的下降速度 在 VI1上升至 VTH时 电路又 回到了之前的第一个暂稳态 在这之后 第一 第二两个暂稳态将会交替的周 期性出现 图 2 4 非对称多谐振荡器电路 3 2 4 串行通信接口设计 该智能信号变送器利用的是 RS 485 实现 PC 机与单片机远距离通信的一 类接口 其电路如图 2 5 给出 在不选择调制解调器的情况下 选择小于 100kbps 波特率时 信号传输距离可达 1200m 该系统的传输速率为 9600bps 因 此传送距离能够达到更远 在主从式多机通信系统中 从机可以有多台 但是只 有一台主机 主机发射的信息能够传送至指定从机或其他从机 各从机不能直 接进行通信 主机通常采用 PC 机 也可选择单片机 从机一般都是单片机 MCS 51 用在多机通信的时候必须工作在方式 3 或方式 2 作为主机的 MCU 的 SM2 应该是 0 作为从机的 MCU 的 SM2 应该设定为 1 在多机通信当 中 主机一般是把从机地址作为 8 位数据 第 9 位数据位 1 进行发送 所以 MCS 51 构成的多机通信系统最多允许 255 台从机 地址从 00H 到 FEH FFH 作为一条控制命令由主机发给从机 以便使被寻址的从机的 SM2 1 图 4 5 采用 RS 422 RS 485 总线 PC 与单片机串行接口原理图 3 3 传感器信号变送信号以及选择接口传感器信号变送信号以及选择接口 目前为止 传感器信号变送器输出的信号类型有 输出单一的 4 20mA 电流 信号 输出单一 0 5V 电压信号 基于 CAN 总线的数字信号输出 无线射频信 号 并且这些传感器信号变送器已经广泛应用于工业自动化领域以及港口和油 田等场合 由于工业方面的不断发展 对传感器信号变送器的要求越来越高 本论文目的是设计出多类型信号输出的力传感器信号变送器 设计模块的 软硬件 对传感器的信号进行高精度采集与处理 模块对外采用标准接口 设 计模块的软件 要求能通过 PC 机对采集模块的系统参数进行配置并保存 能 通过 PC 机实现传感器的系统校准 设计的多类型信号输出的力传感器信号变 送器要求能标准工业变送信号产生 能够通过相关总线将信号通过有线方式远 传 并要求设计无线数据传输链路 使力传感器信号变送器实现短距离无线数 据通信 第四章第四章 CAN 工业总线技术简介工业总线技术简介 4 1 现场总线的原理和特点现场总线的原理和特点 CAN 是一个多主的总线网络 网络上的各节点都有权向其它的节点发送信 息 通信介质可以是光纤 同轴电缆或双绞线 其主要的特点为 通信速率 距离 为 5kbps 10km 1Mbps 40m 网络的节点数可以达到 110 个 每以个节点都可 以主动的进行传输 通信介质可以是光纤 同轴电缆或双绞线 采取点对点 全 局广播发送接受数据 可以实现全分布式的多机系统 并且没有主从机之分 每 点都可以主动发送报文 能够方便地构成多机备份系统 使用了非破坏性总线优 先级仲裁技术时 在两个节点同时向网上发送信息的时候 优先级低的那些节点 将会主动的停止发送数据 支持 4 种报文帧即远程帧 数据帧 超载帧 出错 帧 选择了短帧结构 受干扰概率低 传送时间短 选择了 CRC 校验及其他校 验措施 可以达到极低的信息出错率 具备了自动关闭的功能 当节点错误严重 时 自动切断与总线的联系 以不影响系统的工作 4 2 现场总线数据处理系统现场总线数据处理系统 从系统组成方面来看 现有的现场总线控制系统是由仪器仪表 总线传输 设备与软件系统共同组成 其中软件系统按照系统功能 可划分为测量软件系 统 控制软件系统 设备管理软件系统 数据处理软件系统四个组成部分 11 下面针对软件系统的功能进行概要介绍 1 数据处理软件系统与企业办公网络不同 工业总线是一个相对独立封闭 的自动化工控网络 要实现自动化控制网与计算机之间的信息交互 就需要一 套数据处理系统负责自动化控制网与计算机之间的双向信息交互 12 现场总线 控制系统中的数据处理系统 通常与控制系统部署在一起 在工业总线网络运 行过程中 通过网络技术与组态技术对系统实时采集数据 进行数据处理与计 算 2 控制软件系统 控制软件系统是现场总线控制系统中的最重要的软件系统之一 一套完整 的控制软件系统通常由组态软件 仿真软件和监控软件共同组成 13 系统操作 员通过人机软件接口对系统进行配置 通过组态软件完成对设备进行功能参数 定义 设置各个功能模块的连接 同时优化网络结构与控制逻辑 当系统组态 配置完成之后 系统使用人员即可通过监控软件 实时监视现场总线的工作情 况 系统还提供了查询统计 报表输出 报警提示等其他监测软件所必备的常 用功能 3 测量软件系统 伴随着智能测量仪表的出现 数字式仪表已经具有数据采集与计算能力 通过总线网络将采集数据发送到测量软件系统 测量软件系统具有多参数高性 能的技术特点 并且能够实时显示仪表的状态信息 例如仪表电压 电量 阀 门通断等 13 系统操作员可通过测量软件随时观测各设备的工作状态与现场参 数变化 极大的方便了生产流程的调度与控制 4 设备管理软件系统 设备管理软件系统主要是针对设备的信息进行统一管理 其功能包括设备的厂 商信息 出场日期 设备诊断信息 运行状态记录 设备维护与更换信息等 该软件的重要作用是通过可靠性智能预测分析对设备进行预防性维护 降低了 设备运行风险 采用了可预测性的管理维护替代了被动的管理模式 4 3 关键技术关键技术 1 网络通信数据并发处理 本系统与现场总线或其他类型的现场总线系统之间是一对多的双向通信关 系 在多个现场总线系统同时向本系统发送业务数据时 系统会面临数据并发 处理的问题 所以 本系统在保障系统性能的前提下 要充分考虑网络通信数 据的并发处理问题 包括数据的接收 缓存 解析和上行处理通知等 2 多版本异构数据的并行解析 当数据进入本系统之后 本系统将开始对数据的处理 包括过虑 校验 解析 二次封装 分发等一系列处理步骤 其中数据的解析是数据处理的重点 本系统不仅仅要面对的是多个网络通信的并发访问问题 而且还要面临多版本 异构数据解析的问题 由于现场总线领域缺少统一的协议规范 即使是同一厂 家的产品 软件版本的升级必然会产生数据格式异构的问题 所以 本系统要 有一套可靠的机制来保证多版本异构数据的并行解析 3 针对多应用系统的数据支撑 本系统的一项重要功能是实现了对多个应用系统的数据支撑 与网络通信并发 访问的情况一样 本系统与应用系统之间也是一对多的关系 本系统根据应用 系统进行数据订阅的策略和上行数据类别的不同能够实现向多个应用系统数据 的分发 综上所述 系统目标的设定是源于对现有产品的实际使用需要 本系 统的关键是实现了网联网网络数据向应用数据的转化 同时 为了便于系统未 来的扩展性和兼容性 我们提高了系统的技术指标 并且增强了产品功能 以 上核心系统目标明确了产品方案和产品设计的目的性 第五章第五章 硬件描述与实验硬件描述与实验 5 1 系统分析系统分析 适合现场总线的通用数据处理系统的主要功能是用于现场总线系统与其它 应用系统之间的双向通信服务 从系统的层次结构的角度来看 这个系统是中 间系统与现场总线和外部应用程序 但也为总线系统的数据处理的前提 作为 一个服务系统的数据处理功能 系统支持 15 数据总线网络和应用系统的关键 该系统主要用于工业和制造业生产设备的通信控制和网络管理 通信性能 容 错 解析规则 外部接口 数据格式 都有很高的要求 根据现场总线控制系 统的数据采集和数据处理 应用 三层的解决方案 分析系统将从通信服务 系统功能和三项服务中的应用 现场总线网络通信服务的现场总线网络通信服 务来实现本系统的通信和现场总线网络 的要点分析包括以下内容 1 的通信服务的需求 首先 通信服务支持以太网数据接口 为以太网接口 系统要求实现多设 备并行存取 最多可以同时打开多个以太网端口 网络通信 12 以服务的形式 系统的启动配置项 应与在以太网端口通信系统一致 为网络通信访问 并且 每个端口处理异步并发访问 支持大于多个设备打开多个港口条件 再次 系 统和设备之间的以太网通信方式应通过通信长连接 数据业务接入的瓶颈是没 有数据的接收 处理和响应 而在于建立数据连接 如果短连接方式 周期较 长 而身份认证需要频繁 实时数据处理 可获得极低的 最后 系统设计和 长连接制备 同时该系统将提高控制信息的公交调度快速 2 的功能要求 首先 在消息队列接收消息和数据缓存 缓存在文档中 成功地分析数据 删除原始数据 只保存数据碎片和非法数据 其次 以恢复数据访问连接 保 证一个超时重发数据传输的情况下 设备的时候 最后 为了保证设备和系统 之间的有效连接 用于发送 回复心跳帧的方式保持链路状态通信链路 系统内部功能 1 功能性需求 首先 该系统的一个功能是解决问题的多个数据版本兼容 该系统的内容 来处理不同的数据 异构总线协议格式 以满足协议版本兼容性的要求 我们 将使用下面的方法 1 系统支持的版本库管理 总线协议的网络数据上传 2 标 准 之前的数据封装和制定格式数据 包括制造商数 数字和协议的协议版本 3 标准的 DDL 协议识别 分析和数据存储使用标准的 DDL 实现 其次 与 协议分析方法相对应的是使用标准的下行数据库 注册机功能的 DDL 系统实现 合法性和完整性验证的 DDL 最后 该系统还应该支持线程池和数据库连接池 管理 由于系统数据的多样性 所以我们不能对数据生成和写作使用数据工厂 模式 由标准的 DDL 参考数据库链接的数据读写 2 数据管理需求 首先 该系统可以实现数据的清理 对数据库系统的日常清洁和备份使用 提高数据表的查询能力 其次 为了方便数据的维护 系统应实现数据库的备 份和恢复功能 应用服务功能性需求 首先 该系统的网络通信格式和应用系统支持 TCP IP 数据服务和 Web 服 务的两种通信方式 在数据通信中 我们使用 SOAP 协议的 Web 服务 TCP IP 的数据帧 我们使用 XML 文档或 XML 格式 数据传输的方式 我们正在发 送的数据的内容和格式是标准的 自系统数据的生成 分析应用系统更加方便 后续应用系统的升级不影响任何数据格式的可变因素的存在 其次 应用系统 之间 本系统采用发布 订阅和请求 响应两种工作模式 在发布 订阅模型 通 过数据服务层的数据订阅系统中数据的系统的应用 订阅数据系统根据实时系 统的应用在请求 新闻发布的数据规则 应答模式 通过数据服务层的数据系统 启动服务请求的系统的应用 响应数据服务系统 根据上下文信息的请求 最 后 应用系统的登记管理制度 系统为应用程序提供访问服务 应用系统的服 务信息的服务端口 注册 注册信息包括姓名 服务类型 服务地址的应用系 统中 数据的订阅类等 5 2 项目目标项目目标 1 数据的并行处理 该系统和现场总线系统之间是一个双向沟通 多现场总线设备同时发送业 务系统的数据 系统将面临并发数据处理问题 所以 在此前提下保证系统的 性能的系统 充分考虑网络通信数据的并行处理 包括数据的接收 高速缓存 分析上游处理注意事项 2 数据并行分析 过程现场总线的数据 包括滤波 检查 分析 两种包装 配送等一系列 的加工步骤 包括数据的分析是关键的数据处理 该系统不仅要面对的是并发 访问问题的沟通 但也面临着异构数据分析问题的多个版本 由于统一的现场 总线协议标准的缺乏 甚至同一厂商 软件升级将异构数据格式问题 因此 系统必须有一个可靠的机制来保证异构数据的多版本并行分析 3 业务运营支撑系统中的应用 该系统的一个重要功能是实现各种应用系统的数据的订阅服务 并发的情况接入网络 的通信 该系统和应用系统之间的一一对多的关系 不同的策略和上行数据分类系统的数 据根据应用系统可实现对多个应用程序的数据分布 综上所述 本系统设定目标是来自系 统的分析 对该系统的关键是实现现场总线控制数据的应用程序数据的转换 核心系统设 置 将为以下解决方案和设计工作的基础 5 3 系统工作过程系统工作过程 第一阶段是配置阶段 在这一阶段 主要的工作集中在应用层的配置管理 使系统工作的前期准备工作 应用层 包括应用系统配置的基本参数 配准 应用系统和网络设备以及知识库的管理与维护 这些元素是启动整个系统工作 的前提条件 第二阶段是注册期 网关设备和应用系统只能通过服务层注册认 证可以激活 该系统的服务请求认证的应用 通过登记在筹备期间的身份信息 用户名和密码应用系统 的识别 身份认证通过 而且对服务层的数据 制 造商 协议类型 版本 使用的数据类型 同样 总线上的设备也需要在网络 服务层注册 登记之前 可以访问 否则将无法建立连接 第三阶段 同时 系统开始正式工作 进行数据处理 网络控制 为预定义的函数的数据传播系 统的通信服务 5 4 硬件资源及功能硬件资源及功能 单片机 STC89C52 支持在系统编程 ISP ISP 允许在软件控制下对测 试板进行重复编程 晶振 11 0592MHz 复位电路 RST 按钮复位 用于 ISP 复位模式 LED 指示灯 电源 PWR 灯 红色 流水灯 红色 CAN 总线的控制芯片 由 Philips 公司出品的 SJA1000 型芯片 属于一种 独立的控制器 它可以用在运动物体以及一般工业传统的环境当中的区域网络 控制 CAN 完美支持 BasicCAN 和 PeliCAN 这两种工作模式 64KB FIFO 同 时支持 11 位以及 29 位的识别码 CAN 总线速率支持 5K 1000Kbps 支持 CAN2 0A 和 CAN2 0B 协议 可编程的 CAN 输出驱动器配置 温度适应 40 125 CAN 总线驱动器 Philips 公司的 TJA1050 或 MICHIP mcp2551 RS232 串口通讯模块 RS232 电平转换芯片 MAX232 电源 USB 总线取电或外部供电 5V 注 CAN 通讯测试时 CANH CANL 分别与目标板 CANH CANL 对 接 并将 CAN ENDER 短接 方可通讯 图 4 1 SG TOP808CAN 总线开发板 5 5 Keil C 仿真编译环境仿真编译环境 本开发板不支持单片机仿真调试 用户编写程序可使用 Keil C 开发环境 然后编译 生成目标 hex 代码 在用户编译完成之后能够马上下载调试试验 用户安装好 keil c 开发环境以后 可打开例程代码进行测试 或者自己修改调 试 关于 KeilC51v750a Full 开发环境的安装 本文不再描述 用户根据软件目 录下的安装说明进行安装即可 安装完成后 双击固件程序目录中的相应工程文件即可自动打开 编译连接生成 HEX 文件 然后用 stc89 系列烧写软件 下载到开发板中即 可 5 6 通讯实验通讯实验 1 A 板按键 CAN 发送 利用 MSG TOP808 型 CAN 总线开发板 可做 CAN 发送实验 可以与其它 CAN 总线电路通讯 每发送一帧 CAN 消息 绿色信号灯闪烁 在我们提供的实验程序中 使用 CAN 发送函数 CanSend 结合按键 S1 发送一帧 CAN 消息 可供用户参考 发送 CAN 帧程序如下 void send char com unsigned char ch SBUF ch while TI TI 0 void send string com unsigned char str unsigned int strlen unsigned int k k 0 do send char com str k k while k strlen 2 CAN 接收 将 MSG TOP808 型 CAN 总线开发板 作为接收板时 每接收一帧 CAN 消 息 可以到数码管显示接收的数据 也可转发至串口 利用串口调 试助手 查看接收到的 CAN 消息帧的完整内容 Tips 在 CAN 总线点对点通讯实验时 两 CAN 总线结点波特率设置一致 总线终端电 阻接入 方可正常通讯 接收 CAN 帧程序如下 void CAN Send anylength unsigned char CAN TX Buf unsigned char length1 定义 SJA1000 的基址 函数原型 void main void 功 能 主程序部分 入口参数 无 返 回 值 void main void unsigned char temptt ss unsigned char num 0 P2 5 0 CS 0 片选择引脚 EA 0 Init Cpu init serialcomm 初始化串口 timer0initial 定时器 0 初始化 display 10 显示该板号 A 初始化 SJA1000 ss Sja 1000 Init if ss 0 初始化失败 send string com init fail send char com 0 xBB 测试专用发送到串口看状态 else EA 1 初始化成功 开总中断 次标识位可以作为 串口接收完 置标志然后发送出去或者当作按键发 送 void CAN Send anylength unsigned char CAN TX Buf unsigned char length1 定义 SJA1000 的基址 函数原型 void main void 功 能 主程序部分 入口参数 无 返 回 值 void main void unsigned char temptt ss unsigned char num 0 P2 5 0 CS 0 片选择引脚 EA 0 Init Cpu init serialcomm 初始化串口 timer0initial 定时器 0 初始化 disp