生产线环境监测系统案例分析与通信协议分析

“1+X”传感网应用开发–CAN案例1生产线环境监测系统案例分析与通信协议分析何川生产线环境监测系统案例的构建1.系统功能要求构建一个基于CAN总线的生产线环境监测系统。采集温湿度和火焰传感器数据，并实现数据的云平台实时显示、历史数据查询等功能。1生产线温度湿度火焰温度湿度火焰温度湿度火焰云平台3任务1案例分析2.系统构成本案例要求搭建一个基于CAN总线的生产线环境监测系统，系统构成如下：PC机一台（作为上位机）；物联网网关一个；CAN节点三个（一个CAN网关节点、两个CAN终端节点）；温湿度传感器两个；火焰传感器一个；USB转CAN调试器一个。生产线环境监测系统的拓扑图如图所示。使用USBCAN调试助手分别连接三个CAN节点的CAN_H与CAN_L端子，使其构成一个CAN通信网络。两个CAN节点分别连接温湿度传感器与火焰传感器，CAN网关节点连接温湿度传感器。特别注意CAN总线和RS485总线的接线。云平台A1B1RS485B485-A485+USB转CAN调试器终端节点终端节点网关节点3任务1案例分析3.系统工作流程本案例构建完成后根据系统功能要求应实现以下工作流程：终端节点MCU实时采集传感器数据，并将数据上传到CAN网关节点。CAN网关节点收到传感器数据后，通过RS485总线发送给网关。CAN网关节点实时采集传感器数据，并发送给网关。网关收到传感器数据后，将通过TCP协议上传到云平台。电脑通过Internet网络访问云平台，实现对生产线环境数据的实时监控和查询。云平台A1B1RS485CAN总线B485-A485+USB转CAN总线模块终端节点终端节点网关节点010100111110010101010103任务1案例分析4.系统通信协议分析CAN总线上的信号：总线上传输的信息被称为报文，总线规范不同，其报文信号电平标准也不同。ISO11898和ISO11519标准在物理层的定义有所不同，两者的信号电平标准也不尽相同。CAN总线上的报文信号使用差分电压传送。实线与虚线分别表示CAN总线的两条信号线CAN_H和CAN_L。静态时两条信号线上电平电压均为2.5V左右（电位差为0V），此时的状态表示逻辑1（或称“隐性电平”状态）。当CAN_H上的电压值为3.5V且CAN_L上的电压值为1.5V时，两线的电位差为2V，此时的状态表示逻辑0（或称“显性电平”状态）。01010011111001013任务1案例分析4.系统通信协议分析CAN总线的通信帧：通信帧：帧描画了以串行流的形式在通信信道上发送的数据的结构。CAN总线上的数据通信基于以下5中类型的通信帧。0101001111100101序号帧类型帧用途1数据帧用于发送单元向接收单元传送数据。2遥控帧用于接收单元向具有相同

ID的发送单元请求数据。3错误帧用于当检测出错误时向其他单元通知错误。4过载帧用于接收单元通知发送单元其尚未做好接收准备。5帧间隔用于将数据帧及遥控帧与前面的帧分离开。0101001111100101编程时，应首先设计CAN总线和RS485总线的数据帧格式3任务1案例分析4.系统通信协议分析CAN总线的数据帧：本案例的CAN通信采用标准格式的数据帧段类型帧ID帧类型RTR标识符ID类型IDE保留位数据长度DLC数据段Data[8]长度11bit（标准帧）1bit1bit1bit4bit8Byte内容标准帧ID0：数据帧1：远程帧0：标准帧1：扩展帧r0DLCData举例0x120000x08Data[0]~Data[7]00010010000010000000111···11001000任务1案例分析4.系统通信协议分析（2）通过RS-485网络上报网关的数据帧网关节点需要通过RS-485网络将采集到的传感器数据上报至物联网网关。组成部分帧起始符（START）地址域（ADDR0）地址域（ADDR1）命令码域（CMD）数据长度域（LEN）传感器类型（TYPE）数据域（DATA）校验码域（CS）长度1Byte1Byte1Byte1Byte1Byte1Byte2Bytes1Byte内容固定为0xDDDstAddrDstAddr见本表格说明Length见本表格说明DataCheckSum举例0xDD0x120x120x010x090x010x18、0x400x51帧起始符：固定为0xDD；地址域：为发送节点的地址，低位在前，高位在后，如地址为0x1234则ADDR0=34ADDR1=12；命令码域：0x01代表上报CAN总线网络的数据，0x02代表上报RS-485总线网络的数据；数据长度域：固定为0x09；传感器类型：1温湿度传感器，2人体红外传感器，3火焰传感器，4可燃气体，5空气质量传感器，6光敏二极管，7声音传感模块，8红外传感模块，9心率传感器，10其他；数据域：占2个字节，高8位和低8位。如：对应温湿度传感器，高8