can總線協(xié)議控制器的分析與設(shè)計(jì)

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1、武漢科技大學(xué)碩士學(xué)位論文第3頁(yè)這里我們可以看到兩種趨勢(shì)，第一是現(xiàn)場(chǎng)有越來(lái)越多的信息需要往上送，第二是計(jì)算機(jī)通信技術(shù)越來(lái)越向下延伸?，F(xiàn)場(chǎng)總線在功能、要求和結(jié)構(gòu)上有著這樣的發(fā)展趨勢(shì)1、功能現(xiàn)場(chǎng)總線的功能是：①經(jīng)濟(jì)、安全、可靠地傳遞信息；②正確使用所傳信息；③及時(shí)處理所傳信息。經(jīng)濟(jì)性要求現(xiàn)場(chǎng)總線在傳遞信息的同時(shí)，解決現(xiàn)場(chǎng)裝置的供電問(wèn)題，并要求傳輸介質(zhì)較廉價(jià)。安全性要求現(xiàn)場(chǎng)總線解決防爆問(wèn)題?？煽啃砸蟋F(xiàn)場(chǎng)總線解決環(huán)境適應(yīng)性問(wèn)題，包括電磁環(huán)境適應(yīng)性(傳輸時(shí)不要干擾別人，也不要被別人干擾)、氣候環(huán)境適應(yīng)性(要耐溫、防水、防塵)、機(jī)械

2、環(huán)境適應(yīng)性(要耐沖擊、耐振動(dòng))。正確使用信息要求不同制造商生產(chǎn)的裝置能相互理解所傳信息，這就是現(xiàn)場(chǎng)總線的可互操作性要求。及時(shí)處理信息要求現(xiàn)場(chǎng)裝置不要將信息過(guò)多地在網(wǎng)絡(luò)上往返傳遞，要盡可能地就地處理信息。及時(shí)處理信息的要求主要是針對(duì)高層次現(xiàn)場(chǎng)總線和智能儀表的，但是這條要求最集中地體現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)一信息處理現(xiàn)場(chǎng)化。2、要求現(xiàn)場(chǎng)總線不僅要求傳輸速度快，在過(guò)程控制領(lǐng)域還要求響應(yīng)快，即實(shí)時(shí)性要求。這樣“快”就有三種含義。(1)傳輸速度快：指單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)男畔⒁?，通常用波特率?lái)衡量。這條要求與普通計(jì)算機(jī)通信是一致的。(

3、2)響應(yīng)時(shí)間短：指突然發(fā)生意外事件時(shí)，儀表將該事件傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)上或執(zhí)行器接收到該信息馬上執(zhí)行所需的時(shí)間。這個(gè)時(shí)間是由4個(gè)方面決定的：①儀表或執(zhí)行器控制中斷的能力；②信息在通信協(xié)議的應(yīng)用層與物理層之間的傳輸時(shí)間；③等待網(wǎng)絡(luò)空閑的時(shí)間；避免信息在網(wǎng)絡(luò)上碰撞的時(shí)間。由于這個(gè)時(shí)間對(duì)大多數(shù)通信協(xié)議是一個(gè)隨機(jī)數(shù)，因此大部分通信協(xié)議不給這個(gè)參數(shù)。過(guò)程控制系統(tǒng)通常并不要求這個(gè)時(shí)間達(dá)到最短，但它要求最大值是預(yù)先可知的，并小于一定值。(3)巡回時(shí)間短指系統(tǒng)與所有通信對(duì)象都至少完成一次通信所需的時(shí)間。這個(gè)時(shí)間一般可由系統(tǒng)組態(tài)來(lái)調(diào)整。對(duì)那些單純靠

4、優(yōu)先級(jí)解決實(shí)時(shí)性的搶先式通信系統(tǒng)，當(dāng)高優(yōu)先級(jí)事件發(fā)生比較頻繁時(shí)，低優(yōu)先級(jí)事件會(huì)長(zhǎng)時(shí)間得不到響應(yīng)；對(duì)這類通信協(xié)議，巡回時(shí)間是隨機(jī)量，預(yù)先不可知。過(guò)程控制系統(tǒng)希望最長(zhǎng)巡回時(shí)間是預(yù)先可知的，并小于一定值。響應(yīng)時(shí)間和巡回時(shí)間反映了實(shí)時(shí)性，而實(shí)時(shí)性與通信協(xié)議有很密切的關(guān)系。現(xiàn)場(chǎng)總線采用兩種技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)性。一種是簡(jiǎn)化技術(shù)。將網(wǎng)絡(luò)形式簡(jiǎn)化成線形(實(shí)際上已經(jīng)不成其為“網(wǎng)”了)，將通信模型簡(jiǎn)化為只有一、二層；將節(jié)點(diǎn)的信息簡(jiǎn)化到只有幾比特。經(jīng)過(guò)以上簡(jiǎn)化，節(jié)點(diǎn)的訪問(wèn)就非?？炝?。這也可以通過(guò)極大地提高通信傳遞速度來(lái)縮短節(jié)點(diǎn)訪問(wèn)時(shí)間，這時(shí)雖然理

5、論上某些現(xiàn)場(chǎng)總線的節(jié)點(diǎn)訪問(wèn)時(shí)問(wèn)還有某種不確定性，但是反復(fù)發(fā)生不確定事件的概率很低，可以在一些非關(guān)鍵部位使用這種現(xiàn)場(chǎng)總線。節(jié)點(diǎn)訪問(wèn)快了，就可以簡(jiǎn)化系統(tǒng)的管理，這時(shí)采用主一從方式輪詢?cè)L問(wèn)，只要限制網(wǎng)絡(luò)輪詢的規(guī)模，就可以將響應(yīng)控制在指定的時(shí)問(wèn)內(nèi)。采用這種技術(shù)可大大降低總線的成本，大多數(shù)位式丌關(guān)量現(xiàn)場(chǎng)總線采用這種技術(shù)。第4頁(yè)武漢科技大學(xué)碩士學(xué)位論文另一種是采用網(wǎng)絡(luò)管理和數(shù)據(jù)鏈路調(diào)度技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)性，這是一種很復(fù)雜的技術(shù)。一般認(rèn)為，分時(shí)式實(shí)時(shí)系統(tǒng)的響應(yīng)具有可預(yù)知性，但資源利用率低；搶先式實(shí)時(shí)系統(tǒng)資源利用率高，但往往響應(yīng)具有不可預(yù)知

6、性。現(xiàn)在的現(xiàn)場(chǎng)總線往往采用兩者結(jié)合的方式進(jìn)行管理和調(diào)度，以達(dá)到某種平衡。改善現(xiàn)場(chǎng)總線的實(shí)時(shí)性，減少響應(yīng)時(shí)間的不確定性是現(xiàn)場(chǎng)總線的重要發(fā)展趨勢(shì)。3、結(jié)構(gòu)大部分現(xiàn)場(chǎng)總線的結(jié)構(gòu)是線狀的，雖然現(xiàn)場(chǎng)總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以是總線型、星型、環(huán)行、回路型等：但在大多數(shù)現(xiàn)場(chǎng)總線中，從一點(diǎn)到另外一點(diǎn)的通信路徑是比較固定的。線狀結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是：①解決網(wǎng)絡(luò)供電比較容易；②解決安防比較容易；③使通信協(xié)議中可以舍去與路徑有關(guān)的幾層，有利于改善實(shí)時(shí)性。很顯然，在線狀結(jié)構(gòu)時(shí)一條現(xiàn)場(chǎng)總線支路的電源負(fù)載是確定的，沿總線電源電壓的變化也是可以預(yù)料的。在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中一

7、定會(huì)出現(xiàn)多電源供電情況，各電源的負(fù)載平衡，以及網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)處的電壓下降，都比較難以預(yù)料。上述情況說(shuō)明現(xiàn)場(chǎng)總線并不只是一項(xiàng)通信技術(shù)，它是通信技術(shù)、儀表智能化技術(shù)及自動(dòng)控制技術(shù)的結(jié)合產(chǎn)物。雖然并不是所有的現(xiàn)場(chǎng)總線都滿足了上述要求，但這些要求是用于過(guò)程控制的現(xiàn)場(chǎng)總線所追求的目標(biāo)。1．2CAN總線控制器局域網(wǎng)CAN是由ISO定義的串行通訊總線。它最初出現(xiàn)在80年代末的汽車工業(yè)里，它的基本設(shè)計(jì)規(guī)范要求有高的位速率、高抗電磁干擾性，而且能夠檢測(cè)出產(chǎn)生的任何錯(cuò)誤?；谝陨咸匦裕珻AN串行通訊總線很自然地在汽車制造業(yè)以及航空工業(yè)中受到廣

8、泛應(yīng)用，并且逐步進(jìn)入到工業(yè)控制領(lǐng)域。1．2．1CAN總線簡(jiǎn)介CAN全稱為ControllerAreaNetwork，即控制器局域網(wǎng)。它是國(guó)際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。最初，CAN被設(shè)計(jì)作為汽車環(huán)境中的微控制器通訊，在車載各電子控制裝置ECU之間交換信息形成汽車電子控制網(wǎng)絡(luò)。比如發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)、變速箱控制器、儀表裝備