基于can總線的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

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1、基于CAN總線的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)前言（一）背景隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，20世紀(jì)80年代中期，率先由Bosch公司研發(fā)出新一代的汽車總線即控制器局域網(wǎng)（ControllerAreaNetwork，簡(jiǎn)稱：CAN總線或CAN-bus），CAN總線具有布線簡(jiǎn)單、典型的總線型結(jié)構(gòu)、可最大限度的節(jié)約布線與維護(hù)成本、穩(wěn)定可靠、實(shí)時(shí)、抗干擾能力強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)，這些都決定了CAN總線必定是一種成功的總線。一經(jīng)推出不僅在汽車行業(yè)得到廣泛的推廣與應(yīng)用，在諸如航天、電力、石化、冶金、紡織、造紙等領(lǐng)域也得到廣泛應(yīng)用。在自動(dòng)化儀表、工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)、數(shù)控機(jī)床等系統(tǒng)中也

2、越來越多的使用了CAN總線，CAN總線在未來的發(fā)展中依然充滿活力，有著巨大的發(fā)展空間。由于CAN總線本身只定義ISO/OSI模型中的第一層（物理層）和第二層（數(shù)據(jù)鏈路層），通常情況下CAN總線網(wǎng)絡(luò)都是獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)，所以沒有網(wǎng)絡(luò)層。在實(shí)際使用中，用戶還需要自己定義應(yīng)用層的協(xié)議，因此在CAN總線的發(fā)展過程中出現(xiàn)了各種版本的CAN應(yīng)用層協(xié)議，現(xiàn)階段最流行的CAN應(yīng)用層協(xié)議主要有CANopen、DeviceNet和J1939等協(xié)議。而本設(shè)計(jì)采用的協(xié)議時(shí)CANopen。（二）概述控制器局部網(wǎng)（CAN－CONTROLLERAREANETWORK）是

3、BOSCH公司為現(xiàn)代汽車應(yīng)用領(lǐng)先推出的一種多主機(jī)局部網(wǎng)，由于其高性能、高可靠性、實(shí)時(shí)性等優(yōu)點(diǎn)現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、多種控制設(shè)備、交通工具、醫(yī)療儀器以及建筑、環(huán)境控制等眾多部門?？刂破骶植烤W(wǎng)將在我國(guó)迅速普及推廣。隨著計(jì)算機(jī)硬件、軟件技術(shù)及集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，工業(yè)控制系統(tǒng)已成為計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域中最具活力的一個(gè)分支，并取得了巨大進(jìn)步。由于對(duì)系統(tǒng)可靠性和靈活性的高要求，工業(yè)控制系統(tǒng)的發(fā)展主要表現(xiàn)為：控制面向多元化，系統(tǒng)面向分散化，即負(fù)載分散、功能分散、危險(xiǎn)分散和地域分散。分散式工業(yè)控制系統(tǒng)就是為適應(yīng)這種需要而發(fā)展起來的。這類系統(tǒng)是以

4、微型機(jī)為核心，將5C技術(shù)--COMPUTER（計(jì)算機(jī)技術(shù)）、CONTROL（自動(dòng)控制技術(shù)）、COMMUNICATION（通信技術(shù)）、CRT（顯示技術(shù)）和CHANGE（轉(zhuǎn)換技術(shù)）緊密結(jié)合的產(chǎn)物。它在適應(yīng)范圍、可擴(kuò)展性、可維護(hù)性以及抗故障能力等方面，較之分散型儀表控制系統(tǒng)和集中型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)都具有明顯的優(yōu)越性。典型的分散式控制系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、接口與計(jì)算設(shè)備以及通信設(shè)備組成?，F(xiàn)場(chǎng)總線（FIELDBUS）能同時(shí)滿足過程控制和制造業(yè)自動(dòng)化的需要，因而現(xiàn)場(chǎng)總線已成為工業(yè)數(shù)據(jù)總線領(lǐng)域中最為活躍的一個(gè)領(lǐng)域?，F(xiàn)場(chǎng)總線的研究與應(yīng)用已成為工業(yè)數(shù)據(jù)總線領(lǐng)域

5、的熱點(diǎn)。盡管目前對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線的研究尚未能提出一個(gè)完善的標(biāo)準(zhǔn)，但現(xiàn)場(chǎng)總線的高性能價(jià)格比將吸引眾多工業(yè)控制系統(tǒng)采用。同時(shí)，正由于現(xiàn)場(chǎng)總線的標(biāo)準(zhǔn)尚未統(tǒng)一，也使得現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用得以不拘一格地發(fā)揮，并將為現(xiàn)場(chǎng)總線的完善提供更加豐富的依據(jù)?？刂破骶植烤W(wǎng)CAN（CONTROLLERAERANETWORK）正是在這種背景下應(yīng)運(yùn)而生的。由于CAN為愈來愈多不同領(lǐng)域采用和推廣，導(dǎo)致要求各種應(yīng)用領(lǐng)域通信報(bào)文的標(biāo)準(zhǔn)化。為此，1991年9月PHILIPSSEMICONDUCTORS制訂并發(fā)布了CAN技術(shù)規(guī)范（VERSION2.0）。該技術(shù)規(guī)范包括A和B兩部分。2

6、.0A給出了曾在CAN技術(shù)規(guī)范版本1.2中定義的CAN報(bào)文格式，能提供11位地址；而2.0B給出了標(biāo)準(zhǔn)的和擴(kuò)展的兩種報(bào)文格式，提供29位地址。此后，1993年11月ISO正式頒布了道路交通運(yùn)載工具--數(shù)字信息交換--高速通信控制器局部網(wǎng)（CAN）國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（ISO11898），為控制器局部網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化推廣鋪平了道路。一、總體方案設(shè)計(jì)（一）方案論證方案一：?jiǎn)纹瑱C(jī)AT89C51屬標(biāo)準(zhǔn)型，芯片價(jià)格低廉，引腳與80C51完全兼容。片上外圍資源豐富，片內(nèi)具有41d3的FlashROM程序存貯空間，這不僅給程序修改帶來極大方便，而且避免了外部R

7、OM擴(kuò)展，降低了節(jié)點(diǎn)成本和線路復(fù)雜性，提高了電路可靠性。另外AT89C51具有在片程序和ROM兩級(jí)保密系統(tǒng)，可防止程序被非法剽竊。SJA1000是PHILIP公司推出的功能很強(qiáng)的CAN控制器，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)見圖2。片內(nèi)含信息緩沖、位流處理、位定時(shí)邏輯、接收濾波、錯(cuò)誤管理邏輯等電路，并配置有豐富的功能寄存器?？赏瓿蓴?shù)據(jù)成幀、總線填充、錯(cuò)誤檢測(cè)、總線仲裁及錯(cuò)誤界定處理等CAiN規(guī)范。方案二：采用Luminary公司基于ARM?CortexTM-M3的控制器LM3S5749。LuminaryMicroStellarisTM系列的微控制器是首款基

8、于ARM?CortexTM-M3的控制器，它將高性能的32位計(jì)算引入到對(duì)價(jià)格敏感的嵌入式微控制器應(yīng)用中。這些堪稱先鋒的器件擁有與8位和16位器件相同的價(jià)格，卻能為用戶提供32位器件的性能，而且，所有器件都是小型封裝形式提