文档介绍：第12章综合实例——工业CAN网络控制系统节点设计
本章通过一个在工业上实际使用的实例,讲解CAN网络控制系统的设计方法,及其CAN通讯协议的基本制定过程。通过该实例,读者能够学习到CAN网络通讯、CAN通讯协议制定各方面的知识。
系统结构与分析
在工业现场,往往需要通过一个主机对分布在厂房各处的设备进行控制和监控,利用CAN网络,可以有效的组织各个设备的通讯与管理。
工业CAN网络控制系统节点功能分析
在工业现场,大部分控制与监控只需要对输入输出的数字信号进行管理即可,因此本章设计的工业CAN网络控制系统节点,需要具备以下的功能。
硬件具备足够数量的数字信号输入端口(>=12);
硬件具备足够数量的数字信号输出端口(>=12);
硬件具备总线通讯能力,总线负荷结点数>=50个,通讯能力不小于250kbsp,根据需要综合考虑选用CAN总线通讯系统;
工业CAN网络控制系统节点功能分析
硬件具备显示时钟能力,时钟可以根据需要由总线设置;
硬件具备232/485接口,与智能仪表进行通讯;
硬件具备相当的抗干扰能力,能够满足现场条件的稳定运行;
在满足上述条件下尽可能减小成本。
工业CAN网络控制系统分析
本章介绍的工业CAN网络控制系统,通过CAN网络对各个分布节点的数字量输出信号进行控制,同时监控分布节点的数字量输入信号,并通过232/485协议读取智能仪表的测量值,通过CAN网络采集到系统主机,在各个节点处相应有LED显示状态。
CAN总线知识简介
CAN,全称为“Controller work”,即控制器局域网,是国际上应用最广泛的现场总线之一。最初,CAN是作为汽车环境中的微控制器通讯而设计的,因此在车载各电子控制装置ECU之间交换信息,形成汽车电子控制网络方面得到了大量的应用。例如发动机管理系统、变速箱控制器、仪表装备、电子主干系统等等,均具备CAN通讯的能力。随着CAN总线的发展,CAN总线也被广泛应用于工业控制。
CAN总线的特点
CAN总线是一种多节点的无主从竞争网络,其具备以下一些突出的特点。
低成本;
极高的总线利用率;
很远的数据传输距离(长达10Km);
高速的数据传输速率(高达1Mbit/s);
CAN总线的特点
可根据报文的ID决定接收或屏蔽该报文;
可靠的错误处理和检错机制;
发送的信息遭到破坏后,可自动重发;
节点在错误严重的情况下具有自动退出总线的功能;
报文不包含源地址或目标地址,仅用标志符来指示功能信息、优先级信息。
CAN总线的物理层
CAN总线的物理层通过两根导线将所有设备连接到一起,这两个导线称为CANH和CANL。由于CAN协议没有对CAN总线的通讯介质作出规定,因此CAN总线的通讯介质可以是屏蔽双绞线或者光缆等常用的通讯线路。如图所示为简单的CAN总线拓扑结构。
CAN总线的报文帧
为了实现CAN总线的通讯功能,CAN通讯协议中定义了四种不同的通讯报文帧。数据帧:数据帧携带数据从发送器至接收器; 远程帧:总线单元发出远程帧,请求发送具有同一识别符的数据帧; 错误帧:任何单元检测到总线错误就发出错误帧; 过载帧:过载帧用以在先行的和后续的数据帧(或远程帧)之间提供一附加的延时。
数据帧
远程帧
错误帧
过载帧