現(xiàn)場總線技術(shù)分析

2.8現(xiàn)場總線技術(shù)知識與能力目標(biāo)了解現(xiàn)場總線技術(shù)的優(yōu)點1了解典型現(xiàn)場總線方式2了解CAN總線技術(shù)的應(yīng)用3任務(wù)一了解現(xiàn)場總線技術(shù)的優(yōu)點

現(xiàn)場總線技術(shù)是用于解決工業(yè)現(xiàn)場的智能化儀表、控制器、執(zhí)行機構(gòu)等現(xiàn)場設(shè)備間的數(shù)字通信以及這些現(xiàn)場控制設(shè)備和高級控制系統(tǒng)之間的信息傳遞問題。任務(wù)一了解現(xiàn)場總線技術(shù)的優(yōu)點節(jié)省硬件數(shù)量與投資節(jié)省安裝費用節(jié)省維護(hù)開銷用戶具有高度的系統(tǒng)集成主動性提高系統(tǒng)的準(zhǔn)確性與可靠性傳感器總線設(shè)備總線現(xiàn)場總線任務(wù)二典型現(xiàn)場總線簡介現(xiàn)場總線abc

1.基金會現(xiàn)場總線

2.LonWorks

3.Profibus

4.CAN5.HART

任務(wù)二典型現(xiàn)場總線簡介任務(wù)三

CAN總線技術(shù)應(yīng)用1、CAN總線的起源2、CAN總線的特點3、CAN總線的優(yōu)勢4、CAN總線的基本工作原理5、CAN總線的數(shù)據(jù)幀6、CAN總線的位仲裁技術(shù)7、CAN總線的應(yīng)用實例

現(xiàn)代社會對汽車的要求不斷提高，這些要求包括：極高的主動安全性和被動安全性；乘坐的舒適性；駕駛與使用的便捷和人性化；尤其是低排放和低油耗的要求等。

在汽車設(shè)計中運用微處理器及其電控技術(shù)是滿足這些要求的最好方法，而且已經(jīng)得到了廣泛的運用。目前這些系統(tǒng)有：ABS（防抱系統(tǒng)）、EBD（制動力分配系統(tǒng)）、EMS（發(fā)動機管理系統(tǒng)）、多功能數(shù)字化儀表、主動懸架、導(dǎo)航系統(tǒng)、電子防盜系統(tǒng)、自動空調(diào)和自動CD機等。1.CAN總線的起源

CAN總線的起源汽車發(fā)展的同時也帶來了諸多的問題：

（1）汽車電子技術(shù)的發(fā)展汽車上電子裝置越來越多汽車的整體布置空間縮小

（2）傳統(tǒng)電器設(shè)備多為點到點通信導(dǎo)致了龐大的線束

（3）大量的連接器導(dǎo)致可靠性降低。粗大的線束與汽車中有限的可用空間之間的矛盾越來越尖銳，電纜的體積、可靠性和重量成為越來越突出的問題，而且也成為汽車輕量化和進(jìn)一步電子化的最大障礙，汽車的制造和安裝也變得非常困難。

（4）存在冗余的傳感器。Volvo汽車近三十年來線束增長的情況CAN總線的起源于是人們就想通過總線將汽車上的各種電子裝置與設(shè)備連成一個網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)相互之間的信息共享，既減少了線束，又可更好地控制和協(xié)調(diào)汽車的各個系統(tǒng)，使汽車性能達(dá)到最佳。這樣CAN總線就順其自然產(chǎn)生了。CAN總線的起源1、實時性

2、所傳遞過程數(shù)據(jù)較簡單（每個幀最多含8個字節(jié)的數(shù)據(jù)）

總線長度：40m至1km

3、傳輸速率：最大1Mbd(總線長度為40m)，5Kbd(總線長度至1km)

4、節(jié)點數(shù)：最多200個CAN節(jié)點，每個節(jié)點上可連有多個傳感器和執(zhí)行元件

5、傳輸媒介：雙絞線

6、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：總線型

7、通過多種錯誤檢測機制，保證較高的傳輸安全性

8、總線訪問方式：多主結(jié)構(gòu)/CSMA/CA

9、與別的網(wǎng)絡(luò)不同，CAN-Bus上的工作站沒有具體的地址，而是通過標(biāo)識符確定各自的身份，同時標(biāo)識符還決定了各工作站的優(yōu)先級2.CAN總線的特點對比下面兩張圖，就能很清晰的明白采用CAN總線的優(yōu)勢。3.CAN總線的優(yōu)勢用線少、重量輕、空間小、接口簡單、維修診斷方便等。4.CAN總線的基本工作原理Controller控制器Area局域Network網(wǎng)CANCAN是一種世界標(biāo)準(zhǔn)的串行通訊協(xié)議，為數(shù)據(jù)高速公路確定統(tǒng)一的“交通”規(guī)則。跟其他總線一樣，CAN總線的通信也是通過一種類似于“會議”的機制實現(xiàn)的，只不過會議的過程并不是由一方（節(jié)點）主導(dǎo)，而是，每一個會議參加人員都可以自由的提出會議議題（多主通信模式），二者對應(yīng)關(guān)系如下：4.CAN總線的基本工作原理仲裁發(fā)言順序報文會議議題ID參會人員身份節(jié)點參會人員局域網(wǎng)會議1、多個控制單元以并聯(lián)方式經(jīng)收發(fā)器與總線連接。

2、每個控制單元都有權(quán)向總線發(fā)送信息（多主處理器結(jié)構(gòu)）。

3、同一時刻只有一個控制單元向總線發(fā)送信息。其它的控制單元接收信息，其中一些控制單元對這些數(shù)據(jù)感興趣并采用這些數(shù)據(jù)，而另一些控制單元則可能不理會這些數(shù)據(jù)。

4.CAN總線的基本工作原理4.CAN總線的基本工作原理報文傳輸格式按功能分可以具體分為以下四種：

數(shù)據(jù)幀（DataFrame）：數(shù)據(jù)幀攜帶數(shù)據(jù)從發(fā)送器至接收器。

遠(yuǎn)程幀（RemoteFrame）：總線單元發(fā)出遠(yuǎn)程幀，請求發(fā)送具有同一識別符的數(shù)據(jù)幀。

錯誤幀（ErrorFrame）：任何單元檢測到總線錯誤就發(fā)出錯誤幀。

過載幀（OverloadFrame）：過載幀用以在先行的和后續(xù)的數(shù)據(jù)幀（或遠(yuǎn)程幀）之間提供一附加的延時。5.幀類型數(shù)據(jù)幀由7個不同的區(qū)域組成：幀起始（StartofFrame）、仲裁區(qū)域（ArbitrationField）、控制區(qū)域（ControlField）、數(shù)據(jù)區(qū)域（DataField）、CRC區(qū)域（CRCField）、應(yīng)答區(qū)域（ACKField）、幀結(jié)尾（EndofFrame）。數(shù)據(jù)幀（1）幀起始

它標(biāo)志數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀的起始，由一個單獨的“顯性”位組成。只在總線空閑時，才允許節(jié)點發(fā)送信號。所有節(jié)點必須同步于首先開始發(fā)送信息的節(jié)點的幀起始前沿。

數(shù)據(jù)幀（2）仲裁區(qū)域

仲裁區(qū)域包括識別符（ID）和遠(yuǎn)程發(fā)送請求位（RTR）。標(biāo)示符（ID）：標(biāo)示符的長度為11位或29位。含有11位標(biāo)示符的幀稱為標(biāo)準(zhǔn)幀（CAN2.0A）；含有29位標(biāo)示符的幀稱為擴展幀（CAN2.0B）。

數(shù)據(jù)幀標(biāo)準(zhǔn)幀（CAN2.0A）數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)幀擴展幀（CAN2.0B）標(biāo)準(zhǔn)幀與擴展幀的不同還來自于對標(biāo)識符擴展（IDE）位的使用，當(dāng)其位于RTR位之后且為顯性時，則報文作為標(biāo)準(zhǔn)幀來發(fā)送，而當(dāng)其位于RTR位之前且為隱性時則報文作為擴展幀來發(fā)送。

通常為：標(biāo)準(zhǔn)幀的報文總是比擴展幀的報文優(yōu)先級高。支持?jǐn)U展幀格式的CAN控制器（CANController）同樣也能發(fā)送和接收標(biāo)準(zhǔn)幀，當(dāng)僅僅支持標(biāo)準(zhǔn)幀的CAN控制器被用在網(wǎng)絡(luò)上時，則只有標(biāo)準(zhǔn)幀能在整個網(wǎng)絡(luò)上傳送，擴展幀將不能被識別，但是會被當(dāng)作標(biāo)準(zhǔn)幀處理。

RTR位：該位在數(shù)據(jù)幀里必須為“顯性”，而在遠(yuǎn)程幀里必須為“隱性”。數(shù)據(jù)幀（3）控制區(qū)域

控制區(qū)域由6位組成，包括數(shù)據(jù)長度代碼和兩個將來作為擴展用的保留位。所發(fā)送的保留位必須為“顯性”。接收器接收所有由“顯性”和“隱性”組合在一起的位。數(shù)據(jù)長度代碼（DLC）：數(shù)據(jù)長度代碼指示了數(shù)據(jù)場中字節(jié)數(shù)量。數(shù)據(jù)長度代碼由4位構(gòu)成，數(shù)據(jù)幀允許數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)目范圍為0到8。數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)長度代碼DLC確定數(shù)據(jù)字節(jié)的數(shù)目數(shù)據(jù)幀000181110701106101050010411003010021000100000DLC0DLC1DLC2DLC3DLC數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)目（4）數(shù)據(jù)區(qū)域

數(shù)據(jù)區(qū)域由數(shù)據(jù)幀中的發(fā)送數(shù)據(jù)組成。它可以為0～8個字節(jié)，每字節(jié)包含了8個位，首先發(fā)送最高有效位。數(shù)據(jù)幀（5）CRC區(qū)域

CRC區(qū)域包括CRC序列（CRCSEQUENCE），其后是CRC界定符（CRCDELIMITER）。CRC序列：由循環(huán)冗余碼求得的幀檢查序列最適用于位數(shù)低于127位〈BCH碼〉的幀。為進(jìn)行CRC計算，被除的多項式系數(shù)由無填充位流給定，組成這些位流的成分是：幀起始、仲裁場、控制場、數(shù)據(jù)場（假如有），而15個最低位的系數(shù)是0。數(shù)據(jù)幀將此多項式被下面的多項式發(fā)生器除（其系數(shù)以2為模）：

X15+X14+X10+X8+X7+X4+X3+1

這個多項式除法的余數(shù)就是發(fā)送到總線上的CRC序列（CRCSEQUENCE）。為了實現(xiàn)這個功能，可以使用15位的位移寄存器CRC_RG（14:0）。如果用NXTBIT標(biāo)記指示位流的下一位，它由從幀的起始到數(shù)據(jù)區(qū)域末尾都由無填充的位序列給定。在傳送或接收完數(shù)據(jù)區(qū)域的最后一位以后，CRC_RG包含有CRC序列。CRC序列之后是CRC界定符，它包含一個單獨的“隱性”位。數(shù)據(jù)幀（6）應(yīng)答區(qū)域

應(yīng)答區(qū)域長度為2個位，包含應(yīng)答間隙（ACKSLOT）和應(yīng)答界定符（ACKDELIMITER）。在應(yīng)答場里，發(fā)送節(jié)點發(fā)送兩個“隱性”位。當(dāng)接收器正確地接收到有效的報文，接收器就會在應(yīng)答間隙（ACKSLOT）期間（發(fā)送ACK信號）向發(fā)送器發(fā)送一“顯性”的位以示應(yīng)答。數(shù)據(jù)幀應(yīng)答間隙：所有接收到匹配CRC序列（CRCSEQUENCE）的節(jié)點會在應(yīng)答間隙（ACKSLOT）期間用一“顯性”的位寫入發(fā)送器的“隱性”位來作出回答。

ACK界定符：ACK界定符是ACK區(qū)域的第二個位，并且是一個必須為“隱性”的位。因此，應(yīng)答間隙（ACKSLOT）被兩個“隱性”的位所包圍，也就是CRC界定符（CRCDELIMITER）和ACK界定符（ACKDELIMITER）。數(shù)據(jù)幀（7）幀結(jié)尾

每一個數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀均可由一標(biāo)志序列界定。這個標(biāo)志序列由7個“隱性”位組成。數(shù)據(jù)幀遠(yuǎn)程幀標(biāo)識符格式與數(shù)據(jù)幀標(biāo)識符格式基本相同，只是不存在數(shù)據(jù)區(qū)域。并且遠(yuǎn)程幀的RTR位是“隱性”的。因為它沒有數(shù)據(jù)區(qū)域，所以數(shù)據(jù)長度代碼的數(shù)值是不受制約的（可以標(biāo)注為容許范圍里0到8的任何數(shù)值），此數(shù)值對應(yīng)于數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)長度代碼。遠(yuǎn)程幀

錯誤幀由兩個不同的區(qū)域組成。第一個區(qū)域用不同節(jié)點提供的錯誤標(biāo)志（ERRORFLAG）疊加而成。第二個區(qū)域是錯誤界定符。

有兩種形式的錯誤標(biāo)志，主動錯誤標(biāo)志（Activeerrorflag）和被動錯誤標(biāo)志（Passiveerrorflag）。

主動錯誤標(biāo)志由6個連續(xù)的“顯性”位組成。被動錯誤標(biāo)志由6個連續(xù)的“隱性”的位組成，錯誤標(biāo)志的形式破壞了從幀起始到CRC界定符的位填充規(guī)則，或者破壞了應(yīng)答區(qū)域的固定形式。所有其他的節(jié)點由此檢測到錯誤條件并與此同時開始發(fā)送錯誤標(biāo)志。錯誤幀過載幀包括兩個位域：過載標(biāo)志和過載界定符。

有三種過載的情況，這三種情況都會引發(fā)過載標(biāo)志的傳送：

1.接收器的內(nèi)部情況（此接收器對于下一數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀需要有一延時）。

2.在間歇的第一和第二字節(jié)檢測到一個“顯性”位。

3.如果CAN節(jié)點在錯誤界定符或過載界定符的第8位（最后一位）采樣到一個顯性位，節(jié)點會發(fā)送一個過載幀（不是錯誤幀）。錯誤計數(shù)器不會增加。過載幀5位仲裁技術(shù)

CAN總線使用的是一種叫做“載波監(jiān)測，多主掌控/沖突避免”的通信模式。這就允許在總線上的任一設(shè)備有一定的機會取得總線的控制權(quán)來向外發(fā)送信息。如果在同一時刻有兩個以上的設(shè)備欲發(fā)送信息，就會發(fā)生數(shù)據(jù)沖突，CAN總線能夠?qū)崟r地檢測這些沖突情況并做出相應(yīng)的仲裁，而使得獲得仲裁的信息幀不受任何損壞的繼續(xù)傳送。5位仲裁技術(shù)

CAN總線當(dāng)總線空閑時呈隱性電平，此時任何一個節(jié)點都可以向總線發(fā)送一個顯性電平作為一個幀的開始。如果有兩個或兩個以上的節(jié)點同時發(fā)送，就會產(chǎn)生競爭。CAN做了改進(jìn)，是按位對標(biāo)識符進(jìn)行仲裁。各發(fā)送節(jié)點在向總線發(fā)送電平的同時，也對總線上的電平進(jìn)行讀取，并與自身發(fā)送的電平進(jìn)行比較，如果電平相同則繼續(xù)發(fā)送下一位，不同則停止發(fā)送，退出總線競爭。剩余的節(jié)點則繼續(xù)上述過程，直到總線上只剩下一個節(jié)點發(fā)送的電平，總線競爭結(jié)束，優(yōu)先級最高的節(jié)點獲得了總線的使用權(quán)。5位仲裁技術(shù)例：3個CAN消息幀在總線上的競爭情況6應(yīng)用實例

基于CAN-bus總線的家庭主機主要功能圖§3.4應(yīng)用實例

6應(yīng)用實例

基于CAN總線的智能小區(qū)6應(yīng)用實例

利用成熟模塊構(gòu)成系統(tǒng)（華控RSM系列模塊）6應(yīng)用實例

RSM01模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊1.輸入通道數(shù)：8路雙端2.輸入范圍：-CV型：0～5V,1～5V-CI