生產(chǎn)線環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)案例分析與通信協(xié)議分析

“1+X”傳感網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)–CAN案例1生產(chǎn)線環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)案例分析與通信協(xié)議分析何川生產(chǎn)線環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)案例的構(gòu)建1.系統(tǒng)功能要求構(gòu)建一個(gè)基于CAN總線的生產(chǎn)線環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。采集溫濕度和火焰?zhèn)鞲衅鲾?shù)據(jù)，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的云平臺(tái)實(shí)時(shí)顯示、歷史數(shù)據(jù)查詢等功能。1生產(chǎn)線溫度濕度火焰溫度濕度火焰溫度濕度火焰云平臺(tái)3任務(wù)1案例分析2.系統(tǒng)構(gòu)成本案例要求搭建一個(gè)基于CAN總線的生產(chǎn)線環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，系統(tǒng)構(gòu)成如下：PC機(jī)一臺(tái)（作為上位機(jī)）；物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)一個(gè)；CAN節(jié)點(diǎn)三個(gè)（一個(gè)CAN網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)、兩個(gè)CAN終端節(jié)點(diǎn)）；溫濕度傳感器兩個(gè)；火焰?zhèn)鞲衅饕粋€(gè)；USB轉(zhuǎn)CAN調(diào)試器一個(gè)。生產(chǎn)線環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的拓?fù)鋱D如圖所示。使用USBCAN調(diào)試助手分別連接三個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)的CAN_H與CAN_L端子，使其構(gòu)成一個(gè)CAN通信網(wǎng)絡(luò)。兩個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)分別連接溫濕度傳感器與火焰?zhèn)鞲衅?，CAN網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)連接溫濕度傳感器。特別注意CAN總線和RS485總線的接線。云平臺(tái)A1B1RS485B485-A485+USB轉(zhuǎn)CAN調(diào)試器終端節(jié)點(diǎn)終端節(jié)點(diǎn)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)3任務(wù)1案例分析3.系統(tǒng)工作流程本案例構(gòu)建完成后根據(jù)系統(tǒng)功能要求應(yīng)實(shí)現(xiàn)以下工作流程：終端節(jié)點(diǎn)MCU實(shí)時(shí)采集傳感器數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)上傳到CAN網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。CAN網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)收到傳感器數(shù)據(jù)后，通過RS485總線發(fā)送給網(wǎng)關(guān)。CAN網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)采集傳感器數(shù)據(jù)，并發(fā)送給網(wǎng)關(guān)。網(wǎng)關(guān)收到傳感器數(shù)據(jù)后，將通過TCP協(xié)議上傳到云平臺(tái)。電腦通過Internet網(wǎng)絡(luò)訪問云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)線環(huán)境數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和查詢。云平臺(tái)A1B1RS485CAN總線B485-A485+USB轉(zhuǎn)CAN總線模塊終端節(jié)點(diǎn)終端節(jié)點(diǎn)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)010100111110010101010103任務(wù)1案例分析4.系統(tǒng)通信協(xié)議分析CAN總線上的信號(hào)：總線上傳輸?shù)男畔⒈环Q為報(bào)文，總線規(guī)范不同，其報(bào)文信號(hào)電平標(biāo)準(zhǔn)也不同。ISO11898和ISO11519標(biāo)準(zhǔn)在物理層的定義有所不同，兩者的信號(hào)電平標(biāo)準(zhǔn)也不盡相同。CAN總線上的報(bào)文信號(hào)使用差分電壓傳送。實(shí)線與虛線分別表示CAN總線的兩條信號(hào)線CAN_H和CAN_L。靜態(tài)時(shí)兩條信號(hào)線上電平電壓均為2.5V左右（電位差為0V），此時(shí)的狀態(tài)表示邏輯1（或稱“隱性電平”狀態(tài)）。當(dāng)CAN_H上的電壓值為3.5V且CAN_L上的電壓值為1.5V時(shí)，兩線的電位差為2V，此時(shí)的狀態(tài)表示邏輯0（或稱“顯性電平”狀態(tài)）。01010011111001013任務(wù)1案例分析4.系統(tǒng)通信協(xié)議分析CAN總線的通信幀：通信幀：幀描畫了以串行流的形式在通信信道上發(fā)送的數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)。CAN總線上的數(shù)據(jù)通信基于以下5中類型的通信幀。0101001111100101序號(hào)幀類型幀用途1數(shù)據(jù)幀用于發(fā)送單元向接收單元傳送數(shù)據(jù)。2遙控幀用于接收單元向具有相同

ID的發(fā)送單元請(qǐng)求數(shù)據(jù)。3錯(cuò)誤幀用于當(dāng)檢測出錯(cuò)誤時(shí)向其他單元通知錯(cuò)誤。4過載幀用于接收單元通知發(fā)送單元其尚未做好接收準(zhǔn)備。5幀間隔用于將數(shù)據(jù)幀及遙控幀與前面的幀分離開。0101001111100101編程時(shí)，應(yīng)首先設(shè)計(jì)CAN總線和RS485總線的數(shù)據(jù)幀格式3任務(wù)1案例分析4.系統(tǒng)通信協(xié)議分析CAN總線的數(shù)據(jù)幀：本案例的CAN通信采用標(biāo)準(zhǔn)格式的數(shù)據(jù)幀段類型幀ID幀類型RTR標(biāo)識(shí)符ID類型IDE保留位數(shù)據(jù)長度DLC數(shù)據(jù)段Data[8]長度11bit（標(biāo)準(zhǔn)幀）1bit1bit1bit4bit8Byte內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)幀ID0：數(shù)據(jù)幀1：遠(yuǎn)程幀0：標(biāo)準(zhǔn)幀1：擴(kuò)展幀r0DLCData舉例0x120000x08Data[0]~Data[7]00010010000010000000111···11001000任務(wù)1案例分析4.系統(tǒng)通信協(xié)議分析（2）通過RS-485網(wǎng)絡(luò)上報(bào)網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)幀網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)需要通過RS-485網(wǎng)絡(luò)將采集到的傳感器數(shù)據(jù)上報(bào)至物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)。組成部分幀起始符（START）地址域（ADDR0）地址域（ADDR1）命令碼域（CMD）數(shù)據(jù)長度域（LEN）傳感器類型（TYPE）數(shù)據(jù)域（DATA）校驗(yàn)碼域（CS）長度1Byte1Byte1Byte1Byte1Byte1Byte2Bytes1Byte內(nèi)容固定為0xDDDstAddrDstAddr見本表格說明Length見本表格說明DataCheckSum舉例0xDD0x120x120x010x090x010x18、0x400x51幀起始符：固定為0xDD；地址域：為發(fā)送節(jié)點(diǎn)的地址，低位在前，高位在后，如地址為0x1234則ADDR0=34ADDR1=12；命令碼域：0x01代表上報(bào)CAN總線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)，0x02代表上報(bào)RS-485總線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)長度域：固定為0x09；傳感器類型：1溫濕度傳感器，2人體紅外傳感器，3火焰?zhèn)鞲衅鳎?可燃?xì)怏w，5空氣質(zhì)量傳感器，6光敏二極管，7聲音傳感模塊，8紅外傳感模塊，9心率傳感器，10其他；數(shù)據(jù)域：占2個(gè)字節(jié)，高8位和低8位。如：對(duì)應(yīng)溫濕度傳感器，高8