基于组态软件的电动汽车CAN总线网络设计

基于组态软件的电动汽车CAN总线网络设计（共9篇）

1.基于组态软件的电动汽车CAN总线网络设计 篇一

基于CAN总线的军用汽车控制系统数据传输研究

将CAN总线技术运用于军用EQ2082E6D型越野汽车控制系统中,解决了多节点数据传输问题,给出了控制系统数据传输CAN模块电路设计、软件设计流程和CAN总线系统的报文识别码.

作 者：舒华 陈适 薛乃恩 赵劲松 杨丹 许玉新 SHU Hua CHEN Shi XUE Nai-en ZHAO Jin-song YANG Dan XU Yu-xin 作者单位：舒华,赵劲松,SHU Hua,ZHAO Jin-song(军事交通学院,装备保障系,天津,300161)

陈适,CHEN Shi(军事交通学院,研究生管理大队,天津,300161)

薛乃恩,XUE Nai-en(海军92076部队,北京,102202)

杨丹,YANG Dan(空军装备部,北京汽车修理厂,北京,100141)

许玉新,XU Yu-xin(军事交通学院,外训系,天津,300161)

刊 名：军事交通学院学报英文刊名：JOURNAL OF ACADEMY OF MILITARY TRANSPORTATION年，卷(期)：200810(2)分类号：V270.1关键词：CAN总线 控制系统 数据传输

2.基于组态软件的电动汽车CAN总线网络设计 篇二

目前, 我国已经有一部分汽车运用了CAN总线技术, 但这也只是中外合资并由外方提供的技术支持, C A N总线技术在我国的汽车控制上的研究还处于起步阶段。本文介绍了如何运用C A N总线技术来实现对汽车车窗的网络控制。通过对本模拟实验的设计和研究, 有利于学习国外的先进技术, 并且相信在不久的将来, 汽车总线技术在国产中低档汽车中的应用将会更加普及和完善。

1 CAN总线的特性[2]

(1) CAN是一种有效支持实时控制和分布式控制的串行通信网络。

(2) CAN协议遵循ISO/OSI参考模型, 采用了其中的物理层、应用层和数据链路层。

(3) CAN多主方式工作, 网络上任何一个节点都可在任何时刻主动向网络上的其它节点发送信息且不分主从, 节点中有优先级之分, 故而通信方式灵活;CAN采用非破坏性的逐位仲裁技术, 以优先原则发送, 既节省了总线冲突时间, 同时在重负载下性能良好;C A N通过点对点、一点对多点以及全局广播等方式发送、接收数据。

(4) CAN的直接通信距离最远可达10000米;最高通信速率可达1Mbit/s。

(5) C A N数据链路层采用短帧结构, 每帧8字节, 便于纠错;C A N每帧信息均有C R C校验和其它检错措施, 大大地降低了数据的错误率;在错误严重的情况下, CAN节点具有自动关闭功能, 使总线上的其它节点免受影响。

(6) 信号调制解调方式采用不归零 (NRZ) 编码或解码方式, 且利用插入填充位技术。

(7) 数据位具有隐性“1”和显性“0”两种逻辑值, 采用时钟同步技术, 具有定时时间自动跟踪和硬件自同步的功能。

2 车窗系统硬件设计

汽车车窗控制系统的外围控制器件包括开关组、车窗升降器、行程开关、继电器组、电动机等装置组成[3]。核心控制器件由CAN控制器、STC89C52、CAN收发器、6N137等芯片组成, 汽车车窗控制原理图如图1所示。

工作原理阐述:汽车车窗网络控制主要包括四个节点, 有主驾驶侧的车窗中央控制节点、副驾驶侧的从节点、左后车窗控制从节点、右后车窗控制从节点。中央节点处有一个开关控制组件, 主要功能是负责主驾驶侧的车窗的开、关和向CAN总线发送信息, 来控制其他从节点的动作。每个从节点判断是否需要接收信息, 若需要则接收, 从而根据接收的信息执行相对应的控制。同时在从节点处有分控制开关, 乘客可根据需要对从节点处车窗进行控制。本设计在C A N收发器与C A N控制器之间安装了一个光电耦合隔离器6N137, 来增强CAN的抗干扰能力, 提高整体系统的可靠性。同时在车窗玻璃的顶端和底端都安装了限位开关, 当车窗玻璃上升到顶部 (下降到低部) 时, 车窗玻璃碰到限位开关, 限位开关就立即给继电器组传送指令, 立刻切断电源, 以停止工作。

2.1 微处理器

选用宏晶公司推出的STC89C52单片机, 它生产成本低, 且只需专用串口就可以在线烧写程序, 方便易行。

2.2 CAN控制器

SJA1000是PHILIPS公司早期CAN控制器PCA82C200的替代品, 功能更强, 位速率可达1Mbit/s;支持peliCAN模式及其扩展功能;支持与不同微处理器的接口;可编程的CAN输出驱动配置[2]。

2.3 CAN收发器

本实验采用82C250收发器, 它是物理总线与CAN控制器之间的接口, 收发器可提供对总线的差动发送与接收功能。具有抗汽车环境下的瞬间干扰及保护总线能力;总线与电源及地之间的短路保护;总线至少可连接110个节点[2]。

2.4 CAN总线的数据传输过程[1] (见图2)

2.5 通信介质

C A N的通信介质是光纤、双绞线、同轴电缆。本实验选用的通信介质是双绞线, 它既可防止数据传送产生的干扰, 也可防止辐射噪声。

3 系统软件设计

系统采用u Vision3 IDE开发工具, 用于编写、调试程序。uVision3IDE是MCS-51系列单片机的汇编语言和C语言程序的集成开发环境。

本实验采用的编程语言是单片机C51语言, 在uVision3 IDE开发工具中, 对程序进行编写和调试, 建立工程文件。将程序进行编译、仿真, 生成.H E X文件。通过S T C单片机专用的下载软件S T C-ISP-V480, 将编译成功后的.HEX文件通过串口在线下载, 烧入PCB实验板中[4]。

3.1 CAN控制器SJA1000的初始化

SIA1000的初始化, 是对SIA1000芯片上的寄存器进行初始化。首先进入复位状态, 对时钟分频寄存器进行设置, 确定是Peil模式还是Basic模式, 其次设定其波特率。配置中断使能寄存器, 选用哪个和哪种触发模式的中断, 设置输出控制寄存器, 验收码、屏蔽码, 最后退出复位状态, 进入正常的工作环境, SJA1000控制器初始化结束。

3.2 CAN节点的发送报文

报文的发送是由C A N控制器遵循C A N协议规范自行完成。首先C P U必须将待发送的数据信息按特定格式组成一帧报文, 进入到CAN发送缓冲器中, 并置位命令寄存器中的发送请求标志, 发送处理可通过中断请求或者查询状态标志进行控制。

3.3 CAN节点的接收报文

报文的接收程序主要负责节点报文的接收和总线关闭、接收溢出、错误报警等其它情况的处理。报文的收发主要有查询接收方式和中断接收方式。

4 结语

通过对本实验的设计和研究, 从而达到了减少传输线束、减化繁杂布线系统的目的。本设计由于时间和本人技术水平有限, 只实现了汽车车窗的控制, 未对汽车车灯、雨刷等采用CAN总线网络控制。若能对整个车身控制系统均采用CAN总线技术, 不但能减少整车质量并降低汽车成本, 而且还具有较高的数据传输可靠性和安装便捷性, 便于维修, 扩展了汽车功能。

参考文献

[1]孙仁云, 付百学.主编.汽车电器与电子技术[M].北京:机械工业出版社, 2006.1-408-439.

[2]吴文琳.主编.图解汽车电器与电控系统手册[M].北京:化学工业出版社, 2006.12-204-206.

[3]http://www.51hei.com/mcuteach/189.html, 2007-8-4.

[4]BOSCH.CAN Specification Ver.2.0 Sept, 1991:34-68.

[5]宏晶科技STC89C51RC/RD+系列单片机器件手册.

3.基于组态软件的电动汽车CAN总线网络设计 篇三

关键词:CAN总线;MCP2515;通信网络

中图分类号:TP273 文献标识码:A 文章编号:1674-7712 (2012) 12-0078-01

一、引言

CAN(Controller Area Network)总线即控制器局域网总线,具有高性能和高可靠性,成本低,广泛应用于工业现场控制、智能楼宇、医疗器械、交通工具以及传感器等领域。微芯公司的MCP2515总线控制器芯片采用标准SPI串行接口,符合CAN 2.0B技术规范,编程配置方便,可以使产品快速更新,缩短开发周期,提高产品质量。

二、MCP2515介绍

MCP2515是独立控制器局域网络协议控制器,完全支持CAN V2.0B技术规范。该器件能发送和接收标准和扩展数据帧以及远程帧。MCP2515自带的两个验收屏蔽寄存器和六个验收滤波寄存器可以过滤掉不想要的报文,因此减少了主单片机(MCU)的开销。MCP2515与MCU的连接是通过业界标准串行外设接口SPI来实现的。该器件主要由三个部分组成:

1.CAN模块,包括CAN协议引擎、验收滤波寄存器、验收屏蔽寄存器、发送和接收缓冲器。

2.用于配置该器件及其运行的控制逻辑和寄存器。

3.SPI协议模块。MCU通过SPI接口与该器件连接。

三、硬件电路设计

MCP2515的硬件电路图如图1所示。MCU通过SPI接口(或者模拟SPI接口)与MCP2515连接,使用INT引脚产生接收、发送中断请求,不使用其他同步信息引脚连接;采用16MHz晶振产生工作频率(最高40MHz);通过光耦器件6N137进行隔离,保证MCU端电源与总线电源有效隔离;采用PCA82C250作为总线驱动器,可以连接最多64个节点,传输速率最高1Mbps。

四、软件设计

CAN总线通信模块的程序包括MCP2515的初始化、节点自测、通信波特率侦测程序。通信模块初始化之后即可由CPU的主监控程序调用的数据发送、接收及其他通信任务相关子程序。MCP2515提供了两种数据操作模式,即中断模式和状态查询模式。由于查询模式需大量的CPU开销,所以在实时要求较高的自动化仪表中常用中断方式。通信模块的主流程如图2所示。

五、网络结构

CAN总线网络可以包含多个节点,每个节点具有相同的总线使用权,可以配置为主机或从机,由总线仲裁机制完成。本系统采用固定主机和从机方式,从机只能向主机发送信息,而主机可以向某个从机发送定向信息,也可以向所有从机发送广播信息,网络结构如图3所示。

六、结束语

本文详细介绍了CAN总线控制器MCP2515,给出了硬件连接图、软件流程图和网络结构图。MCP2515具有多个屏蔽寄存器,可以设置多个过滤条件,采用非对称网络结构,使得各从机之间相互独立,不会产生任何相互干扰。同时各模块采用了光耦隔离电路,合理设置主机程序,可以实现从机的即插即用功能,具有广阔的实用价值。

参考文献:

[1]王继国,吉吟东,孙新亚.CAN总线控制器MCP2515的原理及应用[J].电测与仪表,2004,1:457-460

[2]李貌,秦霆镐,闫世晓.MCP2515在CAN总线系统智能节点的应用[J].嵌入式网络技术,2005,21(7)

[3]steve diaper.CAN开发技术[J].今日电子,2004,9

4.基于组态软件的电动汽车CAN总线网络设计 篇四

1.1EV控制系统CAN总线通信原理

在EV控制系统中，控制器包括：制动控制器(ABS／ASR)、动力总成控制器PTCM(PowertrainControlModule)、动力蓄电池管理器BPCM(BatteryPackControlModule)、驱动电机控制器DMCM(DriverMotorControlModule)、动力转向控制器及仪表控制器IPCM(1nstrumentPackControlModule)等。在各控制器之间通过CAN通信网络交换数据，实现数据共享并使各自的控制性能都有所提高。图1为EV各控制器之间的CAN通信原理图。

5.基于组态软件的电动汽车CAN总线网络设计 篇五

3在设防状态下，非法启动发动机报警、然后锁定引擎并且断油路

4非法开门（包括尾箱盖、发动机盖）声光报警且锁定引擎；

5锁车自动关闭所有车窗及天窗（选装）；，如果在升窗过程中按下遥控器开锁键，车窗立即停止上升工作（传统升窗器没有此功能）。

6未关车门（包括发动机仓、后尾箱）报警提醒；

7行车自动上锁：车主上车启动车辆后，车辆速度超过5KM/H后车门自动上锁；防盗系统会自动识别四门是否关好，在车门没关好时，中控锁不会自动落锁，在行车过程中，后排乘客下车时，不需主开关打开中控锁，在后门打开即可，乘客下车关好门之后踩刹车后门中控锁会再次上锁，无次数限制。并且任一车门打开后可单独重复落锁，在行车过程中全程监控所有中控锁，以杜绝有人误拔中控锁之隐患（这是比较重要的动态儿童锁功能）；

8熄火自动开锁：车辆到达目的地时关闭发动机后，中控锁会在瞬间打开，以方便车主及乘客下车，9打开车门时危险信号灯闪烁，以提醒后面来车，提高司乘人员下车时的安全性

10钥匙遥控车门上锁及开锁有Bi的喇叭声及方向灯闪烁，方便夜晚寻车；

11设防状态中，车辆受到外界振动时，感应器发出信号，喇叭和方向灯同时报警，以起到阻吓作用；12部分车型可实现后视镜倒车照地、停车折叠之人性化功能

13自动设防、自动锁车：车辆熄火后，司机门打开再关好后30秒可自动进入防盗状态（车主自己可调），也可自动锁止四个车门（车主自己可调），防止车主离车后遗忘锁车设防；

14静音模式：设防及解除防盗时只有方向灯闪烁，喇叭不响，防止小区扰民；一键点火，远程启动。

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6.基于组态软件的电动汽车CAN总线网络设计 篇六

1 从“小马拉大车”说起

所谓“小马拉大车”是指工程机械中的动力――发动机的额定功率小于驱动执行机构的液压系统中液压泵的理论最大功率的现象，这是工程机械动力系统配套很经典配套的现象，如挖掘机、履带式起重机、大吨位的汽车起重机等等。

常见的方法是在液压系统中引入了恒功率变量泵

系统，其工作公式为：

P=Δp・Q

式中P――变量泵恒功率设定值;

Δp――负载工作压差;

Q――泵输出流量。

轻载时液压泵大流量输出，执行机构可以高速作业满足速度要求;重载时液压泵小流量输出，执行机构可以低速作业即满足作业性能基本要求又能满足安全性要求，从而限制液压泵的驱动功率又不至过大。

2 发动机转速功率特性

无论使用何种燃料的内燃发动机，对于活塞发动机的功率特性均符合基本公式：

P=k・M・n

式中P――发动机有效输出功率;

k――比例系数;

M――负载扭矩;

n――发动机转速。

发动机的输出扭矩和作为负载决定转速。当负载扭矩达到平衡时转速就达到稳定状态。发动机的输出功率是变化的，是与转速有关的，在相同燃料供给情况下，负载扭矩的变化会导致发动机的转速和输出功率的变化。

3 正流量控制

正流量控制是基于负流量控制概念上的一个延伸。正流量控制，确切地讲是液压变量泵的输出流量的正控制，就是变量泵的输出流量与控制信号是正的对应关系;与之相反的就是负流量控制。

正流量控制基本目的是为了节能。正流量控制就是以多路换向阀的先导控制负载压力为控制信号，在控制换向阀换向工作的同时控制变量泵输出流量;当空载运行时，即没有先导控制信号输出时，变量泵输出趋于零流量，从而达到节能的目的。较之负流量控制，在液压系统空载运行时因没有不少于20L/min的卸荷流量要求相对更为节能。

一种正流量控制液压系统模型，在多路阀操作指令控制下实现了对恒功率变量泵的主动控制，是正流量控制。变量泵在空载运行时的工作状态受到正流量控制;变量泵在负载工作时，依据负载反馈控制原理与负载反馈比例多路阀组合实现对执行机构精准的流量(速度)控制和多重动作的复合操作，实现了对执行机构操作品质的改善，并且实现了液压系统在有负载工作中的节能。

4 完全正流量控制系统

以起重机为例，起吊时，液压系统需要吸收足够的功率才能起吊载荷，但当液压系统负载突然上升时，如起吊重物将脱离支撑物成悬空状态，发动机的输出功率无法实现快速跟进，于是只有转速急剧下降，甚至导致发动机熄火，因此为了有效提起载荷，操作者一般会将油门给加大，以期提高输出功率，使液压系统吸收足够大的功率，抗击这种负载冲击。但这样的解决方法也只是“饮鸠止渴”。损失了功率解决了熄火问题。

基于恒功率控制，正流量控制和发动机的速度特性形成一个完全的正比例控制系统。负载反馈比例多路阀操作指令信号与柴油机功率状态信息互享，同时控制变量泵的恒功率变量点，使之与发动机输出功率时时相匹配。对于比例功率变量泵来说，通过PLC控制实现P 和Q 的比例控制来实现功率的变化。

7.基于组态软件的电动汽车CAN总线网络设计 篇七

系统设计采用CAN总线[1,2]与485总线相结合的方法，构成井下安全系统的通信网络系统[3,4]，该系统具有自动地址分配、状态查询、安全措施控制的功能。且通过适当距离增加中继，实现理论上无限数目模块终端接入网络系统中，提高了井下安全系统的灵活性及易用性。

1 系统结构组成

本系统安全装置主要有8部分组成:井上监控系统、井下工控机兼主机模块、智能输入输出模块、中继模块、皮带急停开关、终端模块、井下各类保护传感器、井下安全措施装置及防爆电话。整体系统结构如图1所示。

煤矿井下随着采煤位置的变化，井下安全装置模块需采取一定的调整，来满足当时井下环境。因此井下安全装置需具有一定的组网灵活性，方便随时更换位置，及其删减、增加安全模块。如图1所示，煤矿井下系统具有自动组网能力，将其所有必要的模块进行入网通信。且本系统具有组网灵活性和数目、位置无限制的特点，因此图1仅展示了井下网络的其中一部分。

基于CAN总线与485总线相结合的自动组网通信系统结构如图2所示，通信系统由局内网与局外网两部分组成。局内网是指由主机模块为中心，具有双CAN总线与双485总线，每条总线均可接入有限个智能输入输出模块、皮带急停模块，且同时位于两中继模块间或中继模块和终端模块之间的所有网段。所有模块均有双485总线，连接入网时需将接入本模块其中之一的485总线接口，并从另一485总线接出。当总线一侧不再连接任何模块时，需接入终端模块。中继也具有双CAN总线用来连接所有局内网，完成局内网互连构成局外网，同时还具有局内网段中的终端功能。

2 系统硬件设计

主机模块和中继模块主芯片均采用ST公司的stm32f107系列，其具有双CAN、5路串口、USB OTG等丰富内部资源。皮带急停模块[6]、智能输入输出模块、终端模块等模块主芯片采用stm32f103系列，具有CAN总线、3～5路串口等资源。主机模块具有双CAN总线和双485总线，在没有中继的前提下使其传输距离增加1倍，同时也为局内网中心节点的设计提供可能。中继也同时具有双CAN总线，主要目的是连接局内网段。

为保证所有模块正常稳定工作，均采用双电源供电，同时采用光电隔离技术将总线信号与板载处理器进行隔离。同时为保证总线的可靠性及抗干扰性，对总线的设计进行过流保护、过压保护、匹配电阻和TVS管箝制等相关措施。CAN总线收发器的电路设计如图3所示。为增加485总线的灵活性，通过增加三极管作为电子开关，实现了485芯片自动收发使能功能，其总线收发器的电路设计如图4所示。

此外每台主机模块均配置一台工控机，采用USB HID设备协议与主机模块通信，实现了远程监控，其他所有模块均无操控功能。智能输入输出模块采用低湿液晶显示，可显示当前接入的所有传感器和控制状态。智能输入接口有A/D输入、开关量输入、频率输入，同时开关量和频率输入管脚重合，具有自动识别功能。皮带跑偏/急停模块采用两位数码管显示当前地址，当数码管闪烁时，所有跑偏/急停模块显示同一地址，表明此地址有动作反应，以此提醒所有位置的工作人员。

3 通信方案及其协议制定

主机模块是局内网服务器，其具有自动地址分配、自动查询和自动控制等功能，且本身也带有智能输入输出模块的功能，并具有连接传感器和安全措施等功能，是构成局内网的核心。在局内网段内的所有模块均受主机模块通信控制，且局内网段内模块数目、位置均可调整。这里需强调，主机具有双地址，局内网段内默认均为0，由于所有主机模块均配有工控机，而局外网地址需手动配置。

智能输入输出模块的主要功能是检测并控制连接本模块上所有传感器和安全控制措施。通过自动分配的地址，可与主机通信，及时反馈当前环境或响应主机命令。皮带急停模块是独立于所有模块的较高优先级的手动控制模块，仅采用485总线进行通信，同时可显示其他模块发生急停操作的地址编号。

中继模块既作为局内网的终端装置，同时也有信息转发功能。根据CAN的工作特点可知，CAN总线传输距离受到波特率的限制，同时传输距离仍有限，无法无限制连接所需模块，在增加中继后使其成为可能。同时为方便管理，中继将所有局内网进行隔离，仅使局外网协议包进行转发。

本通信方案中有两条总线，即CAN总线与485总线。其中485总线主要用于实现所有模块的自动地址分配与识别功能、获取总线上所有连接设备数量，同时与所有跑偏/急停传感器通信，获取急停、跑偏状态，而485总线工作范围仅在同一局内网有效。

CAN总线主要用于与所有智能输入输出模块进行通信，获取所有输入传感器状态信息，控制所有输出端口的状态，从而实现数据远程查询及控制功能。通过中继和其他局内网进行通信实现远程操作功能。

3.1 485总线协议方案说明

485通信方式全部为查询方式，在数据传输过程中，所有从机均不主动自行发送数据，必须收到前一台设备的查询帧时，才能将信息进行返回或继续传递到下一设备上。在485总线中传输均以帧为单位，每帧数据均由帧头、数据和校验位3部分组成。由主机向终端发送帧共有3条命令:地址自动分配帧、动作保护传输帧、动作保护查询帧。由终端或从机向主机方向发送共有4条命令:模块数量返回帧、急停动作返回帧、无动作应答帧、以及超时应答帧。工作方式解析如图5所示。

自动分配帧数据包括输入输出模块当前地址[7]、皮带跑偏/急停当前地址，主机地址默认0，发送时均设为1。当前模块一端接收此帧数据，识别本机地址，并将其地址数据自加，由另一端发送至下一从机，以此达到自动地址分配功能。当碰到终端或中继时，将返回模块数量返回帧回应主机。正常工作时，主机定时进行动作查询，当从机接收到此帧时，先判断有无动作保护:若无，应返回无动作应答帧;否则返回急停动作返回帧。然后继续转发动作查询帧，直至终端或中继结束。当主机接收到动作返回帧时，读取有动作保护的急停模块地址，并发送动作保护传输帧，通知所有急停模块利用数码管闪烁显示。

超时应答帧主要针对线路或连接总线某一模块出现故障时，会自动检测出第几号设备或线路出现故障。由485总线连接方式决定，485网络中所有模块均只能直接与其相邻模块通信。由主机方向传输命令帧，当一模块转发命令帧至下一相邻模块时，正常情况下该模块会立即接收下一模块的回应帧。若在规定时间内仍未收到将重发3次，仍旧未收到，则判断下一模块出现故障。回应超时应答帧，所有模块均进行转发，直至主机，超时应答帧中的数据部分为故障模块的地址。以此实现线路故障自动检测功能[8]。

3.2 CAN总线协议方案说明

CAN网络通信，是以485总线功能为基础。只有在485总线网络正常工作情况下，即所有模块地址正常分配，CAN网络通信才为有效。CAN通信网络主要实现两个功能:(1)局内网的所有智能输入输出模块的信息查询与控制，不含中继器。(2)局外网的所有主机之间通信，包含中继。

CAN传输数据包包括4 ByteCAN ID(最低3 bit固定)和8 Byte数据，通信数据包设计如表1所示。网段标识主要规定此数据包为何种网段数据包，当为局外网数据包时，仅有所有网段内主机和中继具有接收功能，中继仅做转发，主机具有处理功能。当为局内网数据包时，中继进行隔离，其他局内网段内不能接收其数据[9,10]。这也保证了不同网段内的从机模块，可具有相同地址且不冲突。目的地址与源地址也根据局内包和局外包有所区别，局外包其地址代表在外网段内主机地址，局内网地址为自动识别地址。数据类型、帧长度、帧编号可根据需要，进行设置，使用灵活且通用。

4 结束语

介绍了一种基于485总线和CAN总线相结合的通信网络，具有自动地址分配、故障自动检测、通用性较强等优点。经测试表明，本通信网络使用方便、性能良好、简单易用，适合井下复杂环境的远距离传输。

摘要：针对煤矿井下安全,设计了一种适用于井下矿用保护系统的通信网络。系统的网络结构,采用485总线实现井下各工作通信节点互连、自动地址分配、节点数量查询、线路故障自检等功能。采用CAN总线对已分配地址的输入输出模块节点通信进行井下环境监控,同时增加中继实现远距离通信。该网络系统具有通信节点接入灵活、地址自动分配等特点,适用于井下矿用保护系统。

关键词：通信网络,CAN总线,485总线,自动地址分配

参考文献

[1]杜尚丰.CAN总线测控技术及其应用[M].北京:电子工业出版社,2007.

[2]杨春杰.CAN总线技术[M].北京:北京航空航天大学出版社,2010.

[3]陈民龙.矿用电子技术[M].北京:北京煤炭工业出版社,1988.

[4]史丽萍,温树峰,黄延庆.基于CAN网通信的选择性短路保护的研究[J].电力系统保护与控制,2011,39(8):139-142.

[5]李淮江,苗曙光.基于CAN和WSNs的井下皮带机打滑保护监测系统研究[J].传感器与微系统,2011,30(12):40-42.

[6]梁红岩,马亮,徐琳君.井下皮带跑偏保护损坏频繁问题的分析[J].科技致富向导,2011,29(20):314.

[7]孟赵刘.皮带机跑偏原因分析及对策[J].科技信息,2010(3):104-154.

[8]廖义奎.Cortex-M3之STM32嵌入式系统设计[M].北京:中国电力出版社,2012.

[9]卢志刚,刘建华,刘宝旭,等.基于HID的USB监控技术的设计与实现[J].计算机工程,2010,36(4):1-3

8.基于组态软件的电动汽车CAN总线网络设计 篇八

【 关键词 】车载网络技术 故障和解决方法

1. 汽车CAN总线技术简介

CAN总线技术是ISO国际标准化的串行通信协议。在汽车产业中，出于对安全性、舒适性、方便性、低公害、低成本的要求，各种各样的电子控制系统被开发了出来。由于这些系统之间通信所用的数据类型及对可靠性的要求不尽相同，由多条总线构成的情况很多，线束的数量也随之增加。为适应“减少线束的数量”、“通过多个LAN，进行大量数据的高速通信”的需要，1986 年德国电气商博世公司开发出面向汽车的CAN 通信协议。此后，CAN 通过ISO11898 及ISO11519 进行了标准化，在欧洲已是汽车网络的标准协议。

汽车CAN总线技术通过遍布车身的传感器，汽车的各种行驶数据会被发送到“总线”上，这些数据不会指定唯一的接收者，凡是需要这些数据的接收端都可以从“总线”上读取需要的信息。CAN总线的传输数据非常快，可以达到每秒传输32bytes有效数据，这样可以有效保证数据的实效性和准确性。传统的轿车在机舱和车身内需要埋设大量线束以传递传感器采集的信号，而Can-Bus总线技术的应用可以大量减少车体内线束的数量，线束的减少则降低了故障发生的可能性。

2. 汽车CAN总线技术工作原理

CAN—BUS数据总线包括控制单元、控制器、收发器、数据传输终端。控制单元是CAN—BUS数据总线主要计算器，将控制器传递来的信息进行运算，并将运算数据传递给控制器。控制器接收来自控制单元的信号，形成指令通过发送器传递总线。收发器接收总线数据，并将数据传送到CAN控制器。控制器通过接收器传递信号进行转换传递给控制单元。CAN—BUS数据总线中的数据传递就像一个总部。一个分部通过网络将数据“上传”网络中，其他用户通过网络“接收”这个数据，对这个数据感兴趣的用户就会利用数据，而其他用户则选择忽略。

3. 汽车CAN总线技术的优缺点

优点：

（1）减轻整车重量。减少线束，部分线束变细，节省其他空间，单个线束所承载的功能增加。

（2）节约成本 。线束减少，传感器共享，可以实现控制器执行器的就近连接原则。

（3）质量可靠。插头减少，故障率减少，质量更可靠。

（4）减少装配时间。减少了装配步骤。

（5）增大开发余地。各控制器可以把整车功能相对随意地分担，新的功能和新技术可以通过软件进行更新。

缺点：

不能实现视频、音频的实时同步通信。成本高于LIN总线。

4. 汽车CAN总线技术的应用及功能

A应用 ：

CAN-BUS的通讯协议建立在国际标准组织的开放系统互联参考模型基础上，主要工作在数据链路层和物理层，用户可在其基础上开发适应系统实际需要的应用层通信协议。CAN的信号传输采用短帧结构，每一帧的有效字节数为8个，因而传输时间短，受干扰的概率低。当节点严重错误时，具有自动关闭的功能，以切断该节点与总线的联系，使总线上的其他节点及通信不受影响，故具有较强的抗干扰能力。

B功能：

a多路传输功能。为了减少车辆电气线束的数量，多路传输通信系统可使部分数字信号通过共用传输线路进行传输，系统工作时，由各个开关发送的输入信号通过中央处理器转换成数字信号，该数字信号将以串行信号的形式从传感器传输给接收装置，发送的信号在接收装置处将被转换为开关信号，再由开关信号对有关元件进行控制

b“唤醒”和“休眠”功能。“唤醒”和“休眠”功能用于减少在关闭点火开关时蓄电池的额外能量消耗。当系统处于“休眠”状态时，多路传输通信系统将停止诸如信号传输和CPU控制等功能，以节约蓄电池的电能；当系统一旦有人为操作时，处于“休眠”状态的有关控制装置立即开始工作，同时还将“唤醒”信号通过传输线路发送给其他控制装置。

c失效保护功能。失效保护功能包括硬件失效保护和软件失效保护两种功能。当系统的CPU发生故障时，硬件失效保护功能使其以固定的信号进行输出，以确保车辆能继续行驶；当系统某控制装置发生故障时，软件失效保护功能将不受来自有故障的控制装置的信号影响，以保证系统能继续工作。

d故障自诊断功能。故障自诊功能具有两种模式，即多路传输通信系统的自诊断模式和各系统输入线路的故障诊断模式，通过这两种模式既能对自身的故障进行自诊断，同时还能对其他系统进行故障诊断。

5. 汽车CAN总线技术的故障和解决方法

CAN总线技术虽说是把汽车上的线路高度集中化，减少了故障的产生，并且具有自诊断功能，但它并非十全十美，其实也有自身的不足之处，其中引起汽车信息传输故障的原因有三种类型：

A汽车电源系统引起的故障：

汽车信息传输系统的核心部分是电控模块，电控模块的正常工作电压在10.5-15.0V的范围内。假如汽车电源系统提供的正常工作电压低于此值，就会造成一些对工作电压要求高的电控模块出现停止工作的状态，从而使整个汽车信息传输系统出现无法通讯。通过对故障代码的分析和了解可以得出故障的原因和处理方法。由于故障代码具有间歇性，因此一次间歇为这根电源线发生间歇断路故障。

B节点故障：

节点故障属于电控模块故障，也就是信息传输系统中的故障，因此节点故障也就是电控模块的故障。节点故障包括软件故障和硬件故障。其中硬件故障一般是指芯片和集成电路的故障，造成汽车信息传输系统不能正常运行。软件故障主要是指从而使汽车信息传输系统通讯出现故障，这种类型的故障一般成批的出现，并且不可维修。因此，对于节点的故障问题，一般只有采用替换的方法进行检测。通过对故障分析和排除通过读取故障代码，可以判断其故障的原因，用替换法试换安全气囊控制单元，故障得以排除。

C线路故障：

汽车CAN总线的线路故障也就是通讯线路的故障问题。当汽车信号传输系统出现通讯线路故障时，会导致通信线路短路，通讯信号失真，还可能会引起电控系统错误动作。但是通过对故障的检测与排除，可以发现故障的原因，最终可以排除故障。

6. CAN总线技术的故障的解决方法

在汽车上安装有CAN总线技术，当车辆出现故障时，汽车修理员首先应该检测的是汽车信息传输系统是否正常。如果信息传输系统有故障，则整个汽车信息传输系统无法正常运行，从而为故障诊断带来不便。CAN总线技术有故障自诊模式，系统通过自诊读出相应的故障代码。对于汽车CAN信息传输系统故障的维修，应根据信息传输系统的具体结构进行具体分析处理。

A电阻的测量：

汽车终端电阻中的两个控制单元是相互连接的，因此两个终端电阻是并联的。当在一个带有终端电阻的控制单元插头拔下后测量的阻值没有发生变化，则说明系统中存在问题，可能是被拔下的控制单元终端电阻损坏出现断路。如果在拔下控制单元后显示的阻值变化无穷大，则可能是连接中的控制单元终端电阻损坏，或是该控制单元的CAN—BUS出现故障。当测量的结果为每一个终端电阻大约为120欧，而总值为60欧时，可以判断连接电阻是正常的，但是终端电阻不一定就是120欧，其相应的阻值依赖于总线的结构。

B波形分析：

（1）正常波形。正常情况下，CAN-High的高电平为3.6V，低电平为0V；CAN-Low的高电平为5V，低平为0V。

（2）CAN-High与CAN-Low之间短路。其特点为CAN-High和CAN-Low的电压电位相同，舒适CAN因此而单线工作。这意味着，通讯仅为一条线路的电压电位起作用，控制单元利用该电压电位对地值确定传输数据。

（3）CAN-High对地短路。其特点为CAN-High的电压置于0V，CAN-Low的电压电位正常。在该故障情况下，舒适CAN变为单线工作。

（4）CAN-High对正极短路。CAN-High 线的电压电位大约为12V或者蓄电池电压，CAN-Low线的电压电位正常。在该故障情况下，舒适CAN变为单线工作。

（5）CAN-Low对地短路。CAN-Low的电压置于0V.CAN-High的电压电位正常。在该故障情况下，舒适CAN变为单线工作。

（6）CAN-Low对正极短路。CAN-Low 线的电压电位大约为12V或者蓄电池电压，CAN-High线的电压电位正常。在该故障情况下，舒适CAN变为单线工作。

（7）CAN-Low断路。CAN-High线电压电位正常，在CAN-Low线上为5V的隐性电压电位和一个比特长的1V显性电压电位。当一个信息内容被正确的接受，则控制单元发送这个显性电压电位。在左图显示由很多发送控制单元组成的系统。“A“部分是信息的一部分，该信息被一个控制单元所发送。在“B“时间点接收到正确的信息内容，则接收控制单元用一个显性的电压电位给予答复。在“B“时间点因为收到正确的信息，则所有控制单元都同时发送一个显性的电压电位，正因为如此，该比特的电位差要大一些。

（8）CAN-High断路。CAN-Low线电压电位正常，在CAN-High线上为0V的显性电压电位和一个比特长的4V隐性电压电位。

C CAN导线的维修

当信号传输系统中的导线有破损和短路时，则需要接线，每段接线长度应该小于50mm，其中每两段接线之间长度应该大于等于100mm，此外每条导线长度不应该超过5m，否则可能会导致导线所传输的脉冲信号会失真。

7. 结束语

基于CAN系统的增长贯穿了20世纪90年代，并且由于硬件控制器元件供应商不断降低成本的努力及提供大量产品来支持基于CAN的系统，这一增长趋势在未来十年仍将持续。CAN已经成为事实标准，在可预见的将来，新的低成本控制器芯片将会继续支持CAN市场的增长。

【参考文献】

[1]苏月琼.世界汽车电子系统发展前瞻[J].电子产品世界，2001.6

[2]廖向阳.车载网络系统检修.人民交通出版社.2010

9.基于组态软件的电动汽车CAN总线网络设计 篇九

世界农业发达地区, 如北美、西欧等都非常重视种子加工业, 在高水平种子加工机械与种子处理技术的支持下, 商品种子的精加工率达到100%。我国目前大的种子加工配套机组基本上还依赖于进口。在蔬菜种子的加工中, 国产机械由于加工能力不适应蔬菜种子特性要求, 仅有部分包衣机械可进行蔬菜种子生产包衣, 蔬菜种子加工机械基本上为进口产品[2]。因此, 加快研制开发适合我国种子生产特点, 提高产品市场竞争力的种子加工设备及其工艺将是现阶段亟待解决的问题。本文针对当前我国种子加工成套设备的特点[3,4], 提出并设计了种子加工成套设备的整个控制方案, 全套设备利用工控机、通信网络和软件技术实现了对设备的远程控制、监视、报警和智能化控制等功能, 节省了人力物力, 提高了农业生产的自动化程度。本系统采用了CAN总线通信技术, 现场总线CAN以其自身的优点有效支持分布式控制系统或成为实时控制的串行通信网络。

1 CAN总线技术

CAN (Controller Area Network) 是控制器局域网的简称, 是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络[5], 由于CAN具有独特的设计思想, 良好的功能特性和极高的可靠性, 现场抗干扰能力强, 为工业控制系统中高可靠性的数据传输提供了一种新的解决方案。其在国内外工业测控领域已经有了广泛应用, CAN总线已经成为最有发展前途的现场总线之一。1986年, 德国首先提出基于CAN2.0协议的农业机械总线标准 (DIN9684) , 并于1993年起被欧洲各国农业机械制造厂商普遍采用。20世纪90年代中期, 以DIN9684为基础, 国际化标准组织 (ISO) 制定了基于CAN2.0B协议的国际标准总线协议 (ISOll783) , 到目前为止, ISOll783已经比较成熟和完善, 它将成为未来农业机械数据通讯和接口设备的通用标准[6,7,8]。

2 系统总体构成

整套系统由1台工控机, 1套种子处理成套设备和软件3大部分组成。1套种子处理成套设备中共有4种类型的种子处理机器, 分别为风筛清选机、烘干机、比重清选机和包衣机, 在系统中可选用1台或数台。风筛清选机适用于对小麦、水稻或玉米等农作物种子的清选和分级, 也适用于对商品粮及脱绒棉籽等农副产品的加工处理。既可单机使用, 也可与其他设备配套使用, 是种子加工成套设备中主要设备之一;烘干机对种子进行去湿处理;比重清选机能将几何形状相同的种子按比重进行分级, 去除种子中的虫蛀粒、霉变粒和未成熟粒, 通过调整横向倾角、纵向倾角、振动频率、喂入量和各风机的风量, 使比重清选达到最佳的分选效果[9];包衣机能够有效地将营养液、药液均匀地包在种子外层, 以提高种子的防病、存活能力[10]。系统中, 上位控制机是一台工业控制机, 配有控制软件, 其中工控机是控制系统的核心, 负责整个系统的控制和管理。主要是通过现场总线网络对各机种控制模块的参数进行设置, 实时获取控制模块的数据和信息, 以及显示、数据分析和完成报表等功能;CAN总线部分主要由CAN总线适配卡、通信介质和相应软件构成, 主要完成数字信号的传输;微控制器用于接收主控机指令, 完成对各机种的控制和向主控机发送各机种运行状态信息等功能。系统结构如图1所示。

在该系统中, 各机种的控制模块采用AT90CAN128作为微控制器, AT90CAN128是带128K字节Flash的在线可编程8位微控制器, 适用于多数严格的工业控制应用[11]。AT90CAN128的数据吞吐率高达1Mips/MHZ, 有53个可编程I/O, 是AVR系列功能最强的单片机, 更重要的是AT90CAN128内带CAN控制器, 使整个通信电路的外围设计简单化, 可靠性也得到提高。

3 通信接口电路

考虑到CAN总线数据传输的高速率和抗干扰性, CAN通信方案做了如下几方面设计, 单片机AT90CAN128通过高速光隔TLP113与TJA1050连接, 实现了总线的电气隔离;采用了TJA1050作为驱动器代替以往的82C250, TJA1050的速率最高达1Mbit/s;电磁抗干扰性能好;不上电的节点不会对总线造成扰动;输出驱动器受到温度保护;至少可以连接110个节点[12,13,14]。数字电源VCC和GND是用小功率隔离模块DC/DC进行一次隔离后得到的, 增加了通信的抗干扰能力。CAN通信接口电路如图2所示。

4 下位机控制器硬件设计

下位机控制器主要由主处理器、CAN接口电路、各机种控制电路和数据采集电路等模块构成, 其结构如图3所示。外部电源采用直流24 V和5 V输入。微处理器选用AT90CAN128作为核心处理器, AT90CAN128内带CAN控制器和A/D转换模块。微处理器的主要工作一方面负责初始化CAN控制器、A/D转换模块、D/A转换模块和串口等, 通过控制这些模块来实现数据采集、转换、接收、发送和输出等任务;另一方面还要负责数据的处理工作。

A/D转换模块用来将各种参考模拟量转换成数字量, D/A转换模块用来将各物理量对应的数字量转换成模拟量, 输出到相应的控制对象。CAN接口电路结构如图2所示, 该电路实现了节点的信息发送和接收, 保证高质量通信任务的实现。

AT90CAN128内的CAN控制器完全支持CAN2.0B协议, 因此是一个完整的CAN控制器, 提供15个邮箱给对象, 其数据长度为0～8个字节。CAN模块使用2个引脚来通信, 即CANTX和CANRX, 2个引脚连接到CAN收发器芯片上, CAN收发器芯片连接到CAN总线。AT90CAN128片内配置JTAG接口, 支持扩展的片内调试, JTAG接口常用于实现ISP (In-System Programmable在线编程) , 对flash等器件进行编程。并且通过结合一定的集成开发环境, JTAG接口可以很方便地进行实时在线调试, 因此该系统采用JTAG仿真器接口来下载程序和仿真调试。

5 下位机节点软件设计

下位机的主要任务是: (1) 接收上位机控制信息; (2) 向上位机传输采集的各机种工作信息; (3) 向各机种输出电压或电流模拟量。各执行节点大部分时间用于对各机种进行控制, 只有当上位机需要各机种状态信息或发送控制命令信息时, 下位机才进行信息接收、各机种状态信息采集和发送。上位机下发的信息有请求状态信息帧和控制命令帧, 下位机可以通过信息帧的某一位或一个字节来区别是请求状态信息还是控制命令, 具体由通信协议来说明。当下位机确认上位机发送的是请求状态信息时, 开始采集各机种的工作信息, 并将其转换为一定格式的数据, 发送给上位机;当下位机确认是上位机发送过来的控制命令信息时, 对其进行解析处理, 并转换为模拟电压, 输出到控制对象。下位机程序设计是在AT-MEL AVR Studio集成开发环境 (IDE) 环境下进行的, 包括了AVR Assembler编译器、AVR Studio调试功能、AVR Prog串行、并行下载功能和JTAG ICE仿真等功能。采用模块化设计, 模块化的程序设计方法能把复杂系统化大为小, 化繁为简, 便于维护, 程序可读性好, 便于功能扩充和版本升级。程序模块可分为系统初始化程序、接收外部中断子程序、发送和接收子程序以及模数转换子程序等, 其主程序流程图如图4所示。

系统初始化程序包括微处理器的初始化、A/D和D/A模块的初始化、CAN控制器的初始化以及USART的初始化等。对于CAN控制器的初始化, 主要是初始化CAN控制器的位定时器寄存器和邮箱。其中初始化位定时器寄存器主要初始化CANBT1、CANBT2和CANBT3这3个寄存器, 初始化邮箱主要是初始化接收和发送邮箱, 其流程如图5所示。

对位定时器寄存器的设置是写入波特率的预设值[15], 设置重新同步跳动宽度以及传播时间段。重新同步跳动宽度用于补偿不同总线时钟晶振间的相位变化, 因此, 在任一电流传输的相关信号沿, 控制器都要重新同步。传播时间段用于补偿网络中的物理性延时, 它的值是信号在总线上传播时间和的2倍, 即输入补偿延时和输出驱动延时。CANBT3设置相位段, 用于补偿信号边缘错误。

首先设置接收邮箱→设置标识码寄存器CANIDT→设置标识码屏蔽寄存器CANIDM→设置发送邮箱→设置标识码寄存器CANIDT→设置标识码屏蔽寄存器CANIDM→CAN使能。

6 CAN通信协议

在CAN技术规范中, 规定了CAN分为数据链路层和物理层2层, 用户在设计通信软件时, 必须先根据需求设计合适的CAN总线通信协议, 才能完成数据准确可靠的传输[16]。

本系统通信功能参数设定如下。

(1) 波特率定为500 kbps。

(2) 8位数据位。

(3) 无奇偶校验位。

(4) 1位停止位。

本系统中, 工控机机指令编码分为2类, 分别为控制指令和读参数指令。设备的指令编码分为2种, 接收确认及状态参数返回。以包衣机为例, 其默认的地址为4, 如果系统中有多台, 则必须修改默认的地址设定值。包衣机的控制指令有变频器的频率、种药混比、种子容重等指令。读参数指令有料位、药位和变频器工作情况等。设备在接收到上位机的控制指令, 确认信息正确之后, 返回设备的状态参数。

7 结论