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      2. 控制器局域網(CAN)技術在工程機械中的應用

        時間:2024-08-13 17:51:05 計算機網絡畢業論文 我要投稿
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        控制器局域網(CAN)技術在工程機械中的應用

        控制器局域網(CAN)技術在工程機械中的應用 一 前言
        隨著計算機技術、通訊技術、集成電路技術的飛速發展,以全數字式現場總線技術為代表現場控制儀表、設備大量應用,使得傳統的現場控制技術及現場控制設備發生了巨大的變化。繁瑣的現場連線被單一、簡潔的現場總線網絡所替代,系統設計靈活、設備維護簡單,信號傳輸質量也大幅提高。
        電子技術的飛速發展及在工程機械上的廣泛應用,使得工程機械的智能化程度越來越高,特別是在控制器技術被引入工程機械控制領域后,給工程機械的發展帶來了劃時代的變化,工程機械的操作便利性、安全性、燃油經濟性都得到了大幅提高。
        然而,電子設備的大量使用,必然導致車身布線越來越長愈來愈復雜,運行可靠性降低、故障維修難度增大,特別是電子控制單元的大量引入,為了提高信號的利用率,要求人批的數據信息能在不同的控制單元中共享,大量的控制信號也需要實時交換,傳統線束已遠遠不能滿足這種需求。在這種情況下,將串行通訊總線系統引入可以有效解決上述問題。基于上述原因,博世公司開發了控制器局域網(CAN),并獲得了國際標準化組織的認可及許多半導體器件制造商、網絡系統開發商的支持,F在它已經被廣泛地應用于汽車、工程機械和工業現場控制,實踐證明CAN網絡是一種性能優異的現場網絡。
        CAN總線技術的引入徹底改變了工程機械控制領域的面貌,分布式控制系統完全取代了集中式控制系統,在眾多具有CAN功能的控制器、傳感器和執行器的支持下,繁瑣的現場連線被單一、簡潔的現場總線網絡所替代,系統設計更加靈活、信號傳輸質量也大幅提高。
        眾多的國際知名公司早在80年代初就積極致力于工程機械及汽車局域網的應用及研究。進入90年代,這些曰趨成熟的技術在國外已廣泛地應用于工程機械領域。為縮短與國際先進水平的差距,研究和開發自己的工程機械局域網系統勢在必行。
        二 CAN的技術特征
        1CAN的物理特性
        1.1拓撲結構 CAN在物理結構上屬于總線式通信網絡。
        1.2機械參數及傳輸介質 模塊通過一個9針的D型插頭連接到CAN總線上?偩采用屏蔽的或非屏蔽的雙絞線,用光纖更佳。
        1.3電氣參數及信號表示 總線上的數據采用不歸零編碼方式(NRZ),可具有兩種互補的邏輯值之一:顯性及隱性。CAN總線中各節點使用相同的位速率。它的每位時間由同步段、傳播段、相位緩沖段1及相位緩沖段2組成。發送器在同步段前改變輸出的位數值,接受器在兩個相位緩沖段間采樣輸入位值,而兩個相位緩沖段長度可自由調節,以保證采樣的可靠性。另外,CAN總線采用時鐘同步技術來保證通訊的同步。
        2CAN協議
        CAN總線以報文為單位進行信息交換,報文中含有標示符(ID),它既描述了數據的含義又表明了報文的優先權。CAN總線上的各個協點都可主動發送數據。當同時有兩個或兩個以上的節點發送報文時,CAN控制器采用ID進行仲裁。ID控制節點對總線的訪問。發送具有最高優先權報文的節點獲得總線的使用權,其他節點自動停止發送,總線空閑后,這些節點將自動重發報文。
        2.1CAN協議 分層結構CAN總線規范規定了任意兩個節點之間的兼容性。包括電氣特件利數據解釋協議。
        CAN協議可分為:目標層、傳送層、物理層。其中目標層和傳送層包括了ISO/OSI定義的數據鏈路的所有功能。目標層的功能包括:確認要發送的信息;位應用層提供接口。傳送層功能包括:數據幀組織:總線仲裁:檢錯、錯誤報告、錯誤處理。
        2.2CAN通信協議 CAN支持四類信息幀類型。
        (1)數據幀CAN協議有兩種數據幀類型標準2.0A和標準2.0B。兩者本質的不同在于ID的長度不同。在2.0A類型中,ID的長度為ll位;在2.0B類型中ID為29位。一個信息震中包括7個主要的域:
        幀起始域——標志數據幀的開始,由一個顯性位組成。
        仲裁域——內容由標示符和遠程傳輸請求位(RTR)組成,RTR用以表明此信息幀是數據幀還是不包含任何數據的遠地請求幀。當2.0A的數據幀和2.0B的數據幀必須在同一條總線上傳輸時,首先判斷其優先權,如果ID相同,則非擴展數據幀的優先權高于擴展數據幀。
        控制域——r0、r1是保留位,作為擴展位,DLC表示一幀中數據字節的數目。
        數據域——包含0~8字節的數據。
        校驗域——檢驗位錯用的循環冗余校驗域,共15位。
        應答域——包括應答位和應答分隔符。正確接收到有效報文的接收站在應答期間將總線值為顯性電平。
        幀結束——由七位隱性電平組成。

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