基于can的测控网络在智能小区中的应用毕业设计样本

目录摘要 1第1章 绪论 41.1 智能社区发展背景 41.2 住宅社区智能化系统设计构造 51.3 本课题研究意义 5第2章 现场CAN总线 62.1 现场总线简介 62.2 现场总线长处 62.3 现场总线产生和发展 62.4 现场总线现状 72.5 典型现场总线技术 82.6 主流现场总线简介 82.7 CAN总线技术简介 102.7.1位仲裁 112.7.2CAN与其他通信方案比较 112.7.3CAN报文格式 122.7.4数据错误检测 12第3章 基于CAN总线接口电路 133.1 CAN总线接口硬件电路设计 143.1.1CAN节点核心器件及其选取 143.1.2CAN总线接口电路 143.1.3节点重要元件电路原理 153.1.4单片机控制模块 163.2 CAN总线系统智能节点软件设计 173.2.1CAN控制器SJA1000初始化程序 183.2.2CAN控制器SJA1000发送程序 193.2.3CAN控制器SJA1000接受程序 203.2.4SJA1000接受与发送数据程序流程图 21道谢 24参照文献 24第1章绪论1.1智能社区发展背景智能化住宅社区，就是运用4C(即计算机、通信与网络、自控、IC卡)技术，通过有效传播网络，将多元住处服务与管理、物业管理与安防、住宅智能化系统集成，为住宅社区服务与管理提供高技术智能化手段，以期实现快捷高效超值服务与管理，提供安全舒服家居环境。智能化社区普通涉及如安全防范系统内涉及闭路电视监控系统、对讲防盗门系统、住户报警系统、保安巡更管理系统等；管理监控系统涉及水、电、气、热等表具远程抄收系统、供电设备公共照明电梯、供水等重要设备监控系统、管理车辆出入/停车管理系统、紧急广播与背景音乐系统、物业计算机管理系统；信息网络系统涉及宽带、电视、电信、控制网络、家庭网络等.——概念年：是智能社区在中华人民共和国一种概念年。通过广播电台、电视、报纸和杂志等诸多媒体广泛宣传，相称一某些居民已经接受了智能家居这个概念。各社区开发商在住宅设计阶段也已经或多或少考虑了智能化功能设施，少数高档住宅社区已经配套了比较完善智能社区网络，并在房地产销售广告中，已经开始将“智能化”作为其一种“亮点”来宣传。某些对科技发展动向和市场趋势敏感科研机构和有实力公司，已经看到这个市场辽阔前景，意识到这是一种难得机遇，开始或已经研究和开发有关系统和产品作了先期布置和规划。

——研究开发年：智能家居毕竟在硬件和软件方面都具备一定难度，在数个月或一年时间里是不也许研究开发成功。国外完毕这个系统过程普通要通过3～5年时间，固然在中华人民共和国也许用不了这样长时间，由于已有了国外某些经验可供参照，但预计2～3年时间还是需要。因而，是各个科研机构和公司从规划到实际研究和开发核心一年。犹如以往相类似产品（如彩色电视机和VCD及DVD机）在国内发展过程同样，有些机构和公司开始引进某些国外系统和产品，在某些豪华公寓和住宅中已经看到了它们踪迹。

～——实验年：在这一年中，有相称一某些高档和中档住宅社区和私人住宅，将在控制和管理上实现普通意义上智能化，宽带网将进入普通居民住宅和社区，为智能家庭网络功能完善佐以一定条件。国内某些公司网络产品将逐渐进入市场，某些国外系统和产品也将在这一年开始以较大规模进入中华人民共和国市场，开始在市场上与中华人民共和国产品接触。国内关于智能家庭网络系统各种原则将陆续出台，各种具备一定智能可以上网终端产品（智能家电/设备）将依照这些原则陆续研发出来，并逐渐进入市场。

～——推广年：到～，是智能家庭网络系统在中华人民共和国推广应用两年。国内自行研制系统已经较为成熟。新建住宅和社区大某些将配备一定智能化设施和设备。美国和欧洲将在～全面普及智能家庭网络，各种可连网终端电器/设备将大量出当前市场上。国内自行设计和生产可连网家用电器/设备也将有相称规模。

～——普及年：国内在智能社区技术领域与欧美国家差距并不大，预计仅滞后2～3年，在这几年中，国内将全面普及智能家庭网络系统和产品，即开始走进普通居民家居中。在这个时期，整个市场将是以国内自行研究和开发系统和产品为主；国外产品将在高档系统产品占有一席之地。真正智能社区网络大市场将在～中形成。国内人民将以如何方式来观看和参加在国内举办奥运会，当前都是很难精确预料和想象，但有一点是可以必定：这将是以一种与当前观看体育比赛完全不同方式和心态。1.2住宅社区智能化系统设计构造智能化社区重要涉及如下系统：1、机电设备自动化管理系统；2、火灾自动报警及消防联动系统；3、停车场车库管理系统；4、家庭智能化系统；5、信息通讯网络及管理系统；6、闭路电视监控系统；7、周界防范电子巡更系统；8、紧急广播和背景音乐系统。图11.3本课题研究意义20世纪80年代后，电子技术、计算机网络技术、特别是Internet网络发展，已逐渐把人类带入信息社会，人们生活方式也发生了日新月异变化。在这样背景下智能社区应运而生，通过十近年市场发展和政策引导，当前，智能社区概念已进一步人心，并且正在成为人们购房置业时选取重要条件和原则。当前，社区智能化建设已日趋同质化、原则化。测控网络是只能社区系统终于构成某些，在智能社区中已有将CAN技术作为安防系统、抄表系统、家电控制系统等系统最底层信息传播接口和通道。依照测控网络自身特点，咱们研究了CAN测控网络在智能社区中应用。第2章现场CAN总线2.1现场总线简介它是一种工业数据总线，是自动化领域中底层数据通信网络。按照IEC解释：现场总线是指安装在制造或过程区域现场装置与控制室内自动装置之间数字式、串行、多点通信数据总线。简朴说，现场总线就是以数字通信代替了老式4-20mA模仿信号及普通开关量信号传播。它是连接智能现场设备和自动化系统全数字、双向、多站通信系统。重要解决工业现场智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间数字通信以及这些现场控制设备和高档控制系统之间信息传递问题。1984年，现场总线概念得到正式提出。IEC（InternationalElectrotechnicalCommission,国际电工委员会）对现场总线（Fieldbus）定义为：现场总线是一种应用于生产现场，在现场设备之间、现场设备和控制装置之间实行双向、串形、多结点数字通信技术。2.2现场总线长处1）、现场控制设备具备通信功能，便于构成现场设备底层控制网络。现场总线使自控设备与系统步入了信息网络行列，为其应用开拓了更为辽阔领域；2）、通信原则公开、一致，使系统具备开放性，设备间具备互可操作性。一对双绞线上可挂接各种控制设备，便于节约安装费用；3）、功能块与构造规范化使相似功能设备间具备互换性，节约维护开销；4）、提高了系统可靠性；5）、控制功能下放到现场，使控制系统构造具备高度分散性，为顾客提供了更为灵活系统集成积极权。2.3现场总线产生和发展控制器局部网（CAN－CONTROLLERAREANETWORK）是BOSCH公司为当代汽车应用领先推出一种多主机局部网，由于其高性能、高可靠性、实时性等长处现已广泛应用于工业自动化、各种控制设备、交通工具、医疗仪器以及建筑、环境控制等众多部门。控制器局部网将在国内迅速普及推广。随着计算机硬件、软件技术及集成电路技术迅速发展，工业控制系统已成为计算机技术应用领域中最具活力一种分支，并获得了巨大进步。由于对系统可靠性和灵活性高规定，工业控制系统发展重要体现为：控制面向多元化，系统面向分散化，即负载分散、功能分散、危险分散和地区分散。分散式工业控制系统就是为适应这种需要而发展起来。此类系统是以微型机为核心，将5C技术--COMPUTER（计算机技术）、CONTROL（自动控制技术）、COMMUNICATION（通信技术）、CRT（显示技术）和CHANGE（转换技术）紧密结合产物。它在适应范畴、可扩展性、可维护性以及抗故障能力等方面，较之分散型仪表控制系统和集中型计算机控制系统都具备明显优越性。典型分散式控制系统由现场设备、接口与计算设备以及通信设备构成。现场总线（FIELDBUS）能同步满足过程控制和制造业自动化需要，因而现场总线已成为工业数据总线领域中最为活跃一种领域。现场总线研究与应用已成为工业数据总线领域热点。尽管当前对现场总线研究尚未能提出一种完善原则，但现场总线高性能价格比将吸引众多工业控制系统采用。同步，正由于现场总线原则尚未统一，也使得现场总线应用得以不拘一格地发挥，并将为现场总线完善提供更加丰富根据。控制器局部网CAN（CONTROLLERAERANETWORK）正是在这种背景下应运而生。由于CAN为愈来愈多不同领域采用和推广，导致规定各种应用领域通信报文原则化。为此，1991年9月PHILIPSSEMICONDUCTORS制定并发布了CAN技术规范（VERSION1.0）。该技术规范涉及A和B两某些。1.0A给出了曾在CAN技术规范版本2中定义CAN报文格式，能提供11位地址；而1.0B给出了原则和扩展两种报文格式，提供29位地址。此后，1993年11月ISO正式颁布了道路交通运载工具--数字信息互换--高速通信控制器局部网（CAN）国际原则（ISO11898），为控制器局部网原则化、规范化推广铺平了道路。2.4现场总线现状由于各个国家各个公司利益之争，虽然早在1984年国际电工技术委员会/国际原则协会（IEC/ISA）就着手开始制定现场总线原则，至今统一原则仍未完毕。诸多公司也推出其各自现场总线技术，但彼此开放性和互操作性还难以统一。当前现场总线市场有着如下特点：1）、各种现场总线并存当前世界上存在着大概四十余种现场总线，如法国FIP，英国ERA，德国西门子公司SiemensProfiBus，挪威FINT，Echelon公司LONWorks，PhenixContact公司InterBus，RoberBosch公司CAN，Rosemounr公司HART，CarloGarazzi公司Dupline，丹麦ProcessData公司P-net，PeterHans公司F-Mux，以及ASI（ActraturSensorInterface），MODBus，SDS，Arcnet，国际原则组织-基金会现场总线FF：FieldBusFoundation，WorldFIP，BitBus，美国DeviceNet与ControlNet等等。这些现场总线大都用于过程自动化、医药领域、加工制造、交通运送、国防、航天、农业和楼宇等领域，大概不到十种总线占有８０％左右市场。2）、各种总线均有其应用领域每种总线大均有其应用领域，例如FF、PROFIBUS-PA合用于石油、化工、医药、冶金等行业过程控制领域；LonWrks、PROFIBUS-FMS、DevieceNet合用于楼宇、交通运送、农业等领域；DeviceNet、PROFIBUS-DP合用于加工制造业，而这些划分也不是绝对，每种现场总线都力图将其应用领域扩大，彼此渗入。3）、每种现场总线均有其国际组织和支持背景大多数现场总线均有一种或几种大型跨国公司为背景并成立相应国际组织，力图扩大自己影响、得到更多市场份额。例如PROFIBUS以Siemens公司为重要支持，并成立了PROFIBUS国际顾客组织WorldFIP以Alstom公司为重要后台，成立了WorldFIP国际顾客组织。4）、各种总线成为国家和地区原则为了加强自己竞争能力，诸多总线都争取成为国家或者地区原则，例如PROFIBUS已成为德国原则，WorldFIP已成为法国原则等。5）、设备制造商参加各种总线组织为了扩大自己产品使用范畴，诸多设备制造商往往参加不止一种甚至各种总线组织。6）、各个总线彼此协调共存由于竞争激烈，并且还没有哪一种或几种总线能一统市场，诸多重要公司都力图开发接口技术，使自己总线能和其她总线相连，在国际原则中也浮现了协调共存局面。工业自动化技术应用于各行各业，规定也千变万化，使用一种现场总线技术也很难满足所有行业技术规定；现场总线不同于计算机网络，人们将会晤对一种各种总线技术原则共存现实世界。技术发展很大限度上受到市场规律、商业利益制约；技术原则不但是一种技术规范，也是一种商业利益妥协产物。而现场总线核心技术之一是彼此互操作性，实现现场总线技术统一是所有顾客愿望。2.5典型现场总线技术4月，IEC61158Ed.3现场总线原则第3版正式成为国际原则，规定10种类型现场总线。Type1TS61158现场总线Type2ControlNet和Ethernet/IP现场总线Type3Profibus现场总线Type4P-NET现场总线Type5FFHSE现场总线Type6SwiftNet现场总线Type7WorldFIP现场总线Type8Interbus现场总线Type9FFH1现场总线Type10PROFInet现场总线2.6主流现场总线简介下面就几种主流现场总线做一简朴简介。基金会现场总线（FoundationFieldbus简称FF）这是以美国Fisher-Rousemount公司为首联合了横河、ABB、西门子、英维斯等80家公司制定ISP合同和以Honeywell公司为首联合欧洲等地150余家公司制定WorldFIP合同于1994年9月合并。该总线在过程自动化领域得到了广泛应用，具备良好发展前景。基金会现场总线采用国际原则化组织ISO开放化系统互联OSI简化模型（1，2，7层），即物理层、数据链路层、应用层，此外增长了顾客层。FF分低速H1和高速H2两种通信速率，前者传播速率为325Kbit/秒，通信距离可达1900m，可支持总线供电和本质安全防爆环境。后者传播速率为1Mbit/秒和1.5Mbit/秒，通信距离为750m和500m，支持双绞线、光缆和无线发射，合同符号IEC1158-2原则。FF物理媒介传播信号采用曼切斯特编码。CAN（ControllerAreaNetwork控制器局域网）最早由德国BOSCH公司推出，它广泛用于离散控制领域，其总线规范已被ISO国际原则组织制定为国际原则，得到了Intel、Motorola、NEC等公司支持。CAN合同分为二层：物理层和数据链路层。CAN信号传播采用短帧构造，传播时间短，具备自动关闭功能，具备较强抗干扰能力。CAN支持多主工作方式，并采用了非破坏性总线仲裁技术，通过设立优先级来避免冲突，通讯距离最远可达10KM/5Kbps/s，通讯速率最高可达40M/1Mbp/s，网络节点数实际可达110个。当前已有多家公司开发了符合CAN合同通信芯片。Lonworks它由美国Echelon公司推出，并由Motorola、Toshiba公司共同倡导。它采用ISO/OSI模型所有７层通讯合同，采用面向对象设计办法，通过网络变量把网络通信设计简化为参数设立。支持双绞线、同轴电缆、光缆和红外线等各种通信介质，通讯速率从300bit/s至1.5M/s不等，直接通信距离可达2700m（78Kbit/s），被誉为通用控制网络。Lonworks技术采用LonTalk合同被封装到Neuron（神经元）芯片中，并得以实现。采用Lonworks技术和神经元芯片产品，被广泛应用在楼宇自动化、家庭自动化、保安系统、办公设备、交通运送、工业过程控制等行业。DeviceNetDeviceNet是一种低成本通信连接也是一种简朴网络解决方案，有着开放网络原则。DeviceNet具备直接互联性不但改进了设备间通信并且提供了相称重要设备级阵地功能。DebiceNet基于CAN技术，传播率为125Kbit/s至500Kbit/s,每个网络最大节点为64个，其通信模式为：生产者/客户（Producer/Consumer），采用多信道广播信息发送方式。位于DeviceNet网络上设备可以自由连接或断开，不影响网上其她设备，并且其设备安装布线成本也较低。DeviceNet总线组织构造是OpenDeviceNetVendorAssociation（开放式设备网络供应商协会，简称“ODVA”）。PROFIBUSPROFIBUS是德国原则（DIN19245）和欧洲原则（EN50170）现场总线原则。由PROFIBUS--DP、PROFIBUS－FMS、PROFIBUS－PA系列构成。DP用于分散外设间高速数据传播，合用于加工自动化领域。FMS合用于纺织、楼宇自动化、可编程控制器、低压开关等。PA用于过程自动化总线类型，服从IEC1158－２原则。PROFIBUS支持主-从系统、纯主站系统、多主多从混合系统等几种传播方式。PROFIBUS传播速率为9.6Kbit/s至12Mbit/s，最大传播距离在9.6Kbit/s下为1200m，在12Mbit/s小为200m，可采用中继器延长至10km，传播介质为双绞线或者光缆，最多可挂接127个站点。HARTHART是HighwayAddressableRemoteTransducer缩写，最早由Rosemount公司开发。其特点是在既有模仿信号传播线上实现数字信号通信，属于模仿系统向数字系统转变过渡产品。其通信模型采用物理层、数据链路层和应用层三层，支持点对点主从应答方式和多点广播方式。由于它采用模仿数字信号混和，难以开发通用通信接口芯片。HART能运用总线供电，可满足本质安全防爆规定，并可用于由手持编程器与管理系统主机作为主设备双主设备系统。CC-LinkCC-Link是Control&CommunicationLink（控制与通信链路系统）缩写，在1996年11月，由三菱电机为主导多家公司推出，其增长势头迅猛，在亚洲占有较大份额。在其系统中，可以将控制和信息数据同是以10Mbit/s高速传送至现场网络，具备性能卓越、使用简朴、应用广泛、节约成本等长处。其不但解决了工业现场配线复杂问题，同步具备优秀抗噪性能和兼容性。CC-Link是一种以设备层为主网络，同步也可覆盖较高层次控制层和较低层次传感层。7月CC-Link被中华人民共和国国标委员会批准为中华人民共和国国标指引性技术文献。WorldFIPWorkdFIP北美某些与ISP合并为FF后来，WorldFIP欧洲某些仍保持独立，总部设在法国。其在欧洲市场占有重要地位，特别是在法国占有率大概为60%。WorldFIP特点是具备单一总线构造来合用不同应用领域需求，并且没有任何网关或网桥，用软件办法来解决高速和低速衔接。WorldFIP与FFHSE可以实现“透明联接”，并对FFH1进行了技术拓展，如速率等。在与IEC61158第一类型连接方面，WorldFIP做得最佳，走在世界前列。INTERBUSINTERBUS是德国Phoenix公司推出较早现场总线，2月成为国际原则IEC61158。INTERBUS采用国际原则化组织ISO开放化系统互联OSI简化模型（1，2，7层），即物理层、数据链路层、应用层，具备强大可靠性、可诊断性和易维护性。其采用集总帧型数据环通信，具备低速度、高效率特点，并严格保证了数据传播同步性和周期性；该总线实时性、抗干扰性和可维护性也非常出众。INTERBUS广泛地应用到汽车、烟草、仓储、造纸、包装、食品等工业，成为国际现场总线领先者。此外较有影响现场总线尚有丹麦公司Process-DataA/S提出P-Net，该总线重要应用于农业、林业、水利、食品等行业；SwiftNet现场总线重要使用在航空航天等领域，尚有某些其她现场总线这里就不再赘述了。2.7CAN总线技术简介CAN是ControllerAreaNetwork缩写（如下称为CAN），是ISO国际原则化串行通信合同。在当前汽车产业中，出于对安全性、舒服性、以便性、低公害、低成本规定，各种各样电子控制系统被开发了出来。由于这些系统之间通信所用数据类型及对可靠性规定不尽相似，由多条总线构成状况诸多，线束数量也随之增长。为适应“减少线束数量”、“通过各种LAN，进行大量数据高速通信”需要，1986年德国电气商博世公司开发出面向汽车CAN通信合同。此后，CAN通过ISO11898及ISO11519进行了原则化，当前在欧洲已是汽车网络原则合同。当前，CAN高性能和可靠性已被认同，并被广泛地应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面。现场总线是当今自动化领域技术发展热点之一,被誉为自动化领域计算机局域网。它浮现为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠数据通信提供了强有力技术支持。CAN属于现场总线范畴,它是一种有效支持分布式控制或实时控制串行通信网络。较之当前许多RS-485基于R线构建分布式控制系统而言，基于CAN总线分布式控制系统在如下方面具备明显优越性：一方面,CAN控制器工作于多主方式,网络中各节点都可依照总线访问优先权(取决于报文标记符)采用无损构造逐位仲裁方式竞争向总线发送数据,且CAN合同废除了站地址编码,而代之以对通信数据进行编码,这可使不同节点同步接受到相似数据,这些特点使得CAN总线构成网络各节点之间数据通信实时性强,并且容易构成冗余构造,提高系统可靠性和系统灵活性。而运用RS-485只能构成主从式构造系统,通信方式也只能以主站轮询方式进行,系统实时性、可靠性较差;另一方面,CAN总线通过CAN收发器接口芯片82C250两个输出端CANH和CANL与物理总线相连,而CANH端状态只能是高电平或悬浮状态,CANL端只能是低电平或悬浮状态。这就保证不会浮现象在RS-485网络中,当系统有错误,浮现多节点同步向总线发送数据时,导致总线呈现短路,从而损坏某些节点现象。并且CAN节点在错误严重状况下具备自动关闭输出功能,以使总线上其她节点操作不受影响,从而保证不会浮现象在网络中,因个别节点浮现问题,使得总线处在“死锁”状态。并且,CAN具备完善通信合同可由CAN控制器芯片及其接口芯片来实现,从而大大减少系统开发难度,缩短了开发周期,这些是只仅仅有电气合同RS-485所无法比拟。此外,与其他现场总线比较而言,CAN总线是具备通信速率高、容易实现、且性价比高等诸多特点一种已形成国际原则现场总线。这些也是当前CAN总线应用于众多领域,具备强劲市场竞争力重要因素。CAN即控制器局域网络,属于工业现场总线范畴。与普通通信总线相比,CAN总线数据通信具备突出可靠性、实时性和灵活性。由于其良好性能及独特设计,CAN总线越来越受到人们注重。它在汽车领域上应用是最广泛,世界上某些知名汽车制造厂商,如BENZ(奔驰)、BMW(宝马)、PORSCHE(保时捷)、ROLLS-ROYCE(劳斯莱斯)和JAGUAR(美洲豹)等都采用了CAN总线来实现汽车内部控制系统与各检测和执行机构间数据通信。同步,由于CAN总线自身特点,其应用范畴当前已不再局限于汽车行业,而向自动控制、航空航天、航海、过程工业、机械工业、纺织机械、农用机械、机器人、数控机床、医疗器械及传感器等领域发展。CAN已经形成国际原则,并已被公以为几种最有前程现场总线之一。其典型应用合同有：SAEJ1939/ISO11783、CANOpen、CANaerospace、DeviceNet、NMEA等。2.要对数据进行实时解决,就必要将数据迅速传送,这就规定数据物理传播通路有较高速度。在几种站同步需要发送数据时,规定迅速地进行总线分派。实时解决通过网络互换紧急数据有较大不同。一种迅速变化物理量,如汽车引擎负载,将比类似汽车引擎温度这样相对变化较慢物理量更频繁地传送数据并规定更短延时。CAN总线以报文为单位进行数据传送,报文优先级结合在11位标记符中,具备最低二进制数标记符有最高优先级。这种优先级一旦在系统设计时被确立后就不能再被更改。总线读取中冲突可通过位仲裁解决。如图2所示,当几种站同步发送报文时,站1报文标记符为011111;站2报文标记符为0100110;站3报文标记符为0100111。所有标记符均有相似两位01,直到第3位进行比较时,站1报文被丢掉,由于它第3位为高,而其他两个站报文第3位为低。站2和站3报文4、5、6位相似,直到第7位时,站3报文才被丢失。注意,总线中信号持续跟踪最后获得总线读取权站报文。在此例中,站2报文被跟踪。这种非破坏性位仲裁办法长处在于,在网络最后拟定哪一种站报文被传送此前,报文起始某些已经在网络上传送了。所有未获得总线读取权站都成为具备最高优先权报文接受站,并且不会在总线再次空闲前发送报文。CAN具备较高效率是由于总线仅仅被那些祈求总线悬而未决站运用,这些祈求是依照报文在整个系统中重要性按顺序解决。这种办法在网络负载较重时有诸多长处,由于总线读取优先级已被按顺序放在每个报文中了,这可以保证在实时系统中较低个体隐伏时间。对于主站可靠性,由于CAN合同执行非集中化总线控制,所有重要通信,涉及总线读取(允许)控制,在系统中分几次完毕。这是实既有较高可靠性通信系统唯一办法。2.在实践中,有两种重要总线分派办法:准时间表分派和按需要分派。在第一种办法中,不论每个节点与否申请总线,都对每个节点按最大期间分派。由此,总线可被分派给每个站并且是唯一站,而无论其是及时进行总线存取或在一特定期间进行总线存取。这将保证在总线存取时有明确总线分派。在第二种办法中,总线按传送数据基本规定分派给一种站,总线系统按站但愿传送分派(如:EthernetCSMA/CD)。因而,当各种站同步祈求总线存取时,总线将终结所有站祈求,这时将不会有任何一种站获得总线分派。为了分派总线,多于一种总线存取是必要。CAN实现总线分派办法,可保证当不同站申请总线存取时,明确地进行总线分派。这种位仲裁办法可以解决当两个站同步发送数据时产生碰撞问题。不同于Ethernet网络消息仲裁,CAN非破坏性解决总线存取冲突办法,保证在不传送有用消息时总线不被占用。甚至当总线在重负载状况下,以消息内容为优先总线存取也被证明是一种有效系统。虽然总线传播能力局限性,所有未解决传播祈求都按重要性顺序来解决。在CSMA/CD这样网络中,如Ethernet,系统往往由于过载而崩溃,而这种状况在CAN中不会发生。2.在总线中传送报文,每帧由7某些构成。CAN合同支持两种报文格式,其唯一不同是标记符(ID)长度不同,原则格式为11位,扩展格式为29位。在原则格式中,报文起始位称为帧起始(SOF),然后是由11位标记符和远程发送祈求位(RTR)构成仲裁场。RTR位标明是数据帧还是祈求帧,在祈求帧中没有数据字节。控制场涉及标记符扩展位(IDE),指出是原则格式还是扩展格式。它还涉及一种保存位(ro),为将来扩展使用。它最后四个字节用来指明数据场中数据长度(DLC)。数据场范畴为0～8个字节,其后有一种检测数据错误循环冗余检查(CRC)。应答场(ACK)涉及应答位和应答分隔符。发送站发送这两位均为隐性电平(逻辑1),这时对的接受报文接受站发送主控电平(逻辑0)覆盖它。用这种办法,发送站可以保证网络中至少有一种站能对的接受到报文。报文尾部由帧结束标出。在相邻两条报文间有一很短间隔位,如果这时没有站进行总线存取,总线将处在空闲状态。2.不同于其他总线,CAN合同不能使用应答信息。事实上,它可以将发生任何错误用信号发出。CAN合同可使用五种检查错误办法,其中前三种为基于报文内容检查。1）、循环冗余检查(CRC)在一帧报文中加入冗余检查位可保证报文对的。接受站通过CRC可判断报文与否有错。2）、帧检查这种办法通过位场检查帧格式和大小来拟定报文对的性,用于检查格式上错误。3）、应答错误如前所述,被接受到帧由接受站通过明确应答来确认。如果发送站未收到应答,那么表白接受站发现帧中有错误,也就是说,ACK场已损坏或网络中报文无站接受。CAN合同也可通过位检查办法探测错误。4）、总线检测有时,CAN中一种节点可监测自己发出信号。因而,发送报文站可以观测总线电平并探测发送位和接受位差别。5）、位填充一帧报文中每一位都由不归零码表达,可保证位编码最大效率。然而,如果在一帧报文中有太多相似电平位,就有也许失去同步。为保证同步,同步沿用位填充产生。在五个生。在五个持续相等位后,发送站自动插入一种与之互补补码位;接受时,这个填充位被自动丢掉。例如,五个持续低电平位后,CAN自动插入一种高电平位。CAN通过这种编码规则检查错误,如果在一帧报文中有6个相似位,CAN就懂得发生了错误。如果至少有一种站通过以上办法探测到一种或各种错误,它将发送出错标志终结当前发送。这可以制止其他站接受错误报文,并保证网络上报文一致性。当大量发送数据被终结后,发送站会自动地重新发送数据。作为规则,在探测到错误后23个位周期内重新开始发送。在特殊场合,系统恢复时间为31个位周期。但这种办法存在一种问题,即一种发生错误站将导致所有数据被终结,其中也涉及对的数据。因而,如果不采用自监测办法,总线系统应采用模块化设计。为此,CAN合同提供一种将偶尔错误从永久错误和局部站失败中区别出来办法。这种办法可以通过对出错站记录评估来拟定一种站自身错误并进入一种不会对其他站产生不良影响运营办法来实现,即站可以通过关闭自己来制止正常数据因被错误地当成不对的数据而被终结。6）、CAN可靠性为防止汽车在使用寿命期内由于数据互换错误而对司机导致危险,汽车安全系统规定数据传播具备较高安全性。如果数据传播可靠性足够高,或者残留下来数据错误足够低话,这一目的不难实现。从总线系统数据角度看,可靠性可以理解为,对传播过程产生数据错误辨认能力。残存数据错误概率可以通过对数据传播可靠性记录测量获得。它描述了传送数据被破坏和这种破坏不能被探测出来概率。残存数据错误概率必要非常小,使其在系统整个寿命周期内,按平均记录时几乎检测不到。计算残存错误概率规定可以对数据错误进行分类,并且数据传播途径可由一模型描述。如果要拟定CAN残存错误概率,咱们可将残留错误概率作为具备80～90位报文传送时位错误概率函数,并假定这个系统中有5～10个站,并且错误率为1/1000,那么最大位错误概率为10—13数量级。例如,CAN网络数据传播率最大为1Mbps,如果数据传播能力仅使用50%,那么对于一种工作寿命4000小时、平均报文长度为80位系统,所传送数据总量为9×1010。在系统运营寿命期内,不可检测传播错误记录平均不大于10—2量级。换句话说,一种系统按每年365天,每天工作8小时,每秒错误率为0.7计算,那么按记录平均,每10才会发生一种不可检测错误。第三章基于CAN总线接口电路设计本文将简介一种以CAN总线为基本模仿量输入和模仿量输出。本设计以单片机ＭＣＳ－89C51为主控芯片，CAN总线通信模块运用CAN控制器SJA1000和CAN总线驱动器82C250来实现。由CAN总线做成一种有效支持分布式控制和实时控制串行通信网络，具备高性能和高可靠性特点，具备广泛应用前景。图23.1CAN总线接口硬件电路设计硬件电路设计重要是CAN通信控制器与微解决器之间和CAN总线收发器与物理总线之间接口电路设计。CAN通信控制器是CAN总线接口电路核心，重要完毕CAN通信合同，而CAN总线收发器重要功能是增大通信距离，提高系统瞬间抗干扰能力，保护总线，减少射频干扰（RFI），实现热防护等。3.当前广泛流行CAN总线器件有两大类：一类是独立CAN控制器，如82C200、SJA1000及Intel82526/82527等，另一类是带有在片CAN微控制器，如P8XC582及16位微控制器87C196CA/CB等。本课题选用PHILIPS公司SJA1000CAN控制器以及82C250总线收发器，重要是考虑到SJA1000支持CAN1.0A/B规约。而82C3.SJA1000在电路中是一种总线接口芯片，通过它实现上位机与现场微解决器之间数据通信。该电路重要功能是通过CAN总线接受来自上位机数据进行分析组态然后下传给下位机控制电路实现控制功能，当CAN总线接口接受到下位机上传数据，SJA1000就产生一种中断，引起微解决器产生中断，通过中断解决程序接受每一帧信息并通过CAN总线上传给上位机进行分析。AT89C51是CAN总线接口电路核心，其承担CAN控制器初始化、CAN收发控制等任务。CAN总线系统框图见图1.3.接口重要元件电路原理图见图2，在进行电路设计时应注意如下几点，否则达不到预期效果。图2

接口重要元件电路原理图（1）总线两端必要接两个终端匹配电阻RT，忽视掉它们，会使数据通信抗干扰性及可靠性大大减少。（2）PCA82C250为CAN控制器和物理总线之间接口，它可以提供向总线差动发送能力和CAN控制器差动接受能力，TXD和RXD引脚分别发送通过驱动后发送和接受信号。其引脚8（RS）可以选取2种不同工作方式：把该引脚直接与地相连，系统将处在高速工作方式，在这种方式下，为避免射频干扰，建议使用屏蔽电缆作总线；而在波特率较低，总线较短时，普通采用斜率控制方式，上升及下降斜率取决于RS阻值，实践表白15-200k为RS较抱负取值范畴，在这种方式下，可以使用双绞线作总线（本系统采用该工作方式）。（3）SJA1000TX1脚悬空，RX1引脚电位必要维持在约0.5VCC上，否则，将不能形成CAN合同规定电平逻辑。因本系统传播距离近，环境干扰小，可以不用电流隔离，这样可以直接把82C250VREF端（约为0.5VCC）与SJA1000RX1相连，从而简化了电路。（4）设计时将SJA1000CLOCKOUT时钟信号接至AT89C51时钟电路输入端，作为AT89C51外部时钟输入，解决了时钟同步问题；SJA1000中断输出信号/INT接至AT89C51/INT0端，通过中断方式与AT89C51通信。3.1.4------------------------------装----------------订-----------------线----------------------------------通过比较，作者决定使用惯用、便宜单片机AT89C51作为主控制器。AT89C51单片机是由ATMEL公司生产51单片机。简朴简介如下：------------------------------装----------------订-----------------线----------------------------------AT89C51是一种低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含4kbytes可重复擦写只读程序存储器（PEROM）和128bytes随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司高密度、非易失性存储技术生产，兼容原则MCS-51指令系统，片内置通用8位中央解决器和Flash存储单元，内置功能强大微型计算机AT89C51提供了高性价比解决方案。

AT89C51是一种低功耗高性能单片机，40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同步内含2个外中断口，2个16位可编程定期计数器,2个全双工串行通信口，AT89C51可以按照常规办法进行编程，也可以在线编程。其将通用微解决器和Flash存储器结合在一起，特别是可重复擦写Flash存储器可有效地减少开发成本。AT89C51具备PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三种封装形式，以适应不同产品需求。AT89C51引脚图如下图所示：图3AT89C51芯片引脚图VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一种8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸取8TTL门电流。当P1口管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0可以用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址第八位。在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必要被拉高。P1口：P1口是一种内部提供上拉电阻8位双向I/O口，P1口缓冲器能接受输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接受。P2口：P2口为一种内部上拉电阻8位双向I/O口，P2口缓冲器可接受，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因而作为输入时，P2口管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址高八位。在给出地址“1”时，它运用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器内容。P2口在FLASH编程和校验时接受高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻双向I/O口，可接受输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉缘故。P3口也可作为AT89C51某些特殊功能口，如下所示：P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2/INT0（外部中断0）P3.3/INT1（外部中断1）P3.4T0（记时器0外部输入）P3.5T1（记时器1外部输入）P3.6/WR（外部数据存储器写选通）P3.7/RD（外部数据存储器读选通）P3口同步为闪烁编程和编程校验接受某些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存容许输出电平用于锁存地址地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率1/6。因而它可用作对外部输出脉冲或用于定期目。然而要注意是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一种ALE脉冲。如想禁止ALE输出可在SFR8EH地址上置0。此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。此外，该引脚被略微拉高。如果微解决器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN：外部程序存储器选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效/PSEN信号将不浮现。/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不论与否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器输入及内部时钟工作电路输入。XTAL2：来自反向振荡器输出。此单片机重要用于控制，涉及响应中断、延时、判断、发送对方号码等等。3.2CAN总线系统智能节点软件设计CAN总线测控系统通信软件分为3某些：CAN初始化、数据发送和数据接受。CAN初始化，其重要是设立CAN通信参数。需要初始化寄存器有：模式寄存器（PeliCAN模式）、时分寄存器、接受代码寄存器、屏蔽寄存器、总线定期寄存器、输出控制寄存器等。需要注意是，这些寄存器仅能在复位期间可写访向，因而,在对这些寄存器初始化前，必要保证系统进入了复位状态，并且系统中各CAN控制器总线定期寄存器初始化字必要相似。数据发送，现场各传感器把环境多参数检测信号（数字量、模仿量、开关量）进行转换解决后，发向CAN控制器发送缓冲区，然后启动CAN控制器发送命令，此时CAN控制器将自动向总线发送数据，不再需传感器微控制器进行干预。------------------------------装----------------订-----------------线----------------------------------数据接受，整个微机测控系统中CAN控制器检测到总线上有数据时会自动接受总线上数据，存入其接受缓冲区，并向AT89C51微控制器发送接受中断，启动中断接受服务程序，AT89C51通过执行中断接受服务程序，从CAN控制器接受缓冲区读取数据，并对其进行进一步解决工作。------------------------------装----------------订-----------------线----------------------------------3.设SJA1000首地址是8000H：CR

EQU

8000H；控制寄存器CMREQU

8001H；命令寄存器SR

EQU

8002H；状态寄存器IR

EQU

8003H；中断寄存器ACREQU

8004H；验收码寄存器AMREQU

8005H；验收屏蔽寄存器BTR0EQU

8006H；总线定期寄存器0BTR1EQU

8007H；总线定期寄存器1OCREQU

8008H；输出控制寄存器DILDBCL，#03HSTBCL，CR；开放接受中断，复位祈求位置1，开始初始化LDBCL，#01HSTBCL，ACR；将节点1标记符送给ACRLDBCL，#0FFHSTBCL，AMR；验收滤波LDBCL，#00HSTBCL，BTR0；波特率为250kbpsLDBCL，#14HSTBCL，BTR1；定义位周期宽度，采样点位置及采样次数LDBCL，#0AAHSTBCL，0CHLDBCL，#1AHSTBCL，CR；复位祈求位置0，初始化结束EI3.2.TDATA：MOVDPTR，#SR；状态寄存器MOVXA，@DPTR；从SJA1000读入状态寄存器值JBACC.4，TDATA；判断与否正在接受，正在接受则等待TS0：MOVXA，@DPTRJNBACC.3，TS0；判断上次发送与否完毕，未完毕则等待发送完毕TS1：MOVXA,@DPTRJNBACC.2，TS1；判断发送缓冲区与否锁定，锁定则等待TS2：MOVDPTR,#CANTXB；SJA1000发送缓冲区首址MOVA,#88H；发送扩展帧格式数据帧，数据场长度为8字节MOVX@DPTR,AINCDPTRMOVA,#ID0；4字节标记符MOVX@DPTR,AINCDPTRMOVA,#ID1MOVX@DPTR,AINCDPTRMOVA,#ID2MOVX@DPTR,AINCDPTRMOVA,#ID3MOV@DPTR，AMOV@DPTR,TRDATA;单片机内RAM发送数据区首址MTBF：MOVA，@R0INCDPTRMOVX@DPTR,AINCR0CJNER0，#TRDATA+8，MTBF；向发送缓冲去写8字节MOVDPTR，#CMR；命令寄存器地址MOVA，#01HMOVX@DPTR，A；启动SJA1000发送RET3.2.SEARCH：MOVDPTR，#SR；状态寄存器地址MOVXA,@DPTRANLA，#0C3H；读取总线关闭、错误状态、接受溢出、有数据等位状态JNZPROCRET；无上述状态PROC：JNBACC.7，PROCIBUSERR：MOVDPTR,#IR；读取中断寄存器，浮现总线关闭MOVA，DPTR；清除中断位MOVDPTR，#MODE；模式寄存器地址MOVA，#08HMOV@DPTR，A；调用报警程序RETNOPPROCI：MOVDPTR，#IR；总线正常MOVXＡ，＠DPTR；读取中断寄存器，清除中断位JNBACC.3,OTHEROVER：MOVDPTR，#CMR；数据溢出MOVA，#0CHMOVX@DPTR，A；在命令寄存器种清除数据溢出和释放接受缓冲区RETNOPOTHER：JBACC.0,RECE；IR.0=1，接受缓冲区有数据LJMPRECOUT；IR.0=0，接受缓冲区无数据，推出接受NOPRECE：MOVDPTR，#CANRXB；接受缓冲区首地址，准备读取数据MOVXA，@DPTR；读取数据帧格式字JNBACC.6，RDATARDATA：MOVDPT