can总线报告资料

2哈尔滨远东理工学院CAN总线在中央空调监控系统中的应用姓名：郭爱强分院：机器人科学与技术学院专业：电子信息工程学号：13030104得分评卷教师3摘要中央空调控制系统是智能建筑中不可缺少的组成部分。传统的控制方法是采用DDC(直接数字控制器)方式，将各个温度、湿度检测点和控制点连接到一台或多台DDC上，实行多点实时监控。由于现代智能建筑楼层较多，多个空调风机位于不同楼层，温、湿度检测点分布于各个房间，采用DDC方式进行控制具有引线过长、施工不便、系统通信的实时性和可靠性不高等缺点，而面向工业控制的现场总线技术是目前解决工业控制现场数据实时通信问题的最佳方案。本文在研究国内中央空调监控系统的发展现状与特点的基础上，设计了基于CAN总线的中央空调监控系统。整个中央空调监控系统以基于PCI总线的CAN通信卡作为总线数据采集器，采用接口芯片PCI9052实现CAN通信卡同PC机之间的通信，外置CAN芯片SJA1000实现CAN总线的物理层和数据链路层功能。通过对CAN通信卡的驱动程序设计，实现对CAN总线上节点的监视和控制。本文详细分析了CAN总线和PCI总线的技术特点及通信机理，研究了独立CAN控制SJA1000和CAN总线驱动器的工作原理，完成了通信卡的硬件设计及驱动程序设计。关键词中央空调监控系统；CAN总线；PCI总线；PCI90524目录摘要...........................................................3第1章本文内容..................................................1第2章CAN总线技术研究..........................................52.1CAN总线特点.............................................522CAN总线技术介绍..........................................52.2.2CAN与其他通信方案的比较......................................62.2.3CAN的报文格式................................................62.3数据错误检测.............................................7第3章中央空调控制系统设计......................................73.1系统的主要功能...........................................73.2中央空调控制整体结构.....................................83.3硬件设计.................................................93.3.1信号采集电路设计...........................................103.3.2CAN通信电路设计.............................................133.3.3电路硬件抗干扰...............................................153.4软件设计...............................................153.4.1主程序设计...................................................153.4.2A/D转换程序设计............................................16结论......................................................XVIII参考文献...................................................XIX51．本文内容本文对现在中央空调控制系统的总体结构做出分析，对CAN总线技术进行了详细介绍，其中包括CAN总线的产生和发展、CAN总线特点、CAN总线技术介绍以及数据错误检测等。而且还对系统的软硬件进行设计，硬件包括对信号采集电路设计、CAN通信电路设计、电路抗干扰设计，软件包括对主程序设计和AD转换程序设计。2CAN总线技术研究2.1CAN总线特点CAN总线是德国BOSCH公司从80年代初为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议，它是一种多主总线，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维。通信速率可达1MBPS。CAN总线通信接口中集成了CAN协议的物理层和数据链路层功能，可完成对通信数据的成帧处理，包括位填充、数据块编码、循环冗余检验、优先级判别等项工作。CAN协议的一个最大特点是废除了传统的站地址编码，而代之以对通信数据块进行编码。采用这种方法的优点可使网络内的节点个数在理论上不受限制，数据块的标识码可由11位或29位二进制数组成，因此可以定义211或229个不同的数据块，这种按数据块编码的方式，还可使不同的节点同时接收到相同的数据，这一点在分布式控制系统中非常有用。数据段长度最多为8个字节，可满足通常工业领域中控制命令、工作状态及测试数据的一般要求。同时，8个字节不会占用总线时间过长，从而保证了通信的实时性。CAN协议采用CRC检验并可提供相应的错误处理功能，保证了数据通信的可靠性。CAN卓越的特性、极高的可靠性和独特的设计，特别适合工业过程监控设备的互连，因此，越来越受到工业界的重视，并已公认为最有前途的现场总线之一。另外，CAN总线采用了多主竞争式总线结构，具有多主站运行和分散仲裁的串行总线以及广播通信的特点。CAN总线上任意节点可在任意时刻主动地向网络上其它节点发送信息而不分主次，因此可在各节点之间实现自由通信。CAN总线协议已被国际标准化组织认证，技术比较成熟，控制的芯片已经商品化，性价比高，特别适用于分布式测控系统之间的数通讯。CAN总线插卡可以任意插在PCATXT兼容机上，方便地构成分布式监控系统[5]。2.2CAN总线技术介绍2.2.1位仲裁要对数据进行实时处理，就必须将数据快速传送，这就要求数据的物理传输通路有较高的速度。在几个站同时需要发送数据时，要求快速地进行总线分配。实时处理通过网络交换的紧急数据有较大的不同。一个快速变化的物理量，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的物理量更频繁地传送数据并要求更短的延时。6CAN总线以报文为单位进行数据传送，报文的优先级结合在11位标识符中，具有最低二进制数的标识符有最高的优先级。这种优先级一旦在系统设计时被确立后就不能再被更改。总线读取中的冲突可通过位仲裁解决。当几个站同时发送报文时，站1的报文标识符为011111；站2的报文标识符为0100110；站3的报文标识符为0100111。所有标识符都有相同的两位01，直到第3位进行比较时，站1的报文被丢掉，因为它的第3位为高，而其它两个站的报文第3位为低。站2和站3报文的4、5、6位相同，直到第7位时，站3的报文才被丢失。注意，总线中的信号持续跟踪最后获得总线读取权的站的报文。在此例中，站2的报文被跟踪。这种非破坏性位仲裁方法的优点在于，在网络最终确定哪一个站的报文被传送以前，报文的起始部分已经在网络上传送了。所有未获得总线读取权的站都成为具有最高优先权报文的接收站，并且不会在总线再次空闲前发送报文。CAN具有较高的效率是因为总线仅仅被那些请求总线悬而未决的站利用，这些请求是根据报文在整个系统中的重要性按顺序处理的。这种方法在网络负载较重时有很多优点，因为总线读取的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的个体隐伏时间。对于主站的可靠性，由于CAN协议执行非集中化总线控制，所有主要通信，包括总线读取(许可)控制，在系统中分几次完成。这是实现有较高可靠性的通信系统的唯一方法。2.2.2CAN与其他通信方案的比较实践中，有两种重要的总线分配方法：按时间表分配和按需要分配。在第一种方法中，不管每个节点是否申请总线，都对每个节点按最大期间分配。由此，总线可被分配给每个站并且是唯一的站，而不论其是立即进行总线存取或在特定时间进行总线存取。这将保证在总线存取时有明确的总线分配。在第二种方法中，总线按传送数据的基本要求分配给一个站，总线系统按站所希望的传送分配(如:EthernetCSMA/CD)。因此，当多个站同时请求总线存取时，总线将终止所有站的请求，这时将不会有任何一个站获得总线分配。为了分配总线，多于一个总线存取是必要的。CAN实现总线分配的方法，可保证当不同的站申请总线存取时，明确地进行总线分配。这种位仲裁的方法可以解决当两个站同时发送数据时产生的碰撞问题。不同于Ethernet网络的消息仲裁，CAN的非破坏性解决总线存取冲突的方法，确保在不传送有用消息时总线不被占用。甚至当总线在重负载情况下，以消息内容为优先的总线存取也被证明是一种有效的系统。虽然总线的传输能力不足，所有未解决的传输请求都按重要性顺序来处理。在CSMA/CD这样的网络中，如Ethernet，系统往往由于过载而崩溃，而这种情况在CAN中不会发生。2.2.3CAN的报文格式在总线中传送的报文，每帧由7部分组成。CAN协议支持两种报文格式，其唯一的不同是标识符(ID)长度不同，标准格式为11位，扩展格式为29位。在标准格式中，报文的起始位称为帧起始(SOF)，然后是由11位标识符和远程发送请求位(RTR)组成的仲裁场。RTR位标明是数据帧还是请求帧,在请求帧中没有数据字节。7控制场包括标识符扩展位(IDE)，指出是标准格式还是扩展格式。它还包括一个保留位(ro)，为将来扩展使用。它的最后四个字节用来指明数据场中数据的长度(DLC)。数据场范围为0～8个字节，其后有一个检测数据错误的循环冗余检查(CRC)。应答场(ACK)包括应答位和应答分隔符。发送站发送的这两位均为隐性电平(逻辑1)，这时正确接收报文的接收站发送主控电平(逻辑0)覆盖它。用这种方法，发送站可以保证网络中至少有一个站能正确接收到报文。报文的尾部由帧结束标出。在相邻的两条报文间有一很短的间隔位，如果这时没有站进行总线存取，总线将处于空闲状态[6]。2.3数据错误检测不同于其它总线，CAN协议不能使用应答信息。事实上，它可以将发生的任何错误用信号发出。CAN协议可使用五种检查错误的方法，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正确。接收站通过CRC可判断报文是否有错。2.帧检查这种方法通过位场检查帧的格式和大小来确定报文的正确性，用于检查格式上的错误。3.应答错误如前所述，被接收到的帧由接收站通过明确的应答来确认。如果发送站未收到应答，那么表明接收站发现帧中有错误，也就是说，ACK场已损坏或网络中的报文无站接收。CAN协议也可通过位检查的方法探测错误。3中央空调控制系统设计3.1系统的主要功能在现代化的大型建筑中，一般都采用中央空调系统。众所周知，空调系统的作用就是对室内空气进行处理，使空气的温度、流动速度及新鲜度、洁净度等指标符合场所的使用要求。为此必须对空气进行冷却或加热、降温或加湿，以及过滤等处理措施。其相应设备有制冷机组、热水炉、风机盘管系统、风管系统、水管系统等。例如，空调系统中，冷水机组是由设备生产厂成套供应的，它一般是根据空气调节原理及规律等由微处理器自动控制的。冷水机组由压缩机、冷凝器与蒸发器组成，压缩机把制冷剂压缩，压缩后的制冷剂进入冷凝器，被冷却水冷却后，变成液体，析出的热量由冷却水带走，并在冷却塔里排入大气。液体制冷剂由冷凝器进入蒸发器进行蒸发吸收，使冷冻水降温，然后冷冻水进入水冷风机盘管吸收空气中的热量，如此循环不已，把房间的热量带出