can总线的智能节点的设计.doc
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can总线的智能节点的设计,52页共计25142字【摘要】：现场总线时连接智能现场设备和自动化系统的数字式，双向传输，多分支结构的通讯网络。它是计算机技术、通讯技术和控制技术高度综合与集成的产物，是一种开放式和分布式的新模式.现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一。can(控制器局域网)属于现场总线的范畴，是一种有效支持分布式控制和实时控制的...
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52页共计25142字
【摘要】：现场总线时连接智能现场设备和自动化系统的数字式，双向传输，多分支结构的通讯网络。它是计算机技术、通讯技术和控制技术高度综合与集成的产物，是一种开放式和分布式的新模式.现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一。
CAN(控制器局域网)属于现场总线的范畴，是一种有效支持分布式控制和实时控制的串行通信网络。智能控制是控制理论和技术发展的高级阶段，是一个新兴的并正在迅速发展的领域。它主要用来解决那些用传统方法难以解决的复杂系统的控制问题。
本文采用CAN现场总线技术，设计开发了一种分布式控制系统。系统中采用了计算机、PHILIPS公司生产的智能CAN 控制器SJA1000以及CAN收发器82C250组成CAN的通讯网络，具有实时监控、实时处理、实时显示、实时控制的功能，以及用LabWindows/CVI制作的友好的人机界面，能够完全仿真现场工业总线监控系统。
系统硬件由三部分组成，分别是：数字开关量输入输出节点，模拟量采集节点，主机通讯节点。下位机程序采用汇编语言，用AT89S51作为微控制器。上位机采用C语言编写充分运用CVI的RS232库函数进行串口通讯。利用上位机可以监视数字开关量输入输出节点，模拟量采集节点两个节点的输入输出情况，同时能够对数字开关量输入输出节点进行输出控制。
在通讯方面，本系统定义的RS23串口通讯协议以及CAN总线应用层通讯协议，可以进行双向通讯和远程控制。
目录
绪 论 4
第一章 现场总线 5
1. 1 现场总线的概念 5
1. 3现场总线的结构模型 5
1. 4现场总线的特点与优点 6
1 .4. 1 现场总线系统的特点 6
1 .4. 2 现场总线的优点 7
1. 4. 3 本章总结 7
第二章 控制器局域网总线(CAN ) 8
2. 1 CAN总线技术特点 8
2. 2 CAN总线技术规范 8
2. 2. 1 CAN总线的电气特性 9
2. 2. 2 CAN总线的分层结构 10
2.2.2.1数据链路层 10
2. 2. 3 CAN总线报文传送及其帧结构 11
2. 2. 4 CAN总线的通信原理 15
2. 2. 5 本章总结 17
第三章CAN智能测控节点的设计 18
3. 1 CAN智能测控节点总体设计 18
3 .2主控机节点的设计 18
3 .3从机机节点的设计 20
3 .4本章总结 20
第四章CAN智能测控节点硬件设计 21
4. 1 主机节点硬件设计 21
4. 1. 1微处理器基本系统 21
4. 1. 2 CAN通信接口电路 22
4. 1. 3 CAN通信接口电路设计 26
4. 1. 4 RS-232通信接口电路 27
4. 2 数字开关量节点硬件设计 28
4. 3 模拟输入采样节点硬件设计 28
4. 3. 1 AD0809的使用 29
4. 3. 2 AD0809应用说明 30
4. 4本章总结 31
第五章 系统通讯协议的定义 32
5. 1串口通讯协议的定义 32
5. 2 CAN应用层协议的定义 33
5. 2. 1信息标志符分配方案 33
5. 2. 2信息标志符的结构 33
5. 2. 3信息优先权的分配 35
5. 3本章总结 35
第六章CAN智能测控节点软件设计 36
6. 1 CAN初始化子程序的设计 36
6. 2 CAN发送接收子程序的设计 37
6. 3主机节点的软件设计 38
6. 2. 1 主程序（后台程序）的设计 38
6. 4数字输入节点的软件设计 38
6. 5模拟量输入节点的软件设计 40
6. 6本章总结 42
第七章 上位机程序的设计 43
第八章 系统调试 44
8. 1单元电路调试 44
8. 1. 1 串口通讯电路的调试 44
8. 1. 2 CAN通信单元电路调试 44
8. 2 上位机控制面板程序的调试 45
8. 3整体调试 45
8. 4本章总结 46
第九章 总结 47
9. 1实现功能 47
9. 2不足之处和改进意见 47
9. 3心得体会 47
参考文献 48
附录：主机节点电路图： 49
关键词： 现场总线 CAN分布式控制系统 智能控制 监控系统
参考文献
[1] 乌宽明. CAN总线原理和应用系统设计.北京:北京航空航天大学出版社，1996. P35-60, P110-160.
[2] 乌宽明.现场总线技术应用选编(上).北京:北京航空航天大学出版社，2003年1月第一版
[3] 乌宽明.单片机外围器件实用手册.数据传输接口器件分册[M].北京:北京航空航天
学出版社，1998
[4] 吴永凤.CAN总线接口芯片PCA82C250及其应用「J}.贵州上业大学学报，2005. 6.
[5] 刘太明.基于CAN总线的高校实验室火灾报警系统「J}.南京师范大学学报，2005. 6
[6] 史久根等.CAN现场总线系统设计技术.国防上业出版社. 2004. 10(11)
[7] 罗雪梅.基于SJA1000的CAN总线接口电路的设计与实现「J}.贵州上业大学学报(1009-0193(2003)04-0042-03)
[8] CAN总线简介.周立功单片机论坛
[9] 饶云涛《现场总线CAN原理与应用设计》北京航空航天大学出版社
[10] 陈德池，《微处理器与现场总线技术》，中南大学出版社，2003
[11] 王桂荣，钱剑敏等cAN总线和基于CAN总线的高层协议〔J].计算机测量
与控制2003. 11(5);391-394
[12] 疏松贵等，《计算机控制系统理论与应用》，科学出版社，2002
[13] 皱益仁马增良蒲维等《现场总线控制系统的设计和开发》国防工业出版社2003. 1
[14] 白英彩，《分布式处理系统》，科学出版社，1999
[15」唐红卫，王昌明，吕宁等，CAN总线实时性分析，工业控制计算机2005. 6
[16] 唐红卫，王昌明等，基于优先权晋升的时分CAN，西安电子科技大学研究生
学术年会电院论文集2005. 11
[17] 史久根，《现场总线实时性能评价体系研究》，浙江大学学位论文，2004. 6
[18] 张戟，程昊，谢剑英等，《基于现场总线DeviceNet的智能设备开发指南》，
西安电子科技大学出版社，2004
[19] Jorg Kaiser, 4th IEEE international workshop on factory communication system vasteras Sweden august 28-30 2002
[20] Luis Almeida,”The FTT-CAN Protocol: Why and How" IEEE TRANSACTIONS
ON INDUSTRIAL ELECTRONICS, VOL. 49, N0. 6, DECEMBER 2002
[21] Schill. J. "An overview of the CAN Protocol” inEmbedded SystemsProgramming. Sept.1997
【摘要】：现场总线时连接智能现场设备和自动化系统的数字式，双向传输，多分支结构的通讯网络。它是计算机技术、通讯技术和控制技术高度综合与集成的产物，是一种开放式和分布式的新模式.现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一。
CAN(控制器局域网)属于现场总线的范畴，是一种有效支持分布式控制和实时控制的串行通信网络。智能控制是控制理论和技术发展的高级阶段，是一个新兴的并正在迅速发展的领域。它主要用来解决那些用传统方法难以解决的复杂系统的控制问题。
本文采用CAN现场总线技术，设计开发了一种分布式控制系统。系统中采用了计算机、PHILIPS公司生产的智能CAN 控制器SJA1000以及CAN收发器82C250组成CAN的通讯网络，具有实时监控、实时处理、实时显示、实时控制的功能，以及用LabWindows/CVI制作的友好的人机界面，能够完全仿真现场工业总线监控系统。
系统硬件由三部分组成，分别是：数字开关量输入输出节点，模拟量采集节点，主机通讯节点。下位机程序采用汇编语言，用AT89S51作为微控制器。上位机采用C语言编写充分运用CVI的RS232库函数进行串口通讯。利用上位机可以监视数字开关量输入输出节点，模拟量采集节点两个节点的输入输出情况，同时能够对数字开关量输入输出节点进行输出控制。
在通讯方面，本系统定义的RS23串口通讯协议以及CAN总线应用层通讯协议，可以进行双向通讯和远程控制。
目录
绪 论 4
第一章 现场总线 5
1. 1 现场总线的概念 5
1. 3现场总线的结构模型 5
1. 4现场总线的特点与优点 6
1 .4. 1 现场总线系统的特点 6
1 .4. 2 现场总线的优点 7
1. 4. 3 本章总结 7
第二章 控制器局域网总线(CAN ) 8
2. 1 CAN总线技术特点 8
2. 2 CAN总线技术规范 8
2. 2. 1 CAN总线的电气特性 9
2. 2. 2 CAN总线的分层结构 10
2.2.2.1数据链路层 10
2. 2. 3 CAN总线报文传送及其帧结构 11
2. 2. 4 CAN总线的通信原理 15
2. 2. 5 本章总结 17
第三章CAN智能测控节点的设计 18
3. 1 CAN智能测控节点总体设计 18
3 .2主控机节点的设计 18
3 .3从机机节点的设计 20
3 .4本章总结 20
第四章CAN智能测控节点硬件设计 21
4. 1 主机节点硬件设计 21
4. 1. 1微处理器基本系统 21
4. 1. 2 CAN通信接口电路 22
4. 1. 3 CAN通信接口电路设计 26
4. 1. 4 RS-232通信接口电路 27
4. 2 数字开关量节点硬件设计 28
4. 3 模拟输入采样节点硬件设计 28
4. 3. 1 AD0809的使用 29
4. 3. 2 AD0809应用说明 30
4. 4本章总结 31
第五章 系统通讯协议的定义 32
5. 1串口通讯协议的定义 32
5. 2 CAN应用层协议的定义 33
5. 2. 1信息标志符分配方案 33
5. 2. 2信息标志符的结构 33
5. 2. 3信息优先权的分配 35
5. 3本章总结 35
第六章CAN智能测控节点软件设计 36
6. 1 CAN初始化子程序的设计 36
6. 2 CAN发送接收子程序的设计 37
6. 3主机节点的软件设计 38
6. 2. 1 主程序（后台程序）的设计 38
6. 4数字输入节点的软件设计 38
6. 5模拟量输入节点的软件设计 40
6. 6本章总结 42
第七章 上位机程序的设计 43
第八章 系统调试 44
8. 1单元电路调试 44
8. 1. 1 串口通讯电路的调试 44
8. 1. 2 CAN通信单元电路调试 44
8. 2 上位机控制面板程序的调试 45
8. 3整体调试 45
8. 4本章总结 46
第九章 总结 47
9. 1实现功能 47
9. 2不足之处和改进意见 47
9. 3心得体会 47
参考文献 48
附录：主机节点电路图： 49
关键词： 现场总线 CAN分布式控制系统 智能控制 监控系统
参考文献
[1] 乌宽明. CAN总线原理和应用系统设计.北京:北京航空航天大学出版社，1996. P35-60, P110-160.
[2] 乌宽明.现场总线技术应用选编(上).北京:北京航空航天大学出版社，2003年1月第一版
[3] 乌宽明.单片机外围器件实用手册.数据传输接口器件分册[M].北京:北京航空航天
学出版社，1998
[4] 吴永凤.CAN总线接口芯片PCA82C250及其应用「J}.贵州上业大学学报，2005. 6.
[5] 刘太明.基于CAN总线的高校实验室火灾报警系统「J}.南京师范大学学报，2005. 6
[6] 史久根等.CAN现场总线系统设计技术.国防上业出版社. 2004. 10(11)
[7] 罗雪梅.基于SJA1000的CAN总线接口电路的设计与实现「J}.贵州上业大学学报(1009-0193(2003)04-0042-03)
[8] CAN总线简介.周立功单片机论坛
[9] 饶云涛《现场总线CAN原理与应用设计》北京航空航天大学出版社
[10] 陈德池，《微处理器与现场总线技术》，中南大学出版社，2003
[11] 王桂荣，钱剑敏等cAN总线和基于CAN总线的高层协议〔J].计算机测量
与控制2003. 11(5);391-394
[12] 疏松贵等，《计算机控制系统理论与应用》，科学出版社，2002
[13] 皱益仁马增良蒲维等《现场总线控制系统的设计和开发》国防工业出版社2003. 1
[14] 白英彩，《分布式处理系统》，科学出版社，1999
[15」唐红卫，王昌明，吕宁等，CAN总线实时性分析，工业控制计算机2005. 6
[16] 唐红卫，王昌明等，基于优先权晋升的时分CAN，西安电子科技大学研究生
学术年会电院论文集2005. 11
[17] 史久根，《现场总线实时性能评价体系研究》，浙江大学学位论文，2004. 6
[18] 张戟，程昊，谢剑英等，《基于现场总线DeviceNet的智能设备开发指南》，
西安电子科技大学出版社，2004
[19] Jorg Kaiser, 4th IEEE international workshop on factory communication system vasteras Sweden august 28-30 2002
[20] Luis Almeida,”The FTT-CAN Protocol: Why and How" IEEE TRANSACTIONS
ON INDUSTRIAL ELECTRONICS, VOL. 49, N0. 6, DECEMBER 2002
[21] Schill. J. "An overview of the CAN Protocol” inEmbedded SystemsProgramming. Sept.1997
