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5．CAN总线及其实现 5.1 CAN总线概述 5.1.1 现场总线 现场总线是用做现场控制系统、直接与所有受控（设备）节点串行相连通信网络。受控设备和网络所处环境可能很特殊，对信号干扰往往是多方面，而要求控制必须是实时性很强。这就决定现场总线有别于一般网络特点[8]。 1．现场总线技术 现场总线控制系统既是一个开放通信网络，又是一种全分布控制系统。作为智能设备的联系纽带，把挂接在总线上、作为网络节点的智能设备连接为网络系统，并进一步构成自动化系统，实现基本控制、补偿计算、参数修改、报警、显示、监控、优化及控管一体化的综合自动化功能。这是一项集嵌入式系统、控制、计算机、数字通信、网络为一体的综合技术。 现场总线也可以说是工业控制与计算机网络两者的边缘产物。现场总线其规模应属于局域网、总线型结构，简单但能满足现场的需要。要传输的信息帧短小，要求实时性很强、可靠性高。然而现场环境干扰因数众多，有些很强烈且带突发性。这些都决定现场总线必须是一个有特色的新型领域。 2．现场总线发展和在工业控制系统中的应用 20 世纪 80 年代现场总线技术才开始形成和发展，这是与微型计算机，特别是嵌入式系统的高速发展分不开的。下面分别给予简单列举。 (1) 基金会现场总线 基金会现场总线分低速 H1 和高速 H2 两种通信速率。H1 传输速率为 31.25 kbps，通信距离可达 1900m（可加中继器延长），可支持总线供电，支持本质安全防爆环境。H2 传输速率可为 1 Mbps和 2.5 Mbps两种，其通信距离分别为 750 m 和 500 m。物理传输介质可支持双绞线、光缆和无线发射，协议符合 IEC1158 2 标准。FF 物理媒介的传输信号采用曼彻斯特编码。 (2) LonWorksLonWorks 采用 ISO /OSI模型全部 7 层通信协议，采用面向对象设计方法，通过网络变量把网络通信设计简化为参数设置，其通信速率从 300 bps至 1.5 Mbps不等，直接通信距离可达 2700 m（78 kbps，双绞线）；支持双绞线、同轴电缆、光纤、射频、红外线、电力线等多种通信介质，并开发相应的本质安全防爆产品，被誉为通用控制网络。 (3) HART HART 是 Highway Addressable Remote Transducer的缩写。这种被称为可寻址远程传感器高速通道的开放通信协议，其特点是在现有模拟信号传输线上实现数字信号通信，属于模拟系统向数字系统转变过程的过渡性产品，因而在当前过渡时期具有较强市场竞争能力，得到较快发展。 5.1.2 CAN总线 1．CAN总线发展历程 (1)从理想到第一块芯片 1986 年 2 月，在 SAE（汽车工程人员协会）大会上，RoberBosch 公司提出 CAN。这个由Bosch 公司设计新的总线系统，称之为“AutomotiveSerialController- Area Network”（汽车串行控制局域网），这就是一个最成功的网络协议诞生时刻。CAN 也应用在从火车到轮船等其他类型运输工具上，以及工业控制方面。CAN 是最主要总线协议之一，有可能引导世界范围的串行总线系统。 1987 年，Intel公司推出第一片CAN控制芯片——82526。是 CAN 协议第一个在硬件上的实现。其后不久，Philips半导体公司推出 82C200。 (2) 标准化和一致性 在 20 世纪 90 年代初，Bosch CAN 规范（2.0 版）被提交作为国际标准。现在，修改的 CAN 规范正在标准化过程中。ISO 11898 1 描述“CAN 数据链路层”，ISO 11898 2 定义“无错误 误差 CAN 物理层”，ISO 11898 3 规定“错误 误差物理层”。ISO 标准 11992和 11783两者定义以 CAN 为基础的应用条款，依据是 US 协议 J1939。 (3)汽车上应用 把CAN用在汽车上，作为第一步，用做发动机管理各电子控制单元是通过 CAN 连接起来。第二步，是车体需要电子控制器件。两个在物理上分离的 CAN 总线系统在运行，之间是通过网关连接。 2．CAN总线特点 CAN 总线有如下特点： 高速串行数据接口功能。 使用廉价物理介质，CAN可以使用屏蔽或非屏蔽的双绞线、同轴电缆以及光纤作为网线。 数据帧短，短数据帧有利于减小延时，提高实时性；但降低有效数据传输速度。 反应速度快，发送时不需等待令牌，对请求反应迅速。 多站同时发送 ，优先数据获取总线。 错误检测和校正能力强，保证系统的可靠性。 无破坏基于优先权的仲裁。 通过接受过滤的方式实现多地址帧传送。 具有远程数据请求功能。 具有全系统数据兼容性。 具有丢失仲裁或出错的帧自动重发功能。 能判别暂时错误和永久性错误节点，具有故障节点自动脱离功能。 基于事件触发发送方式，信息传送延时离散度高，有出现长延时的可能[9]。 |
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