前言

制造業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)，是工業(yè)化、現(xiàn)代化建設(shè)的動(dòng)力源，是國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的重要領(lǐng)域，是信息化促進(jìn)工業(yè)化的主要行業(yè)。信息化是當(dāng)今世界制造業(yè)發(fā)展的重要的支撐技術(shù)，制造業(yè)信息化技術(shù)將信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代管理技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)與制造技術(shù)相結(jié)合，帶動(dòng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法和工具的創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造和企業(yè)管理的信息化、生產(chǎn)過程控制的智能化、制造裝備的數(shù)字化。經(jīng)過近年來的努力，制造業(yè)信息化已經(jīng)取得了很大的發(fā)展，尤其是CAD/CAM、REP、MES等技術(shù)的應(yīng)用，促進(jìn)了企業(yè)的發(fā)展和效益的提高。但是，這些技術(shù)的發(fā)展，必須有底層信息的支撐，即必須重視底層信息化技術(shù)的發(fā)展。作為現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)之一的CAN總線技術(shù)的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性等特點(diǎn)，可完成現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化設(shè)備之間的多點(diǎn)數(shù)字通信，實(shí)現(xiàn)底層設(shè)備與外界的信息交換，適用于底層自動(dòng)化。

1 CAN總線的優(yōu)點(diǎn)

CAN總線是一種有效地支持分布式控制和實(shí)時(shí)控制的串行通訊網(wǎng)絡(luò)。與一般的通信總線相比，CAN總線的優(yōu)點(diǎn)可概括如下：

1.1 CAN為多主方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任一節(jié)點(diǎn)均可在任意時(shí)刻主動(dòng)地向網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，而不分主從。

1.2 在報(bào)文標(biāo)識(shí)符上，CAN總線上的節(jié)點(diǎn)分成不同的優(yōu)先級(jí)，可滿足不同的實(shí)時(shí)要求，優(yōu)先級(jí)高的數(shù)據(jù)最多可在134μs內(nèi)得到傳輸。

1.3 CAN采用非破壞總線仲裁技術(shù)。當(dāng)多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向總線發(fā)送信息出現(xiàn)沖突時(shí)，優(yōu)先級(jí)較低的節(jié)點(diǎn)會(huì)主動(dòng)退出發(fā)送，而最高優(yōu)先級(jí)的節(jié)點(diǎn)可繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，從而節(jié)省了總線沖突仲裁時(shí)間。在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載很重的情況下，也不會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)癱瘓問題。

1.4 CAN節(jié)點(diǎn)只需要通過對(duì)報(bào)文的標(biāo)識(shí)符濾波即可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)，一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)及全局廣播等幾種方式發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。

1.5 CAN的直接通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)10km(速率在5kbps以下)；通信速率最高可達(dá)1Mbps(此時(shí)通信距離最長(zhǎng)為40m)。

1.6 CAN上的節(jié)點(diǎn)數(shù)主要取決于總線驅(qū)動(dòng)電路，目前可達(dá)110個(gè)。在標(biāo)準(zhǔn)幀報(bào)文標(biāo)識(shí)符有11位，而在擴(kuò)展幀的報(bào)文標(biāo)識(shí)符(29位)的個(gè)數(shù)幾乎不受限制。

1.7 報(bào)文采用短幀結(jié)構(gòu)，傳輸時(shí)間短，受干擾概率低，保證了數(shù)據(jù)出錯(cuò)率低。

1.8 CAN通信介質(zhì)可為雙絞線、同軸電纜或光纖，選擇靈活。

1.9 CAN節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下具有自動(dòng)關(guān)閉輸出功能，以使總線上的其它節(jié)點(diǎn)的操作不受影響。

1.10 CAN總線具有較高的性能價(jià)格比，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，器件容易購(gòu)置，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的價(jià)格較低，而且開發(fā)容易。

由于CAN總線的諸多優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)受到各界的高度重視，被公認(rèn)為最有前途的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。本文以智能渣漿泵軸溫及液位監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)為例，介紹CAN總線的應(yīng)用。

2 基于CAN總線的智能渣漿泵軸溫及液位監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。上位機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的中心，負(fù)責(zé)接收各個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)來的數(shù)據(jù)，便于工作人員實(shí)時(shí)監(jiān)控前端工作數(shù)據(jù)情況，發(fā)生意外時(shí)能及時(shí)處理。同時(shí)，節(jié)點(diǎn)也可以接收CAN總線上的數(shù)據(jù)。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

2.2 節(jié)點(diǎn)

節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)如圖2所示。微控制器采用Freescale公司生產(chǎn)的帶有CAN總線通信接口的微控制器MC9S12DP256。MC9S12DP256具有豐富的功能模塊，接口非常方便，而且功耗低，抗干擾能力強(qiáng)，可以方便的實(shí)現(xiàn)CAN總線的通信協(xié)議，通過CAN總線與帶CAN總線接口卡的上位機(jī)通信，構(gòu)成測(cè)控網(wǎng)絡(luò)。

圖2 節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)圖

數(shù)字式溫度傳感器DS18820具有獨(dú)特的單總線接口方式，即允許在一條信號(hào)線上掛接數(shù)十甚至上百個(gè)數(shù)字式傳感器，具有系統(tǒng)成本低、體積小、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。