基于CAN總線的遠程監測儀器系統

在現代化生產中，機電設備的狀態監測和故障診斷技術越來越受到重視，但現有的生產過程監測系統網絡開放性不強、在遠程監測和診斷方面存在許多不足。為了保證設備安全、穩定及協調的運行，需要對多數關鍵設備進行遠程實時監測、集中控制及管理。

　　CAN總線是一種先進的串行總線通信技術，具有多主、高可靠性及實時性等優點。通過現場總線系統能將各網絡節點采集的信號實時傳輸到監測控制中心，由監測控制中心實現對設備的遠程監控與管理。

1系統的組成及功能

　　系統采用多功能轉子試驗臺為研究試驗對象，整個系統由現場實時數據采集系統、現場總線網絡通信系統及上位機分析與診斷系統(管理信息系統)三大部分組成。根據現場實際情況，設置相應數量的網絡數據采集器，對設備的主要工藝參數(如振動、溫度、電流、電壓等信號)進行在線實時采集，將采集獲得的數據通過現場總線系統實時傳送給上位分析與診斷系統，由上位機分析與診斷系統實現對各項工藝參數的分析與處理。

　　每個網絡數據采集器，可同時完成不同設備、不同信號的在線實時采集，并通過CAN總線通信卡與上位機相聯完成數據的傳輸。上位機主要完成數據處理、實時監測、信息管理和存儲及遠程診斷。另外，上位機都配有網卡，通過集線器(Hub)組成局域網實現上位機之間的數據共享，便于對設備實現集中監測及協同管理。系統框架圖如圖1所示。

　　圖1系統框架圖

2 CAN總線及在系統中的應用

　　2.1 CAN總線的特點

　　CAN總線是一種架構開放、廣播式的新一代網絡通信協議，稱為控制器局域網現場總線，它具有以下特點：

　　(1)CAN總線插卡可以任意插在PC、AT、XT兼容機上，能夠方便地構成分布式監控系統。
　　(2)CAN總線可以多主方式工作，網絡上任意一個節點均可以在任意時刻主動向網絡上其他節點發送信息，而不分主從，通信靈活。
　　(3)CAN采用點對點、一點對多點及全局廣播等集中方式傳送和接收數據。
　　(4)CAN的直接通信距蒜最遠可達10kn/(5Kbit／s)，通信速率最高可達1Mbit/s(／40m)，理論節點數值為2000個，實際可達110個，傳輸介質為雙絞線、同軸電纜或光纖。
　　(5)CAN采用非破壞性總線優先仲裁技術，當兩個節點同時向網絡上發送信息時，優先級低的節點主動停止發送數據，而優先級高的節點可不受影響地繼續發送信息，按節點類型分成不同的優先級，可以滿足不同的實時要求。

　　總之，作為工業現場控制的網絡系統，CAN總線在可靠性和實時性方面有很多的獨到特點，接口簡單，安裝方便，系統成本低，抗干擾能力強，適合于系統分布比較分散且環境比較惡劣的工業現場。

　　2.2 CAN總線技術在系統中的應用

　　系統采用具有CAN總線通信功能的通信卡實現采集數據的網絡通信控制。該CAN通信卡采用北京三興達公司的單路CAN非智能usB成品通信卡。該通信卡的CAN總線數據收發由CAN控制器和CAN收發器完成，主機通過USB接口控制電路來訪問CAN控制器，最終完成數據通信。其提供了Windows和DOS下的驅動程序，CAN總線接口為DB9針式插座，符合CIA標準，通信穩定可靠，適合用來完成系統上位機和數據采集器之間的CAN通信功能。為減少反射，增加系統的可靠性，在CAN總線的兩端需要安裝終端匹配電阻，如圖2所示。終端匹配電阻的值應該等于傳輸電纜的特性阻抗，雙絞線的特性阻抗為120Ω。

圖2 CAN總線的拓撲結構