CAN總線及其在制造業信息化中的應用

前言

制造業是國民經濟持續發展的基礎，是工業化、現代化建設的動力源，是國際競爭的重要領域，是信息化促進工業化的主要行業。信息化是當今世界制造業發展的重要的支撐技術，制造業信息化技術將信息技術、計算機技術、現代管理技術、自動化技術與制造技術相結合，帶動產品設計方法和工具的創新，實現產品設計制造和企業管理的信息化、生產過程控制的智能化、制造裝備的數字化。經過近年來的努力，制造業信息化已經取得了很大的發展，尤其是CAD/CAM、REP、MES等技術的應用，促進了企業的發展和效益的提高。但是，這些技術的發展，必須有底層信息的支撐，即必須重視底層信息化技術的發展。作為現場總線技術之一的CAN總線技術的數據通信具有突出的可靠性、實時性和靈活性等特點，可完成現場自動化設備之間的多點數字通信，實現底層設備與外界的信息交換，適用于底層自動化。

1 CAN總線的優點

CAN總線是一種有效地支持分布式控制和實時控制的串行通訊網絡。與一般的通信總線相比，CAN總線的優點可概括如下：

1.1 CAN為多主方式工作，網絡上任一節點均可在任意時刻主動地向網絡上其他節點發送信息，而不分主從。

1.2 在報文標識符上，CAN總線上的節點分成不同的優先級，可滿足不同的實時要求，優先級高的數據最多可在134μs內得到傳輸。

1.3 CAN采用非破壞總線仲裁技術。當多個節點同時向總線發送信息出現沖突時，優先級較低的節點會主動退出發送，而最高優先級的節點可繼續傳輸數據，從而節省了總線沖突仲裁時間。在網絡負載很重的情況下，也不會出現網絡癱瘓問題。

1.4 CAN節點只需要通過對報文的標識符濾波即可實現點對點，一點對多點及全局廣播等幾種方式發送和接收數據。

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

1.6 CAN上的節點數主要取決于總線驅動電路，目前可達110個。在標準幀報文標識符有11位，而在擴展幀的報文標識符(29位)的個數幾乎不受限制。

1.7 報文采用短幀結構，傳輸時間短，受干擾概率低，保證了數據出錯率低。

1.8 CAN通信介質可為雙絞線、同軸電纜或光纖，選擇靈活。

1.9 CAN節點在錯誤嚴重的情況下具有自動關閉輸出功能，以使總線上的其它節點的操作不受影響。

1.10 CAN總線具有較高的性能價格比，它結構簡單，器件容易購置，每個節點的價格較低，而且開發容易。

由于CAN總線的諸多優點，已經受到各界的高度重視，被公認為最有前途的現場總線之一。本文以智能渣漿泵軸溫及液位監測報警系統為例，介紹CAN總線的應用。

2 基于CAN總線的智能渣漿泵軸溫及液位監測報警系統

2.1 系統總體結構

本系統總體結構如圖1所示。上位機是整個系統的中心，負責接收各個節點發來的數據，便于工作人員實時監控前端工作數據情況，發生意外時能及時處理。同時，節點也可以接收CAN總線上的數據。

圖1 系統總體結構圖

2.2 節點

節點結構如圖2所示。微控制器采用Freescale公司生產的帶有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，可以方便的實現CAN總線的通信協議，通過CAN總線與帶CAN總線接口卡的上位機通信，構成測控網絡。

圖2 節點結構圖

數字式溫度傳感器DS18820具有獨特的單總線接口方式，即允許在一條信號線上掛接數十甚至上百個數字式傳感器，具有系統成本低、體積小、可靠性高的優點。