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基于CAN-bus测控网络传输协议研究

杨斐文  
【摘要】:随着工业控制系统向网络化方向发展,各控制节点彼此之间以及与主控制器之间通信的实时性变的越来越重要,因此必须制订合适的网络传输协议。本课题通过搭建一个多通道数据采集电路,在实现CAN通信的基础上展开对CAN-bus传输协议的研究,解决CAN-bus网络中多主通信时存在的总线竞争和总线阻塞的问题。因此,本课题的工作主要分为两部分:一部分为CAN-bus传输协议的研究与制订;另一部分为多通道数据采集电路的设计。 CAN-bus传输协议的制订以使用简单、通用性强、设备可扩展、软件可升级为原则,以满足CAN网络通信的基本要求为前提。本协议借鉴Modbus主从通信协议的原理,制订了参数寄存器;参照Hart协议,采用了功能分类、参数寄存器分类的设计方法。采用消息类型优先权法和发送节点优先权法相结合的方法,将标识符分为帧类型、MAC ID和帧代码三部分,以解决多主通信时的仲裁问题。协议的内容由标识符和数据场承载,数据场的4个字节用于数据的传输,另外4个字节用于协议的传输。网络各节点之间通过访问参数寄存器的方式,对数据进行访问。协议对具体的帧格式、标识符和数据场的分配方式、以及通信模式都做了规定。 多通道数据采集电路的设计顺应SOC设计理念,由三大模块构成:主控制器,CAN通信模块,模数转换模块。整个电路分为主板和采集板。主板负责对测量数据进行处理以及实现CAN网络通信;采集板负责多通道模拟信号的采集。本设计采用一款汽车级8位SOC单片机C8051F500,其内嵌的CAN控制器和带隔离收发功能的CTM1050共同完成CAN通信。模数转换模块采用高度集成的ADS1248,极大地降低了信号采集、多路选择、信号放大电路的复杂度,提高了系统的可靠性。


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