面向流程加工CAN控制网络应用层协议的研究与实现

摘要

随着控制、计算机、数字通信等技术的高速发展，工业自动化进入网络控制已成为必然的事实。而CAN总线凭借其数据帧短、成本低、实时性高、容错性与可靠性好、抗干扰能力强、多主工作方式等特点，成为最具发展潜力的控制网络。由于CAN总线协议具有开放性，它仅对物理层和数据链路层进行了规范，没有应用层定义，因此导致CAN总线应用开发周期长、技术难度大。所以，针对流程加工领域，在定义CAN总线数据帧编码、规范通信模式与通信机制的基础上，实现CAN控制网络的通信平台，始终是CAN总线应用研究的课题。
　　本文首先介绍CAN总线及其主要特性，分析CAN总线通信协议原理及典型的应用层协议，明确流程加工测控系统的结构模型，总结流程加工测控系统信息通信的规律与特点，归纳出相应的通信报文类型。其次，以CAN2.0A技术规范为基础，定义标准数据帧标识符与数据域的编码，规范数据通信与网络管理的模式，提出面向流程加工领域的CAN总线应用层协议（简称为 ProCAN），分析 ProCAN协议的编码效率与通信延迟；采用OPNET工具建模仿真，验证ProCAN协议的有效性。在硬件通信平台设计集成的基础上，设计实现基于ProCAN的网络通信软件，并加以功能测试。
　　网络通信硬件平台主要包含PC操作站、USB-CAN适配器、CAN接口及现场控制节点等层次，其中CAN接口由CAN控制器SJA1000及CAN驱动器PCA82C250等集成。网络通信软件分为PC操作站通信软件和现场控制节点通信软件两部分，其中PC操作站通信软件包含CAN适配器初始化、报文发送、报文接收显示及异常处理等模块，控制节点通信软件包括SJA1000的初始化、CAN报文的发送、CAN报文的接收等模块。

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第1章 绪 论

1.1 课题研究的背景

1.2 课题研究的概述

1.3 论文的组织结构

第2章 CAN总线技术基础

2.1 OSI模型与现场总线

2.2 CAN总线主要特性及其通信模型

2.3 CAN总线物理层及其规范

2.4 CAN总线链路层及其规范

2.5 CAN总线应用层协议

第3章 流程加工CAN控制网络应用层协议的定义规范

3.1 CAN总线流程加工测控系统的结构模型及其通信报文

3.2 ProCAN协议的通信报文格式

3.3 ProCAN协议的通信模式与网络管理

3.4 ProCAN协议性能分析与仿真实验

第4章 CAN总线硬件通信平台的设计集成

4.1 USB-CAN-2C适配器

4.2 CAN总线接口

4.3 HC6800EM3开发板

4.4 CAN总线硬件模拟通信平台

第5章 基于ProCAN协议CAN总线通信软件的设计实现

5.1 PC操作站通信软件的实现

5.2 现场控制节点通信软件的实现

5.3 ProCAN软件测试

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

在读期间公开发表论文（著）及科研情况