RS232/485与CAN总线协议转换器的研究与设计

摘要

现场总线(Fieldbus)是一种应用于生产现场，在现场设备之间、现场设备与控制室之间实行双向、串行、多节点数字通信的技术。但现场总线在协议标准上存在的差异给实践带来复杂性，也影响了总线之间的开放性和可互操作性。这种情况下，就需要利用协议转换器使不同总线之间互联。因此，本文针对传统的RS485网络与CAN总线之间的互联设计出一种协议转换器，将其应用在温度监测系统中，通过RS232接口连接上位机，实现对两种网络温度数据的监控。 本文首先针对CAN总线在实时性方面的局限性，在分析了CAN总线的通信原理包括报文格式、帧结构及错误类型等内容的基础上，总结给出改进其实时性问题的方法一动态优先级分配机制。其次，设计出RS232/RS485与CAN总线协议转换器的硬件电路，主要包括核心模块、CAN总线接口、RS485接口和RS232接口以及系统供电，采用AT89S51为主控制器进行数据的处理，以SJAl000为CAN总线控制器，P28C250为CAN总线收发器共同完成CAN总线的数据收发。然后，在硬件基础上，设计出各功能模块的通信程序，其中包括主程序模块、CAN通信模块、RS485通信模块、RS232通信模块以及通过RS232与上位机连接的人机交互程序。在CAN通信模块和RS485通信模块中都采用中断方式接收数据和发送数据，人机交互程序可以使协议转换器对CAN总线和RS485网络上的参数进行管理和动态地配置。 本文设计的协议转换器可以应用在电缆温度监测等监控系统中，能够将RS485网络和CAN总线网络连接起来，很好地完成了由两种现场总线构成的监控网络的数据采集任务，为今后协议转换器应用到更多工业现场奠定了基础。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题的背景和意义

1.2现场总线的概述

1.2.1现场总线的特点

1.2.2现场总线的现状

1.3协议转换技术研究的现状

1.3.1 CAN总线概述

1.3.2 RS485概述

1.3.3研究现状的分析

1.4本文所做工作

第2章CAN协议的原理及实时性改进

2.1 CAN的通信参考模型

2.1.1数据链路层

2.1.2物理层

2.2 CAN的报文传送与帧结构

2.2.1报文传送

2.2.2 CAN帧结构

2.3错误类型和故障界定

2.3.1错误类型

2.3.2故障界定

2.4 CAN总线的通信原理的分析

2.5 CAN总线实时性的改进

2.5.1 CAN总线实时性机制

2.5.2 CAN总线实时性的改进

2.5.3延时时间分析

第3章协议转换器的硬件设计

3.1协议转换器硬件设计的系统架构

3.2核心控制模块设计

3.3 CAN总线接口模块

3.3.1 CAN总线控制器SJA1000

3.3.2 SJA1000的电路设计

3.3.3 CAN收发器P82C250电路设计

3.4 RS485接口电路设计

3.5 RS232接口电路设计

3.6系统供电电路

第4章协议转换器软件设计

4.1软件组成及架构

4.2主程序模块

4.3 CAN总线通信模块

4.4 RS485通信模块

4.5 RS232接口模块

4.6人机接口程序

4.6.1 MSComm控件的属性设置

4.6.2动态修改报文滤波

4.6.3动态配置RS485参数

4.6.4故障监听

第5章协议转换器在电缆过热故障监测系统中的应用

5.1电缆过热故障监测预警系统概述

5.2协议转换器在系统中的应用

第6章结论与展望

6.1论文总结

6.2后续工作展望

参考文献

攻读学位期间公开发表论文

致谢

研究生履历