基于CAN总线的测量系统通信网络的设计

摘要

作为目前最有前途的现场总线之一，CAN总线的主要特点为通信实时性好、可靠性高、性价比突出。因此CAN总线正在逐渐成为当前自动化领域发展的热点之一，应用范围已经从汽车总线逐渐扩展到了诸多工业控制现场领域。
　　本文主要研究对象为基于CAN总线的测量系统通信网络。根据测量系统任务需求，本通信网络由主功能节点和若干个传感器节点组成，本网络须具备高实时性和高可靠性，因此对网络中所有通信节点进行了硬件上的总线冗余设计，同时对作用最为关键的主节点也进行了冗余设计。同时在 CAN2.0B的基础上，制订了适用于本通信网络的应用层协议，主要包括帧 ID格式的制定、实时通信机制以及冗余自动切换机制。网络中所有节点遵照此协议进行通信，可以实现数据的实时性通信以及在总线或者主节点主线故障时自动冗余切换的功能。由于CAN总线自身的特点，通信距离有限，节点数目最多只能连入110个。为了扩大CAN总线通信距离，增加网络节点数目，实现高低速率网络数据交换，本文设计了CAN总线网络中继器，这大大提高了网络的可扩展性。为了能在PC机上查看CAN总线网络的数据情况，本文设计了CAN网络监测器，可以对CAN总线网络进行实时监测。它们共同组成了一个功能完备的CAN总线通信网络，可以直接其应用于工业现场。
　　整个系统设计完成后，对通信系统进行了测试。测试结果表明：基于CAN总线的测量系统通信网络运行良好，性能稳定，达到了预期设计要求。

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1 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外CAN总线发展动态

1.3 CAN总线及其特点

1.4 本课题研究内容和论文结构

2 CAN总线网络拓扑结构

2.1 CAN总线网络系统功能的制定

2.2 CAN总线网络设计原则

2.3 CAN总线网络拓扑结构

2.4 本章小结

3 应用层协议的设计

3.1 数据传输格式的制定

3.2 自检与实时通信机制

3.3 节点冗余与总线冗余切换机制

3.4 本章小结

4 CAN总线通信网络的设计

4.1 CAN总线网络通信节点设计

4.2 CAN网络中继器设计

4.3 CAN网络监测器设计

4.4 本章小结

5 CAN总线通信网络组网实验

5.1 总线网络通信协议验证

5.2 节点总线双冗余切换验证

5.3 CAN中继器功能验证

5.4 CAN监测器功能验证

5.5 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

附录 CAN总线网络试验图

参考文献

在读期间发表的学术论文与取得的研究成果

致谢