前言

    制造业是国民经济持续发展的基础，是工业化、现代化建设的动力源，是国际竞争的重要领域，是信息化促进工业化的主要行业。信息化是当今世界制造业发展的重要的支撑技术，制造业信息化技术将信息技术、计算机技术、现代管理技术、自动化技术与制造技术相结合，带动产品设计方法和工具的创新，实现产品设计制造和企业管理的信息化、生产过程控制的智能化、制造装备的数字化。经过近年来的努力，制造业信息化已经取得了很大的发展，尤其是CAD/CAM、REP、MES等技术的应用，促进了企业的发展和效益的提高。但是，这些技术的发展，必须有底层信息的支撑，即必须重视底层信息化技术的发展。作为现场总线技术之一的CAN总线技术的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性等特点，可完成现场自动化设备之间的多点数字通信，实现底层设备与外界的信息交换，适用于底层自动化。

1 CAN总线的优点

    CAN总线是一种有效地支持分布式控制和实时控制的串行通讯网络。与一般的通信总线相比，CAN总线的优点可概括如下：

    1.1 CAN为多主方式工作，网络上任一节点均可在任意时刻主动地向网络上其他节点发送信息，而不分主从。

    1.2 在报文标识符上，CAN总线上的节点分成不同的优先级，可满足不同的实时要求，优先级高的数据最多可在134μs内得到传输。

    1.3 CAN采用非破坏总线仲裁技术。当多个节点同时向总线发送信息出现冲突时，优先级较低的节点会主动退出发送，而最高优先级的节点可继续传输数据，从而节省了总线冲突仲裁时间。在网络负载很重的情况下，也不会出现网络瘫痪问题。

    1.4 CAN节点只需要通过对报文的标识符滤波即可实现点对点，一点对多点及全局广播等几种方式发送和接收数据。

    1.5 CAN的直接通信距离最远可达10km(速率在5kbps以下)；通信速率最高可达1Mbps(此时通信距离最长为40m)。

    1.6 CAN上的节点数主要取决于总线驱动电路，目前可达110个。在标准帧报文标识符有11位，而在扩展帧的报文标识符(29位)的个数几乎不受限制。

    1.7 报文采用短帧结构，传输时间短，受干扰概率低，保证了数据出错率低。

    1.8 CAN通信介质可为双绞线、同轴电缆或光纤，选择灵活。

    1.9 CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能，以使总线上的其它节点的操作不受影响。

    1.10 CAN总线具有较高的性能价格比，它结构简单，器件容易购置，每个节点的价格较低，而且开发容易。

    由于CAN总线的诸多优点，已经受到各界的高度重视，被公认为最有前途的现场总线之一。本文以智能渣浆泵轴温及液位监测报警系统为例，介绍CAN总线的应用。

 

2 基于CAN总线的智能渣浆泵轴温及液位监测报警系统

    2.1 系统总体结构

    本系统总体结构如图1所示。上位机是整个系统的中心，负责接收各个节点发来的数据，便于工作人员实时监控前端工作数据情况，发生意外时能及时处理。同时，节点也可以接收CAN总线上的数据。

图1 系统总体结构图

    2.2 节点

    节点结构如图2所示。微控制器采用Freescale公司生产的带有CAN总线通信接口的微控制器MC9S12DP256。MC9S12DP256具有丰富的功能模块，接口非常方便，而且功耗低，抗干扰能力强，可以方便的实现CAN总线的通信协议，通过CAN总线与带CAN总线接口卡的上位机通信，构成测控网络。

图2 节点结构图

    数字式温度传感器DS18820具有独特的单总线接口方式，即允许在一条信号线上挂接数十甚至上百个数字式传感器，具有系统成本低、体积小、可靠性高的优点。[page]

    由于渣浆泵工作环境恶劣，选用了抗干扰能力强的BJ-01B型液位计作为液位测量器件。它是一种新型的红外光电式液位传感器，该液位计没有任何机械运动部件，可长期稳定可靠的工作。

    CAN总线协议遵循ISO/OSI标准模型，分为数据链路层和物理层。在工程上，这两层通常是由CAN控制器和收发器实现的。由于微控制器已经集成了msCAN控制器，所以只需外接CAN收发器即可。PCA82C250是CAN控制器与物理总线之间的接口，它可以提供对总线的差动发送和接收功能。其内部具有限流电路，可防止发送输出级对电源、地或负载短路。

    2.3 软件设计

    DS18820通过单总线接口进行通讯。在ROM功能协议没有建立之前，不能实现存储器控制功能。主机必须先提供一个ROM功能命令：(1)读ROM命令；(2)符合ROM命令；(3)搜索ROM命令；(4)跳过ROM命令；(5)报警搜索命令。这些命令对每个设备的64位激光ROM部分进行操作，如果单总线上同时存在许多从设备，则可以挑选出特殊的设备，还可以告诉主机目前总线上从设备的个数和类型。ROM功能序列成功执行后，可以执行存储器控制功能，主机将提供存储器控制功能命令。节点主程序流程图如图3所示，msCAN初始化流程图如图4所示。

图3 主程序流程图

图4 msCAN初始化流程图

3 结语

    经过仿真和实验证明该系统完成了节点的设计要求，可以满足在恶劣工况可靠工作的要求。也说明，与其它的现场总线相比，CAN总线的突出可靠性、实时陛和灵活性等方面的优点使之完全适用于制造业的底层网络，既可以完成设备的在线监控，也可以利用CAN总线技术可有效地完成底层设备之间以及底层设备与外界进行的信息交换。因此，可预测CAN总线除在制造业信息化中得到广泛的应用外，也可以在车辆、楼宇自动化、医疗器械、工程机械等行业得到广泛应用。